Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév Dr. Trampus Péter egyetemi tanár 06 20 9855970 ATOMREAKTOROK.

Az előadások a következő témára: "Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév Dr. Trampus Péter egyetemi tanár 06 20 9855970 ATOMREAKTOROK."— Előadás másolata:

1 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév Dr. Trampus Péter egyetemi tanár 06 20 9855970 trampus@mk.unideb.hu ATOMREAKTOROK ANYAGAI 10. előadás

2 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév Atomerőművek élettartam gazdálkodása: …divat vagy eszköz?

3 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév Atomerőművi kapacitás alakulása TMI Csernobil ?

4 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév Atomerőművek élettartam gazdálkodása (ÉG) (hagyományos definíció) Az erőmű tulajdonosának tudatos gazdasági-műszaki intézkedései a rendszerek és rendszerelemek üzemeltetésének, karbantartásának és üzemidejének optimalizálása, a termelés és a biztonság elfogadható szintjének biztosítása, az erőmű üzemideje alatti maximális nyereség megvalósítása céljából

5 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév Atomerőművek élettartam gazdálkodása (ÉG) (egyszerűsített definíció) Az atomerőmű üzemeltetése mindaddig, ameddig az előállított villamos energiára igény van, és a termelés a megkövetelt biztonság mellett gazdaságosan folytatható

6 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév Atomerőművek élettartam gazdálkodása (ÉG) (kibővített – korszerű - definíció) Az atomerőmű –fizikai állapotának (karbantartás,ellenőrzés és vizsgálat, modernizálás, engineering), –emberi erőforrásainak és tudásbázisának (emberi erőforrás és tudás management), –tervezési alapjának biztosítása (biztonságnövelés), a vonatkozó K+F igények megfogalmazása, mindezek integrálása és optimalizálása

7 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév ÉG lehetséges célkitűzései Üzemeltetés a tervezett üzemidő végéig Üzemeltetés a tervezett üzemidőn túl (ÜZEMIDŐ HOSSZABBÍTÁS) Teljesítmény növelése Rendelkezésre állás növelése Biztonság növelése …

8 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév É l e t t a r t a m Döntés az atomerőmű mellett Indítás Végleges leállítás Típusválasztás Tervezés Engedélyeztetés Pénzügyi lebonyolítás Építés Tervezési élettartam Üzemidő Felkészülés a leszerelésre Leszerelés befejezése Naptári idő Élettartam - üzemidő

9 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félévÉlettartamok Műszaki Tervezési Engedélyezési Üzemeltetési (üzemidő) Pénzügyi (amortizációs) Gazdaságossági (kapacitás kiváltás) Politikai …

10 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév ÉG kialakulásának tényezői (+/-) Fenntartható energia szolgáltatás Atomenergia ellentmondásos megítélése Gazdaságosság „Jövő atomerőművei” belépésének várható időpontja

11 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév Fenntartható energia szolgáltatás (1) Villamos energia igény növekedése Környezeti hatások –Radioaktív hulladék –Globális klímaváltozás Energia tartalékok –Szén, gáz, olaj, U, Th (nem korlátlan, de nem kritikus) –Megújuló (korlátlan, de kihasználásuk kérdéses)

12 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév Fenntartható energia szolgáltatás (2) Lehetőségek: –Népesség növekedés stabilizálása* –Energia hatékonyság növelése –Megújuló források arányának növelése –Atomenergia –Fosszilis fűtőanyag égetéséből származó CO 2 leválasztása Következtetés: –ATOMENERGIA EGY AZ OPCIÓK KÖZÜL

13 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév Az ENSZ „emberi jólét” indexe és a villamos energia fogyasztás a villamos energia fogyasztás

14 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév Hozzáférés az energiához Megbízható szolgáltatás Gazdaságosság Környezet- védelem Társadalmi elfogadottság Szükségletek hiánya Kielégített szükségletek Párbeszédlehetősége Energiapolitika Maslow piramisa ?

15 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félévGazdaságosság Létesítés fajlagos költsége magas Létesítés pénzügyi kockázata nagy –késés / felfüggesztés Villamos energia piaci liberalizáció –üzemelő atomerőművek versenyhelyzetbe kerültek Stabilan alacsony fűtőelem ár „Külső” költségek –környezet- és egészségkárosítás forintosítása Kibocsátás kereskedelem Következmény: –ÜZEMELŐ ATOMERŐMŰVEK HELYZETBE HOZTÁK MAGUKAT

16 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév Rendelkezésre állás növekedése IAEA Nuclear Technology Review, 2004

17 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév Atomenergia ellentmondásos megítélése Okok: –történelmi, –racionális – irracionális, –ismerethiány Hangsúly eltolódások: –Fizikai biztonság (9/11) Következmény: –ÚJ ATOMERŐMŰVEK ÉPÍTÉSE HELYETT: ÜZEMELŐ ATOMERŐMŰVEK KIHASZNÁLÁSA

18 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév I. generáció II. generáció III. generáció IV. generáció 1950 1970 1990 2010 2030 Atomerőművek fejlődésének fokozatai Korai prototípusok : Shippingport Dresden Fermi I Magnox Kereskedelmi típusok: PWR / BWR CANDU AGR VVER / RBMK Evolúciós típusok: ABWR AP 600 System 80+ EPR Innovatív típusok: gázhűtésű gyors folyékony-fém hűtésű gyors sóolvadék hűtésű szuperkritikus vízhűtésű igen nagyhőmérsékletű

19 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév Jövő atomerőműveivel szemben támasztott követelmények A villamos energia árának versenyképesnek kell lennie más energiahordozókkal szemben Alacsony pénzügyi kockázat (építési költségek: 1000 US$/kW, építési idő 3 - 4 év) A biztonságot a közvélemény előtt is bizonyítani kell tudni A radioaktív hulladék mennyiségét jelentősen csökkenteni kell A teljes fűtőelem ciklusnak érzéketlennek kell lennie katonai célú felhasználásra Belépésük várható időpontja: 2030 KÖRÜL

20 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév Az egyes tényezők ÉG motiváló hatása +Energia szolgáltatás:+ +/(-)Gazdasági tényezők:+/(-) n. j.Ellentmondásos megítélés: n. j. +Jövő atomerőművei:+

21 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév Atomerőművek élettartam gazdálkodása: híd a XX. és a XXI. század nukleáris technológiája között

22 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév Döntés az üzemidő hosszabbításról Élettartam korlátozó berendezések kiválasztása Adatbázis létrehozása Aktuális állapot meghatározása Élettartam becslés Intézkedések: üzemviteli módosítások karbantartási stratégia rekonstrukció (rendszer) berendezés csere biztonságnövelési intézkedés Biztonsági szempontok Termelési szempontok Erőmű-specifikus adatok Általános információk: öregedés, törésmechanika, nemzetközi tapasztalatok Tervezés, gyártás Specifikus információk: null-állapot üzemközbeni ellenőrzés diagnosztika Kritérium: biztonsági tartalék Mértékadó öregedési mechanizmus(ok) Gazdasági megfontolások Kutatás-fejlesztés eredményei Rendelkezésreállásmegtartása Üzemeltetési engedély meghosszabbítása Műszaki elemzés Gazdasági számítások

23 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév 100 80 60 40 20 0 1020 3040506070 Üzemeltetési idő, év Rendelkezésre állás, % „normál” üzemeltetés élettartam gazdálkodás (üzemidő hosszabbítás) Élettartam gazdálkodás ütemezése

24 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév Kritikus berendezések RangsorMegnevezés 1Reaktortartály 2Konténment és alaplap 3Főkeringtető vezeték és reaktorcsonk toldatok 4Gőzfejlesztő hőátadó csövek 5Főkeringtető szivattyúk 6Térfogatkiegyenlítő tartály 7Szabályozó rúd hajtás mechanizmusok 8Kábelek és csatlakozók 9Diesel generátorok 10Reaktor belső berendezések 11Reaktortartály tartószerkezet 12Tápvíz vezetékek, csonkok és gőzfejlesztő köpeny

25 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév K ezdeti bizton ági tartalék Biztonsági tartalék Tervezési élettartam IGÉNYBEVÉTELI PARAMÉTER MÉRTÉKADÓ ANYAGJELLEMZŐ Tervezési görbe Tényleges élettartam kimerülés Rekonstrukció, csere Biztonsági követelmények változása Igénybevétel csökkentése I d ő Igénybevétel - Anyagjellemző t1t1 t2t2 t3t3 t4t4 Élettartam kimerülési folyamat

26 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév Üzemidő hosszabbítás lehetőségei (hw) Berendezés igénybevételének csökkentése –Normál igénybevétel: átalakítás (GF tápvíz elosztó) –Tranziens igénybevétel: amplitúdó (ZÜHR közeg hőmérséklet növelés) és/vagy ciklusszám csökkentése Élettartam kimerülési folyamat lassítása –Teljesítmény csökkentés (!) –Zónamódosítás (kis neutron kiszökés, árnyékolás) –Szerkezeti anyag ellenállásának növelése: Kondenzátor csőcsere, Ferrites csőívek cseréje ausztenitesre, KR megfogó fej gyártástechnológia módosítása –Karbantartás –Felújítás (reaktortartály zóna öv hőkezelés) –Berendezés csere (GF)

27 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév Üzemidő hosszabbítás lehetőségei (sw) Élettartam becslés megbízhatóságának növelése (bizonytalanságok csökkentése) –Elemzés módszertana / modellalkotás Determinisztikus kontra valószínűségi Empirikus korreláción kontra fizikai alapokon nyugvó –Mérési és számítási módszerek Diagnosztikai eljárások POD növelése (roncsolásmentes vizsgálat) –Modellek pontosságának növelése (geometria, terhelés,…)

28 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév TÉNYLEGES ÜZEMIDŐ Tartályfal és próbatest azonosság Tartályfal és próbatest hőmérséklete Fluxus és fluens mérés Lead faktor számítás Telítődési effektus Besugárzási idő hatása Mechanikai vizsgálatok hibája (null- állapot) Besugárzott próbatestek vizsgálatának hibája Mechanikai vizsgálatok értékelésének hibája Referenciagörbe meghatározása Roncsolásmentes vizsgálatok hibája Posztulált hiba kiválasztása Üzemzavari tranziens kiválasztása Feszültséganalízis SZÁMÍTOTT ÜZEMIDŐ min max közép Bizonytalanságok példa: PTS elemzés

29 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév A bizonytalanságokról Oka: hiányos tudás Bizonytalanságok fajtái: –Sztochasztikus folyamatból adódó aleatory uncertainty (pl. ridegtörés: sztochasztikus eloszlású karbidok - „leggyengébb láncszem”) –Ismerethiányból adódó epistemic uncertainty (pl. folytonossági hiány eloszlás – Marshall jelentés eloszlás függvénye kontra NRC eloszlásfüggvénye) Kiküszöbölésük: –lehetséges? elvileg IGEN, de a források korlátozottak –gyakorlatban: az ismerethiányból adódóak kiküszöbölése folyamatos

30 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév Ferrites acélok szívós-rideg átmenete Anyagminőség: 22NiMoCr37

31 Atomreaktorok anyagai Debreceni Egyetem, Műszaki Kar, 2009/2010. II. félév ÜH engedélyezés lehetőségei Üzemeltetési engedély határozott időre szól (USA: 40 év) –Új üzemeltetési engedély további 20 évre Üzemeltetési engedély határozatlan időre szól (Európa) –Időszakos biztonsági felülvizsgálat (IBF, PSR) 10 évenként, automatikusan biztosítja Magyarország: –Tervezett üzemidő: 30 év –Első üzemeltetési engedély határozatlan időre szólt –IBF 1996 óta hatályban, ma ez határozza meg az üzemidőt Új üzemeltetési engedély kiadása