1 energetyka jądrowa - Wydział Elektrotechniki i Automatyki

WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I AUTOMATYKI
Ramowy program zajęć dydaktycznych studiów podyplomowych:
ENERGETYKA JĄDROWA
Lp.
Nazwa przedmiotu
1
Elementy fizyki
jądrowej
2
Podstawy teorii
reaktorów jądrowych
3
Klasyczne
i niekonwencjonalne
źródła energii
Treść przedmiotu
Atomowa struktura materii. Emisja i absorpcja promieniowania.
Podstawowe własności materii Model atomu wodoru Bohra.
Mechanika kwantowa. Atomy wieloelektronowe. Widma
atomowe. Widma cząsteczkowe. Jądro atomowe. Rozpady
jądrowe i reakcje jądrowe. Cząsteczki elementarne. Elementy
astrofizyki. Podstawowe wielkości i jednostki dozymetryczne.
Pierwotne procesy oddziaływania promieniowania z materią.
Reakcja rozszczepienia jądra atomowego uranu za pomocą
neutronu termicznego. Bilans mocy i energii w reakcji
rozszczepienia. Reakcje rozpraszania i wychwytu neutronów.
Wydajność reakcji jądrowej. Przekroje czynne izotopów
rozszczepialnych i paliworodnych dla neutronów termicznych.
Reakcja łańcuchowa i cykl neutronowy. Warunek krytyczności
reaktora. Współczynnik mnożenia dla układu nieskończenie
rozległego. Czteroczynnikowy wzór Fermiego i jego elementy.
Ucieczka neutronów z reaktora. Efektywny współczynnik
mnożenia. Wpływ stosunku ilościowego moderatora do paliwa
jądrowego na współczynnik mnożenia. Stopień wzbogacenia
uranu. Wpływ wzbogacenia na współczynnik mnożenia w
układzie jednorodnym. Niejednorodność reaktora jądrowego.
Wpływ temperatury na parametry reaktora. Rozkład strumienia
neutronów i gęstości mocy cieplnej w reaktorze cylindrycznym.
Rozkład temperatur w przekroju poprzecznym i w kanale osiowym
rdzenia reaktora. Przepływ chłodziwa w obiegu pierwotnym
reaktora wodnego ciśnieniowego typu PWR
Przemiany energetyczne we współczesnych elektrowniach
cieplnych klasycznych i jądrowych. Czynniki wpływające na
sprawność obiegu termodynamicznego w elektrowniach
parowych. Straty energii w układzie elektrowni. Podstawowe
wyposażenie oraz wskaźniki techniczno- eksploatacyjne
elektrowni parowych. Zasady gospodarki skojarzonej cieplnoelektrycznej.
Bilanse
elektrociepłowni
zawodowych
i
przemysłowych. Elektrownie z turbinami gazowymi. Układy
kombinowane gazowo-parowe. Rozwój energetyki jądrowej na
świecie. Udział elektrowni jądrowych w wytwarzaniu energii
elektrycznej. Podstawowe typy współczesnych elektrowni
jądrowych oraz elektrowni z reaktorami 3 i 4 generacji.
Zdecentralizowane
niekonwencjonalne
źródła
energii,
wykorzystywane w gospodarce komunalnej oraz w energetyce
przemysłowej. Perspektywy wdrożenia niekonwencjonalnych
źródeł energii w Polsce oraz ich przewidywany udział w bilansie
paliwowo- energetycznym kraju.
Liczba
godzin
W 16h
L 12h
W 6h
Ć 4h
W 10h
L 12h
1
WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I AUTOMATYKI
4
Cieplne maszyny
przepływowe
w elektrowniach
jądrowych
5
Praca elektrowni
w systemie
elektroenergetycznym
6
Reaktory jądrowe
badawcze i
energetyczne
7
Gospodarka paliwem
jądrowym i odpadami
promieniotwórczymi
8
Cykl paliwowy
Obiegi cieplne siłowni z turbinami. Typy turbin parowych oraz typy
turbin gazowych, przykłady siłowni. Teoria pracy stopnia
turbinowego, turbiny wielostopniowe, charaktery- styczne stopnie
turbinowe. Główne elementy konstrukcyjne turbin parowych oraz
turbin gazowych. Metody regulacji turbin parowych oraz
gazowych, zagadnienia rozruchu turbin. Najczęstsze awarie
turbin. Retrofity i modernizacje turbin. Sprężarki wirnikowe
(zasada pracy sprężarki promieniowej i osiowej, charakterystyki
pracy).
System elektroenergetyczny jako obiekt regulacji. Struktura
systemu jako obiektu sterowania i zarządzania. Regulacja
częstotliwości i mocy czynnej. Regulacja napięcia i mocy biernej.
Kierowanie i zarządzanie pracą elektrowni w systemie
elektroenergetycznym. Planowanie pracy elektrowni. Operatywne
sterowanie pracą elektrowni w trybie nadążnym. Komputerowe
wspomaganie kierowania i zarządzania pracą elektrowni w
systemie elektroenergetycznym. Struktura służb dyspozytorskich
w systemie elektroenergetycznym.
Obszary
informatyzacji
systemu
elektroenergetycznego.
Informatyka w planowaniu pracy i sterowaniu systemem
elektroenergetycznym.
Struktura
informatycznodyspozytorskiego systemu sterowania. Struktura i zadania
systemu SCADA-DYSTER/EMS na poziomie Krajowej
Dyspozycji Mocy (KDM) i obszarowych Dyspozycji Mocy (ODM).
Przegląd światowych reaktorów badawczych, ich klasyfikacja
oraz
zasada
budowy.
Podstawowe
typy
reaktorów
energetycznych we współczesnych elektrowniach jądrowych.
Cechy konstrukcyjne oraz własności eksploatacyjne. Tendencje
rozwojowe w budowie energetycznych reaktorów jądrowych.
Cztery generacje reaktorów jądrowych. Reaktory badawcze
uruchomione w Instytucie w Świerku, ze szczególnym
uwzględnieniem reaktora Maria. Przeznaczenie tych reaktorów.
Symulator reaktora MARIA: rozruch, normalna praca, stany
awaryjne. Program demonstracyjny pracy bloku energetycznego
PWR, BWR,CANDU.
Ogólna
charakterystyka
cyklu
paliwowego.
Paliwa
rozszczepialne. Wytwarzanie czystych związków uranu.
Wzbogacanie uranu. Wytwarzanie zestawów paliwowych (kaset
paliwowych).Wypalanie paliwa w reaktorze. Postępowanie z
wypalonym paliwem jądrowym: transport, przerób paliwa. Odpady
promieniotwórcze. Powstawanie odpadów i ich przerób.
Składowanie odpadów promieniotwórczych
Kompletny cykl paliowy. Wydobycie rudy uranowej. Produkcja
koncentratu uranowego. Wzbogacanie uranu. Produkcja
elementów paliwowych. Wytwarzanie energii elektrycznej z
paliwa jądrowego. Przerób wypalonego paliwa. Składowanie
wypalonego paliwa.
W 12h
W 10h
W 8h
L 8h
W 10h
W 6h
2
WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I AUTOMATYKI
9
10
Budowa elektrowni
jądrowej
Kinetyka reaktora i
sterowanie
elektrownią jądrową
11
Materiały reaktorowe
12
Pomiary
dozymetryczne
13
Wybrane zagadnienia
eksploatacji
elektrowni
14
Bezpieczeństwo
elektrowni jądrowych
Przygotowanie lokalizacji pod budowę. Materiały specjalne,
stosowane w budownictwie EJ (betony, stale, materiały izolacyjne
i
pokrywcze).
Zagadnienia
projektowania
obudów
bezpieczeństwa. Obciążenia użytkowe, technologiczne i
specjalne w projektowaniu konstrukcji budowlanych EJ.
Problematyka fundamentowania obiektów budowlanych EJ
(geologia, hydrogeologia, geotechnika, sejsmika). Technologie i
techniki budowlane. Logistyka i organizacja budowy.
Optymalizacja czasu budowy.
Ogólna charakterystyka elektrowni jądrowej jako obiektu
sterowania i regulacji. Cel i zakres sterowania jądrowym
zespołem blokowym. Reaktor wodny ciśnieniowy jako obiekt
sterowania i regulacji. Stany nieustalone pracy reaktora. Kinetyka
reaktora. Efekty reaktywnościowe. Dynamika reaktora. Dynamika
obiegu chłodzenia. Organy sterujące reaktora wodnego
ciśnieniowego.
Oprzyrządowanie
pomiarowe
reaktorów
jądrowych. Regulacja mocy zespołu blokowego z reaktorem
wodnym ciśnieniowym. Układy zabezpieczeń zespołu blokowego.
Wymagania dla układów zabezpieczeń. Parametry wyzwalające
działanie układu zabezpieczeń. Zasilanie energią elektryczną
układu zabezpieczeń. Nastawnie w elektrowniach jądrowych.
Materiały paliwowe: uran metaliczny, tor metaliczny, pluton
metaliczny, dwutlenek uranu, węgliki uranu, inne związki toru i
plutonu. Materiały koszulkowe: stopy magnezu, stopy cyrkonu,
stale nierdzewne. Chłodziwa reaktorowe oraz moderatory.
Materiały prętów regulacyjnych. Stale konstrukcyjne i betony
konstrukcyjne. Materiały osłonowe: woda, ołów, betony, żelazo ,
polietylen
,
bor.
Wymagania
stawiane
materiałom
konstrukcyjnym.
Monitoring radiologiczny obiektów jądrowych. Oznaczanie trytu w
próbkach wodnych. Licznik promieniowania całego ciała. Licznik
promieniowania tarczycy. Kalibracja aparatury dozymetrycznej.
Ochrona radiologiczna jako sposób zmniejszenia narażenia
personelu elektrowni jądrowej. Spektrometria gamma a
środowisko.
Rozruch elektrowni jądrowej. Regulacja reaktora energetycznego
w czasie eksploatacji elektrowni jądrowej. Odstawianie reaktora w
różnych stanach eksploatacyjnych. Charakterystyka stanu paliwa
w trakcie eksploatacji reaktora energetycznego. Operacje
związane z paliwem. Procesy chemiczne w obiegach elektrowni
jądrowej.
Kontrola
eksploatacyjna
stanu
urządzeń
napromieniowanych podczas pracy reaktora
Podstawy zapewnienia bezpieczeństwa elektrowni jądrowych.
System barier powstrzymujących rozprzestrzenianie się
produktów rozszczepienia. Układy bezpieczeństwa reaktora
wodnego ciśnieniowego. Charakterystyki i przebiegi wybranych
możliwych awarii w elektrowniach jądrowych. Przepisy i zalecenia
dotyczące bezpieczeństwa energetyki jądrowej. Raporty
W 6h
W 10h
L 6h
W 10h
L 2h
W 6h
L 10h
W 10h
W 20h
3
WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I AUTOMATYKI
15
Problemy
ekonomiczne i
prawne elektrowni
jądrowych
16
Ochrona
radiologiczna
17
Wymiana ciepła i
wymienniki w
elektrowniach
jądrowych
bezpieczeństwa i dozór jądrowy. Ilościowe oceny niezawodności
układów i probabilistyczne oceny bezpieczeństwa elektrowni
jądrowych. Energetyka jądrowa na tle innych zagrożeń dla
środowiska naturalnego i społeczeństwa.
Koszty roczne wytwarzania energii elektrycznej. Koszty
kapitałowe zależne od nakładów inwestycyjnych. Nakłady na
budowę elektrowni opalanych paliwem organicznym i elektrowni
jądrowych. Rozkład nakładów inwestycyjnych w okresie budowy
elektrowni. Dyskontowanie nakładów rozłożonych w czasie.
Współczynniki zamrożenia nakładów i etapowania budowy.
Amortyzacja liniowa i progresywna. Koszty eksploatacyjne stałe –
koszty obsługi i napraw. Koszty eksploatacyjne zmienne – koszty
paliwa. Koszty jednostkowe paliw organicznych (węgla, ropy i
gazu) oraz paliw jądrowych. Dyskontowanie kosztów
eksploatacyjnych. Całkowite zdyskontowane koszty roczne
elektrowni. Koszty jednostkowe energii elektrycznej wytwarzanej
w elektrowniach na paliwo organiczne i elektrowniach jądrowych.
Koszty dodatkowe związane z ochroną środowiska. Koszty
powstające po zakończeniu eksploatacji elektrowni. Czynniki
decydujące o efektywności i opłacalności elektrowni jądrowych:
nakłady na budowę elektrowni, stopy dyskontowe i ceny paliw.
Przykłady analiz ekonomicznych dla elektrowni budowanych w
różnych krajach.
Zagadnienia prawne związane z budową i wyborem lokalizacji
instalacji jądrowych. Regulacje krajowe oraz międzynarodowe w
odniesieniu do budowy, eksploatacji i deinstalacji obiektów
jądrowych.
Budowa atomu , analiza różnic pomiędzy kolejnymi
(chronologicznie przed -stawionymi) modelami budowy atomu:
atom – niepodzielny, model Thompsona, model atomu wodoru
Bohr’a,- postulaty teorii Bohr’a, wyprowadzenie zależności dla
promienia orbity elektronu i jego energii Promieniotwórczość.
Deficyt masy, Reakcje jądrowe, reakcje rozszczepienia, bilans
energii i rozwiązanie zadań wykorzystujących omówione
zagadnienia. Kontrolowane i niekontrolowane reakcje jądrowe,
Oddziaływanie promieniowania z materią. Naturalne i sztuczne
substancje
radioaktywne.
Skażenie
promieniotwórcze
środowiska. Odpady promieniotwórcze. Metody pomiarowe i
analityczne wykorzystywane przy określaniu aktywności
materiałów. Systemy wykrywania skażeń radioaktywnych w
Polsce i na świecie
Wymiana ciepła w rdzeniu reaktora jądrowego. Charakterystyka
odbioru ciepła przez chłodziwo. Opory przepływu i hydrodynamika
rdzenia reaktora jądrowego. Wytwornice pary - typy, konstrukcje,
materiały, parametry pracy Eksploatacja i remonty jądrowych
wytwornic pary.
W+Ć
12h
W+Ć
10h
W 8h
4
WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I AUTOMATYKI
18
Rynki energii
elektrycznej
Aktualna struktura własnościowa przedsiębiorstw energetycznych
w Polsce. Pojęcia: „rynek systemowy” i „rynki lokalne”.
Rozliczenia taryfowe w elektroenergetyce. Taryfy opłat za energię
elektryczną w rozliczeniach między odbiorcami a spółkami
dystrybucyjnymi. Składniki opłat w rachunkach za energię
elektryczną dla odbiorców. Zasady wyboru taryfy przez odbiorcę.
Zróżnicowanie opłat taryfowych w strefach czasowych. Taryfa
hurtowa do rozliczeń między wytwórcami a spółkami
dystrybucyjnymi. Kontrakty bilateralne na rynku energii
elektrycznej. Rynki usług systemowych. Usługi systemowe w
zakresie regulacji mocy czynnej. Zakresy regulacji pierwotnej i
wtórnej w krajowych elektrowniach. Usługi systemowe w zakresie
regulacji mocy biernej. Zasady rozliczeń za usługi systemowe.
Usługi przesyłowe. Zasada wolnego dostępu stron trzecich do
sieci przesyłowej. Zasady rozliczeń za usługi tranzytowe
stosowane na świecie. Wycena usług tranzytowych metodą
kosztów wbudowanych. Wycena usług tranzytowych metodą
kosztów krańcowych (marginalnych).
Razem:
W 6h
230
5