Energia 11

Energia w

rodowisku

Energia w

rodowisku

(11)

Rozwój energetyki j

drowej

Rozwój energetyki j

drowej

Wykorzystanie

238

U i

232

Th jako paliwa

Produkowanie

239

Pu i

233

U w reaktorach. Izotopy te

powstają po wychwycie neutronu przez odpowiednio

238

U i

232

Th. Mogą być wykorzystane jako paliwo

jądrowe w zwykłych reaktorach.

Reaktory powielające. Zastosowanie reaktorów na

neutrony prędkie pozwala produkować więcej paliwa

(głównie

239

Pu) niŜ się go zuŜywa w trakcie pracy

reaktora.

Nowy typ urządzenia, w którym rozszczepienie

zachodzi pod wpływem wiązki wysokoenergetycznych

protonów bombardujących naturalny uran lub tor

Rozszczepienie pod wpływem protonów

Bombardujemy naturalny uran lub tor protonami o

energii kilkaset MeV

Zachodzą reakcje jądrowe:

rozszczepienie jąder uranu lub toru

rozszczepienie jąder transuranowców

powstających z jąder uranu lub toru

transmutacja radioaktywnych produktów

rozszczepienia

Wydziela się podobna energia jak w reaktorze jądrowym

Pomysł ten jest kosztowny i nie jest jeszcze realizowany

Rozszczepienie pod wpływem protonów

Zalety:

Paliwem mogą być wszystkie cięŜkie pierwiastki: uran,

tor a teoretycznie nawet bizmut i ołów

Gwałtownie wzrasta ilość potencjalnego paliwa

Wzrasta bezpieczeństwo. Reakcja nie wymknie się

spod kontroli bo zachodzi pod wpływem kontrolowanej

wiązki protonów dostarczanej z zewnątrz

Podczas pracy urządzenia dezaktywują się

równocześnie długoŜyciowe radioaktywne izotopy.

Odpady promieniotwórcze są mniej toksyczne.

Obni

enie aktywno

ci zy

ytego paliwa

Obni

enie aktywno

ci zy

ytego paliwa

Bombardujemy zuŜyte paliwo protonami o energii

kilkaset MeV

Zachodzą reakcje rozszczepienia niewypalonych jąder

uranu i reakcje, w których długoŜyciowe radioaktywne

produkty rozszczepienia zamieniają się na jądra

krótkoŜyciowe lub stabilne

Obni

enie aktywno

ci zy

ytego paliwa

Obni

enie aktywno

ci zy

ytego paliwa

Długoterminowe ryzyko zwiazane z przechowywaniem

wypalonego paliwa związane jest głównie z obecnością

kilku izotopów aktynowców. Sa to

kilku izotopów aktynowców. Sa to izotopy Pu (gównie

239

Pu),

243

Am,

241

Am i

237

Np.

Aktynowce moŜna równieŜ przekszałcać

bombardując je

neutronami.

Ulegają wtedy

rozszczepieniu.

Wpływ energetyki na

rodowisko

Wpływ energetyki na

rodowisko

W jaki sposób wpływaja na

środowisko technologie stosowane w

procesach stosowanych przy

zamianie enegii pierwotnej na

energię finalna i podczas konsumpcji

tej energii

ródła energii pierwotnej

Aktualne (1999 rok) zuŜycie energii komercyjnej:

Źródło ZuŜycie [M toe] Procent

(1999)

(1989)

Ropa naftowa 3 462 40.6%

39.7%

Gaz ziemny 2 064 24.2%

22.3%

Węgiel 2 129 24.9%

29.2%

Energia jądrowa 651 7.6%

6.5%

Hydroenergia

227

2.7%

2.3%

ródła energii elektrycznej

Zupełnie inne są

proporcje w

strukturze źródeł

energii

pierwotnej, które

wykorzystywane

są do wytwarzania

energii

elektrycznej

Ropa naftowa – motoryzacja, przemysł
Gaz ziemny – gospodarstwa domowe

Główne

ródła energii elektrycznej

Główne

ródła energii elektrycznej

Węgiel

Energia jądrowa

Gaz ziemny

Energia wodna

Ropa naftowa

Inne odnawialne źródła energii dzisiaj wnoszą bardzo

mały udział do produkcji energii elektrycznej

Emisja gazów

–

Paliwa organiczne są głównymi emiterami CO

Z odnawialnych Ŝródeł energii najwięcej CO

towarzyszy energii

fotowoltanicznej

–

wymaga duŜej ilości materiałów konstrukcyjnych

Energetyka jadrowa naleŜy do najmniejszych emiterów CO

Emisja gazów

–

Wielkość emisji CO

Chin i USA jest porównywalna. Chiny notują

największy wzrost emisji w ciągu ostatnich 3 lat. Kraje Unii
Europejskiej mają mniej niŜ 15% globalnej emisji.

Emisja gazów

–

i NO

Wegiel i ropa

zawierają znaczne

domieszki siarki

Spalaniu w powietrzu

towarzyszy

powstawanie tlenków

azotu

Energetyka jądrowa i

energetyka oparta na

odnawialnych

źródłach energii nie

mają tego problemu

Elektrownia w

glowa

Elektrownia w

glowa

Widok na nowoczesną elektrownię węglową
budowaną w stanie Kansas (USA)

Elektrownia w

glowa

Elektrownia w

glowa

Typowa elektrownia węglowa o mocy 1000MW zuŜywa rocznie:

ok.

3mln ton

węgla (5.7 ton na minutę)

ok.

7mln ton

tlenu atmosferycznego

Oprócz energii jest źródłem: (w powietrze)

9.4mln ton

dwutlenku węgla

120tys. ton

dwutlenku siarki

20tys. ton

tlenków azotu

60tys. ton

pyłów

(na wysypisko)

600tys. ton

popiołów

Elektrownia na węgiel brunatny o tej samej mocy:

7mln

ton węgla

2mln

ton popiołów

Elektrownia w

glowa

Elektrownia w

glowa

Elektrownia w

glowa

Elektrownia w

glowa

Nowoczesne technologie w energetyce węglowej

pozwalają jedynie na ograniczenie emisji

zanieczyszczeń. Stosuje się:

Oczyszczanie węgla przed spalaniem

Oczyszczanie gazów odlotowych

Nowoczesne technologie spalania węgla

Konwersja węgla w gaz lub ciecz i oczyszczanie

paliwa w procesie konwersji

Oczyszczanie w

gla przed spalaniem

Oczyszczanie w

gla przed spalaniem

Po usunięciu wilgoci w węglu kamiennym jest około 80% a w

węglu brunatnym 70% pierwiastka C. Pozostałe składniki to

siarka (od 1 do 5%) i substancje mineralne z dominującym

udziałem SiO

, Al

, Fe

. Poza tym śladowe domieszki

kilkudziesięciu pierwiastków łącznie z radioaktywnym uranem

(średnio 2.9 ppm) i torem (średnio 7.4 ppm)

Do oczyszczanie węgla stosuje się:

Metody fizyczne:

Mielenie węgla na pył i wykorzystanie róŜnicy gęstości cz

ystych i

zanieczyszczonych minerałami drobinek węgla. (MoŜna usunąć

do 90% siarki pirytowej)

Metody chemiczne:

Przemywanie węgla w strudze NaOH lub KOH (MoŜna pozbyć si

do 90% całkowitej zawartości siarki i do 98% substancji

mineralnych)

Metody biologiczne:

Bakterie lub grzyby odŜywiające się związkami siarki.

Oczyszczanie gazów odlotowych

1. Elektrofiltry:

Elektrofiltry usuwają do 99.5% pyłów. Skutecznie usuwane są

duŜe ziarna. Gdy średnica ziaren pyły jest mniejsza od 10µm

elektrofiltr jest nieskuteczny. Niestety właśnie takie małe ziar

mają najłatwiejszą drogę do naszych płuc.

2. Odsiarczanie:

Mokra metoda wapienna. Stosowana jest reakcja chemiczna, w

której z wody wapiennej (H

O i CaCO

) i z SO

powstaje gips

(CaSO

)

3. Usuwanie tlenków azotu:

ObniŜanie temperatury spalania.

Selektywna redukcja niekatalityczna

–

reakcja chemiczna z NH

Powstaje NH4NO3.

4.Radioliza gazów odlotowych

Naświetlanie gazów wiązką elektronów przez kilka sekund

Nowoczesne technologie spalania w

gla

Nowoczesne technologie spalania w

gla

Spalanie fluidalne:

Spalamy miał węglowy zmieszany z

rozdrobnionym kamieniem wapiennym, który

redukuje siarkę. Mieszanina porywana jest przez

silny strumień powietrza i spala się nad rusztem.

Spalanie zachodzi w stosunkowo niskiej

temperaturze od 850 do 900

ObniŜenie zawartości NO

o 50

80%

Redukcja SO

Nie występuje topienie popiołu. Popiół jest

sypki i nie zawiera ŜuŜli.

MoŜe być spalany węgiel o niskiej jakości.

Nowoczesne technologie spalania w

gla

Nowoczesne technologie spalania w

gla

Schemat elektrownii ze spalaniem fluidalnym

Nowoczesna elektrownia w

glowa

Nowoczesna elektrownia w

glowa

Nowoczesna elektrownia w

glowa

Nowoczesna elektrownia w

glowa

Czyste technologie spalania w

gla

Czyste technologie spalania w

gla

Nowoczesne technologie mogą obniŜyć negatywne skutki

towarzyszące spalaniu węgla w tradycyjny sposób:

Osiagają większą wydajność wytwarzania elektrycznosci

Zmniejszają emisję gazów i szkodliwość odpadów

Emisja szkodliwych gazów i pyłów w tonach przez

elektrownię o mocy 1000 MW przez rok

Pyły SO

Spalanie pyłu

węglowego 1500 12

000 20

000

ZłoŜe fluidalne 600 18 000 4

000

Gazyfikacja +

cykl skojarzony 700 1

500 3

600

Gaz ziemny 300 20 600

Wpływ energetyki na

rodowisko

Wpływ energetyki na

rodowisko

–

elektrownia w

glowa

elektrownia w

glowa

Zawsze emituje CO

i to w największch ilościach

Emituje SO

i NO

mimo znacznego ograniczenia

emisji w nowoczesnych elektrowniach

Technologia elektroliltrów ogranicza

zdecydowanie emisję pyłów

Produkuje popioły i inne stałe odpady w duŜych

ilościach

Wymaga transportu na olbrzymią skalę

Transport paliwa

Transport w

gla

Transport w

gla

Elektrownia węglowa
o mocy 1000 MW
zuŜywa w ciągu
godziny około 400
ton węgla.
W ciągu doby do
elektrowni powinny
przyjechać 4 pociągi,
kaŜdy z 50 wagonami
wiozącymi po 50 ton
węgla a odjechać
jeden pociąg wiozący
odpady stałe (pyły
popioły, ew. gips)

Porównanie elektrowni w

glowej Opole

Porównanie elektrowni w

glowej Opole

z elektrowni

drow

w Beznau

z elektrowni

drow

w Beznau

Elektrownia Opole Elektrownia w Beznau

Elektrownia Opole

Elektrownia nad rzeką Mała Panew,

ok..10 km na północ od Opola

Blok energetyczny o mocy 470 MW

Elektrownia w Beznau (Niemcy)

Elektrownia

w Beznau

Porównanie elektrowni w

glowej Opole

Porównanie elektrowni w

glowej Opole

z elektrowni

drow

w Beznau

z elektrowni

drow

w Beznau

39.5 t (wsad)

13 t (zuŜycie)

32’500 t (mączka

wapienna)

1’000’000 t (węgiel)

Roczna ilość

surowców

6 ha (2 bloki)

96 ha (6 bloków)

Powierzchnia

zabudowy

67 m

102 m

Wysokość bloku

2 pionowe

Ilość wytwornic

pary

2 x 1152 t/h

1150 t/h

Ilość pary na

turbinę

315

/ 15.5

MPa

270

/ 5.5

MPa

540

/ 18.3

MPa

Para/woda na

wyjściu z

kondensatorów T/P

285

/ 15.5

MPa

255

/ 21.0

MPa

Woda zasilająca

T/P

1130 MW

925 MW

Moc termiczna

360 (netto)

360 (brutto)

Moc elektryczna

PWR

1150

Typ bloku

Beznau

Opole

Porównanie elektrowni w

glowej Opole

Porównanie elektrowni w

glowej Opole

z elektrowni

drow

w Beznau

z elektrowni

drow

w Beznau

460 osób (2 bloki)

1’500 osób (4 bloki)

Zatrudnienie

Szczelny budynek

reaktora

Basen do

przechowywania

wypalonego

paliwa

Magazyn odpadów

nisko

średnioaktywnych

Wytwornice pary

Rozbudowany układ

transportu

kolejowego

Obiekty nawęglania

Obiekty

odpopielania

Instalacje powietrza

Instalacje spalin

Instalacja odsiarczania

Komin (250 m)

Obiekty i

urządzenia

specyficzne

dla danego

typu bloku

0.8 m

odpadów

wysokoaktywnych

50 beczek odpadów

średnioaktywnych

100 beczek odpadów

niskoaktywnych

190’000 t (popiół i ŜuŜel)

45’500 t (gips)

2’000’000 t CO

200 t CO

3’600 t NO

3’000 t SO

i SO

Roczna ilość

odpadów