Energiatalakts Az energiatalakts korltai o o o Mennyisgi

Energiaátalakítás

Az energiaátalakítás korlátai o o o Mennyiségi korlát: I. főtétel Minőségi korlát: II. főtétel Technikai-technológiai lehetőségek Gazdaságosság Környezetvédelem Társadalmi elfogadottság

Lehetőségek Mechanikai Hő Villamos Sugárzás Kémiai Nukleáris M egyszerű gépek, hajtások súrlódás generátorok, mikrofon tribo- és krisztalloszonolumineszcencia mechano-kémiai jelenségek részecskegyorsító H hőerőgépek abszorpciós hűtőgép hőelem hősugárzás, izzólámpa endoterm kémiai reakciók fúzió kiváltása V villamos motorok villamos fűtés, Peltier -elemes transzformátor tranzisztor gázkisülések elektrolízis, akkumulátor részecskegyorsító S radiométer abszorpció, infrasugárzó fényelem, vevőantenna fluoreszcencia, lézer fotoszintézis fényképezés párkeltés, fúzió lézerrel K izom, ozmózis, sugárhajtómű, exoterm kémiai reakciók, égés galvánelem, tüzelő-anyag cella kemoluminesz cencia, biolumineszce ncia kémiai reakciók N hasadás atom-reaktor termoelektromos reaktor, izotópos áramforrás radioaktivitás kötések módosulása fúzió, fisszió

Fontosabb energiaátalakítások A tipikus (erőművi) energiaátalakítási lánc kémiai hő mechanikai villamos nukleáris o o o Hőfejlesztés → hőforrások, atomreaktor Mechanikai munka → erőgépek Villamos munka → áramforrások

Az energiaátalakítás jellemzése Mennyiségi értékelés (I. főtétel): hatásfok Energiafolyam- (Sankey-) diagram Ebe Mérleg Ebe=Ehaszn. +Eveszt. =(1 -η)Ebe Eveszt. Hatásfok Ehaszn. Közvetlen energiaátalakítás (energiatermelés)

Esegéd Energiaátalakítás segédenergiával Ebe Eveszt. Ehaszn. Egyszerűsített hatásfok: Bruttó hatásfok:

Ebe Eönf. Esegéd Energiaátalakítás önfogyasztással Eveszt. Eh, brutto Eh, netto

Eönf. Esegéd Energiaátalakítás önfogyasztással Ebe Egyszerűsített hatásfok: Eveszt. Eh, brutto Eh, nettó= Eh, brutto- Eönf. Bruttó hatásfok: Tényleges bruttó hatásfok: Nettó hatásfok:

Önfogyasztási hatásfok Relatív önfogyasztás (önfogyasztási tényező) Önfogyasztási hatásfok

Többszörös energiaátalakítás Sorbakapcsolt elemek rendszere Ebe RENDSZER E 2, haszn. E 1, haszn. 2 E 2, veszt. E 1, veszt. 1

Többszörös energiaátalakítás Párhuzamosan kapcsolt rendszerek RENDSZER Ebe E 2, be 1 2 E 1, haszn. E 1, veszt. E 2, veszt. E 2, haszn. E 1, be Ehaszn.

Több hasznos energiafajta Részhatásfok „A” termék: Ebe Ehaszn. , A „B” termék: Eveszt. Eredő (bruttó) hatásfok: Ehaszn. , B Termékarány: Kapcsolt energiaátalakítás (energiatermelés)

Fogalmak az „energiatermelésben” o Közvetlen energiatermelés (egy termék, egy technológia) n n o Kapcsolt energiatermelés (két termék, egy technológia) n o hő → fűtőmű villamos energia → erőmű fűtőerőmű Kombinált ciklusú kapcsolt energiatermelés (két termék, két/több technológia) n n villamos energia → kombinált ciklusú erőmű vill. en. & hő → kombinált ciklusú fűtőerőmű

Fogalmak az „energiatermelésben” o Koncentrált energiaátalakítás n n n o nagy erőművek (döntően villamos energia) fogyasztóktól távolabb → szállítás az energiarendszer alappillérei Decentralizált n n n kis-közepes erőművek (döntően villamos energia) fogyasztóktól távolabb → szállítás legtöbbször megújuló energiabázison

Fogalmak az „energiatermelésben” o Fogyasztóközeli (beágyazott) n n n kis-közepes teljesítmény szinte kizárólag kapcsolt fűtőerőmű a fogyasztó közvetlen szomszédságában → szennyezés (→ olcsó szállítás) „tiszta” üzemanyag a két termék miatt a szabályozás problémás lehet

Technológiai jelölések Hőforrások gőzkazán túlhevítővel és újrahevítővel gőzkazán túlhevítővel, széntüzeléssel, levegő- és tápvízelőmelegítő résszel nyomottvizes atomreaktor atomerőművi gőzfejlesztő

Technológiai jelölések Hőforrások Expanziós és kompressziós gépek gőzturbina gázturbina égőkamra gőzturbina szabályozott elvétellel póttüzelés gázciklusban gőzturbina szabályozatlan elvétellel

Technológiai jelölések Expanziós és kompressziós gépek gázturbina gőzkompresszor gázkompresszor szivattyú ventilátor

Technológiai jelölések Hőcserélők hőcserélő általában felületi tápvízelőmelegítő felületi gőzkondenzátor gáztalanítós táptartály keverő kondenzátor

Közvetlen energiaátalakítás Fűtőművek, gőzerőművek és gázturbinás erőművek

Közvetlen energiaátalakítás Lehetőségek o fűtőmű; o kondenzációs gőz munkaközegű erőművek; o gáz munkaközegű erőművek.

Fűtőművek Alaptípusok o forróvizes fűtőmű, n nagyvízterű (láng-/füstcsöves, 15. . 20 MW), o o n o o természetes cirkulációjú, kényszercirkulációjú kisvízterű (vízcsöves, 20 MW felett). ipari kazántelep, nukleáris fűtőmű.

Fűtőművek Üzemi korlátok o változó hőigény (25. . 110%); o harmatpont elkerülése (olaj-, széntüzelés); o részterhelésen jobb hatásfok; o minimális belépő vízhőmérséklet; o minimális tömegáram.

Fűtőművek - Forróvízkazán Kisteljesítményű (gáztüzelésű) forróvízkazán FK KSZ =

Fűtőművek - Forróvízkazán Nagyobb teljesítmény (olaj/gáz tüzelés) FK RSZ KSZ

Fűtőművek Gáztüzelésű forróvízkazánnal Q H FK 1 előremenő FK 2 visszatérő KSZ PK PG PSZ

Fűtőművek Vegyes tüzelésű forróvízkazánnal Q H előremenő RS RS KSZ RVT visszatérő NYT PK

Fűtőművek – Ipari kazántelep Változó nagyságú technológiai gőzigények GF 1 H R 1 R 2 GK 1 GF 2 Q KL csatornába KL pótvíz GK 2 KT KG CSSZ GTT TSZ PK NYSZ

Fűtőművek Forróvizes hőkiadás gőzkazánból H Q keverő hőcserélő GK pótvíz TSZ KSZ

Fűtőművek Forróvizes hőkiadás gőzkazánból H Q R GTT GK fűtés FH 1 pótvíz CSSZ KSZ TSZ FH 2 hmv KSZ

Fűtőművek – Nukleáris fűtőmű H 2 H reaktor közbenső kör Q fűtési kör

Fűtőművek - Energetika Q H HF

Fűtőművek - Energetika Hőforrás fajlagos hőfelhasználása: Fűtőmű fajlagos hőfelhasználása: Fajlagos villamos energia felhasználás:

Erőművek Lehetőségek o hagyományos (fosszilis) tüzelőanyagú kondenzációs gőzerőművek; o kondenzációs atomerőművek; o gáz munkaközegű atomerőművek; o nyílt ciklusú gázturbinás erőművek.

Kondenzációs gőzerőmű Villamos erőmű (egy termék: villamos energia)

Kondenzációs gőzerőmű Villamos erőmű (atomerőmű)

Rendszerelvű leírás

Gőzerőmű alrendszerei

Gőzerőmű energiafolyam-diagramja

Gőzerőmű hatásfoka Hőforrás alrendszer: Turbina alrendszer:

Gőzerőmű hatásfoka Villamos alrendszer: Önfogyasztás:

Gőzerőmű hatásfoka Áramló közegek továbbítása (H+T+K): Eredő hatásfok:

Hatásfok terhelésfüggése Fajlagos hőfogyasztás

Gőzerőművi technológia Gőznyomás szerint (pkrit=220, 6 bar) n n n szubkritikus (pgőz<pkrit), szuperkritikus (pgőz>pkrit), ultra-szuperkritikus (pgőz>>pkrit). Gőz túlhevítés szerint n n telített gőzös, túlhevített gőzös, egyszeres újrahevítésű, többszörös újrahevítésű.

Technológia. QH, v. Qtüa H 1 H 2 T 1 V PKE . Qbe PT, t L I Pε K 1 . Qel PV P Q K 2 . QF

Atomerőművek - Üzemanyagciklus természetes urán U 3 O 8 term. urán bánya konverzió UF 6 -tá term. urán dúsítóüzem átalakítás fémoxiddá vagy kerámiává hulladék üzemanyag elemek U és Pu kiégett üzemanyag elemek hulladék újrafeldolgozó üzem Pu gyorsreaktorokba REAKTOR hulladék

Atomerőművek - Üzemanyagciklus Bányászat érc oldása H 2 SO 4 -ben U 3 O 8 kicsapatás → sárga por

Atomerőművek - Üzemanyagciklus Konverzió • UF 6 előállítása (csak egyféle F izotóp van) • mérgező és korrozív (Al 2 O 3 -t, Ni-t és • PTFE-t nem támadja) • 235 UF 6: 349 g/mol • 238 UF 6: 352 g/mol tömeg szerinti szétválasztás

Atomerőművek - Üzemanyagciklus Dúsítás – Gázdiffúziós eljárás ember A diffúziós sebesség tömegfüggő.

Atomerőművek - Üzemanyagciklus Dúsítás - Gázcentrifuga

Atomerőművek - Üzemanyagciklus Elektromágneses eltérítés 238 235 részecskegyorsítóból UF 6

Atomerőművek - Üzemanyagciklus Fűtőelemgyártás UO 2 (kerámia); olvadáspont: 2850 °C

Atomerőművek - Üzemanyagciklus Reprocesszálás Újrahasznosítható: 235 U, 239 Pu, 241 Pu pihentetés (5 év) oldás HNO 3 -ban tributil-foszfát adalékkal a TBP megköti az U és Pu atomokat MOX: Mixed Oxid fuel

Atomerőművek - Üzemanyagciklus Végleges elhelyezés üvegesítés végleges lerakás

A reaktor mint hőforrás Maghasadás hasadvány neutronok neutron hasadvány

Maghasadás energiamérlege, Me. V Energia helyben távolabb összesen Hasadási termékek kinetikus energiája 168 0 168 Hasadási neutronok kinetikus energiája 0 5 5 prompt γ-sugárzás 0 5 7 neutrínó (kinetikus energia) 0 7 7 β-bomlás 7 0 7 γ-sugárzás 0 6 6 neutrínó 0 2 2 ÖSSZESEN 202

Az atomreaktor elvi felépítése o hasadóanyag: dúsított urán (energetikai: 3. . 6% 235 U); o lassítóközeg (moderátor): H 2 O, D 2 O, C (grafit), Be [kis befogási, nagy szórási hatáskeresztmetszet]; o szabályozó közeg: B, BC, Cd [nagy befogási, hatáskeresztmetszet]; o hűtőközeg (H 2 O, CO 2, He, foly. fém);

Az atomreaktor elvi felépítése o sugárzás elleni védelem (kis A-jú: n 0 sugárzás elnyelésre, nagy A-jú γ-sugárzás lefékezésére) o reflektor: kiszökő n 0 -k visszaszórása a reaktorba; o szerkezeti anyagok: üz. a. burkolat stb. ; o mérőműszerek: neutrondetektorok; o indító n 0 forrás

A reaktor mint hőforrás 235 U + n hasadási termékeinek eloszlása 1. E+01 Maghasadás: 1. E+00 Relatív hozam, % 14 Me. V 1. E-01 1. E-02 Átlagos neutronszám (ν): 2, 47 termikus 1. E-03 1. E-04 1. E-05 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 Tömegszám, A

A reaktor mint hőforrás Láncreakció Sokszorozási tényező: k=1: önfenntartó láncreakció (reaktor) k<1: szubkritikus reaktor k>1: szuperkritikus reaktor

A reaktor mint hőforrás Termikus neutron hozam Gyorshasítási tényező

A reaktor mint hőforrás Termikus hasznosítási tényező Rezonancia befogás kikerülésének valószínűsége A reaktorból való végleges kikerülés: gyors (Pf) és lassú (Ps) neutronok.

A reaktor mint hőforrás k, f, p csak az üzemanyagtól és lassítóközegtől (moderátortól) függ f k p alulmoderált felülmoderált Nm/Nü 1

Atomerőművek Típusok 1. Általánosan elterjedt, kereskedelmi forgalomban kapható, kiforrott konstrukciójú energetikai reaktorok. 2. Egyéb teljes mértékben kifejlesztett reaktorok. 3. Továbbfejlesztett vagy csak részlegesen kifejlesztett (kísérleti) reaktorok.

Atomerőművek

Atomerőművek 1/A: nyomottvizes atomerőmű pressurized water reactor, PWR

Atomerőművek 1/B: forralóvizes atomerőmű boiling water reactor, BWR

Atomerőművek 1/C: nehézvízzel hűtött és moderált raktor pressurized heavy-water-moderated and -cooled reactor, PHWR kanadai változat: CANDU Canada deuterium-uranium

Atomerőművek 2/A-B: gázhűtésű reaktorok A: gas cooled graphite moderated reactor (CO 2) B: andvanced gas cooled reactor (He)

Atomerőművek 2/C: grafittal moderált, könnyűvízzel hűtött reaktor ligth-water-cooled, graphite-moderated reactor, LWGR

IV. Generációs atomerőművek Hűtőközeg: víz, 250 bar nyomáson belépés: 280 °C; kilépés: 510 °C

IV. Generációs atomerőművek Gázhűtésű gyorsneutronos reaktor Üzemanyag: UPu. C Hűtőközeg: 90 bar; 480/850 °C

IV. Generációs atomerőművek Nagyon magas hőmérsékletű reaktor He hűtés; >1000 °C

IV. Generációs atomerőművek Hűtőközeg: 565/700 °C He gázturbina

IV. Generációs atomerőművek

IV. Generációs atomerőművek Hűtőközeg: Pb, Pb. Bi 550. . 800 °C

Atomerőművek Építés

Csernobil – a baleset után A szarkofág belsejében

Kombinált ciklusú energiaátalakítás Gáz- és gőzerőművek együttműködése

Kapcsolt energiaátalakítás Ellennyomású és kondenzációs fűtőblokk Gázturbinás hőkiadás