Elektrownie i elektrociepłownie jądrowe z reaktorami HTGR I SMR. Efektywność energetyczna i ekonomiczna

Elektrownie i elektrociepłownie jądrowe z reaktorami HTGR I SMR. Efektywność energetyczna i ekonomiczna

rok wydania: 2024, wydanie pierwsze
ISBN: 978-83-01-23346-4
ilość stron: 230
format: 16,5x23,5 cm
oprawa: miękka

Opis

Przedstawimy wyjątkową publikację poświęconą bardzo nowoczesnej i wkrótce wdrażanej w Polsce technologii modułowych (małych) elektrowni jądrowych – SMR i HTGR. W publikacji tej, zatytułowanej: Elektrownie i elektrociepłownie jądrowe z reaktorami HTGR I SMR. Efektywność energetyczna i ekonomiczna prof. dr hab. inż. Ryszard Bartnik przedstawia analizy termodynamiczną i ekonomiczną wdrożenia obu typów reaktorów do systemu energetycznego.

Dopiero budowa konwencjonalnych, dużych reaktorów jądrowych PWR i BWR oraz właśnie tych opisanych w niniejszej książce zapewni Polsce bezpieczeństwo energetyczne – polecamy zatem zapoznanie się również z drugą, nową publikacją poświęconą reaktorom konwencjonalnym – Elektrownie jądrowe w nowoczesnej gospodarce. Technologie, ekonomika, bezpieczeństwo.

We wstępie do książki Autor pisze: „Energetyka jądrowa powinna odgrywać na świecie wręcz podstawową rolę. I to z wielu powodów. Jednym z najważniejszych jest ogromna ilość uranu na Ziemi, którego wystarczy na miliardy lat. Paliwo jądrowe zapewni zatem bezpieczeństwo energetyczne światu na miliardy lat. Energetyka jądrowa jest ponadto „czystą” technologią energetyczną nieemitującą pyłów, związków siarki, azotu ani dwutlenku węgla, za którego emisję politycy Unii Europejskiej nałożyli duży podatek. Mało tego, bardzo mocno forsują w górę jego wysokość, co w końcu spowoduje, że nawet elektrownie i elektrociepłownie w hierarchicznej technologii gazowo-parowej z turbinami gazowymi, w których spalany jest gaz ziemny, staną się ekonomicznie nieopłacalne, choć już w tej chwili są na granicy opłacalności”.

W monografii Czytelnik między innymi znajdzie następujące zagadnienia:

- termodynamiczne i ekonomiczne analizy hierarchicznych gazowo-gazowych elektrowni i elektrociepłowni jądrowych,

- termodynamiczne i ekonomiczne analizy hierarchicznych gazowo-parowych elektrowni i elektrociepłowni jądrowych,

- porównawcze analizy termodynamiczna i ekonomiczna elektrowni i elektrociepłowni jądrowych z reaktorami SMR i HTGR.

Publikację Elektrownie i elektrociepłownie jądrowe z reaktorami HTGR I SMR. Efektywność energetyczna i ekonomiczna kierujemy do: studentów uczelni technicznych studiujących następujące kierunki: energetyka jądrowa (nowy kierunek studiów od roku akademickiego 24-25), a także: energetyka, elektrotechnika, inżynieria środowiska, mechanika i budowa maszyn (przedmioty: Współczesne systemy energetyczne, Spalanie paliw energetycznych, Eksploatacja systemów energetycznych, Perspektywiczne technologie energetyczne itp.), a także do licznych kierunków podyplomowych poświęconych nowoczesnej energetyce.

Publikacja będzie również istotnym źródłem wiedzy dla inżynierów zajmujących się projektowaniem, planowaniem, budową i eksploatacją tego typu elektrowni, dla pracowników energetyki zawodowej, decydentów branży energetycznej oraz dla wszystkich, którym bliska jest tematyka modernizacji i rozwoju polskiej energetyki.

"Głównym zagadnieniem rozważanym w monografii są analizy termodynamiczna i ekonomiczna elektrowni i elektrociepłowni jądrowych z reaktorami HTGR oraz SMR. (…) W rozdziale czwartym przedstawiono wyniki analiz termodynamicznych i ekonomicznych hierarchicznych dwuobiegowych gazowo-gazowych elektrowni i elektrociepłowni jądrowych z wysokotemperaturowymi reaktorami HTGR w których czynnikiem obiegowym jest hel. (…) Wg Autora monografii reaktorami inherentnie bezpiecznymi są reaktory HTGR, w których wykorzystuje się siłę grawitacji w specjalnej konstrukcji łoża paliwowego oraz umieszczone w nim paliwo np. w postaci kul grafitowych wielkości piłek tenisowych zawierających bardzo małe, o milimetrowej i mniejszej średnicy granulki paliwa składające się z mieszaniny tlenku uranu i tlenku toru, bądź węglika uranu i węglika toru, pokryte czterema warstwami węglika krzemu skutecznie zatrzymującymi produkty rozszczepienia i wytrzymującymi temperaturę 1600°C. (…) Ostatni siódmy rozdział monografii podejmuje tematykę elektrowni i elektrociepłowni wyposażonych w modułowe reaktory SMR, które mają być w przyszłości budowane zarówno na świecie, jak i w Polsce. (…) Na uwagę godną podkreślenia zasługuje fakt, że Autor monografii do przeprowadzenia analiz termodynamicznych i ekonomicznych wykorzystuje własne opracowane modele matematyczne przedstawione w monografii oraz algorytmy i kody obliczeniowe, pomimo współczesnej dostępności komercyjnego oprogramowania komputerowego. Opracowane własne kody obliczeniowe niejednokrotnie pozwalają na przeprowadzanie głębszych analiz i kontrolę pośrednich wyników obliczeń pod kątem ich poprawności termodynamicznej oraz przeprowadzanie wielowariantowych symulacji prowadzących do otrzymania rozwiązań optymalnych. Otrzymane rozwiązania dzięki stosowaniu w analizie kryterium ekonomicznego pozwalają ponadto na wyciąganie wniosków dotyczących uwarunkowań wdrażania innowacyjnej gazowo-gazowej i gazowo-parowej technologii energetycznej z reaktorami HTGR oraz technologii z modułowymi reaktorami SMR. Pozwalają na określenie ekonomicznie uzasadnionych relacji i zakresu cen nośników energii. (…) Przedstawiona w monografii metodyka wykonywania analiz techniczno-ekonomicznych układów gazowo-gazowych i gazowo-parowych z reaktorami HTGR oraz elektrowni i elektrociepłowni z reaktorami SMR posiada zatem zarówno walory poznawcze poszerzające wiedzę o tych układach, jak również umożliwia szerokie działania aplikacyjne".
prof. dr hab. inż. Marcin Szega, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki – Politechnika Śląska

Spis treści

Podstawowe oznaczenia / IX

Rozdział 1. Wprowadzenie / 1

Rozdział 2. Podstawy termodynamiczne analizy silników hierarchicznych / 13
2.1. Temperatury uśrednione entropowo / 16
2.2. Bilans energii i egzergii hierarchicznego silnika j-obiegowego / 19

Rozdział 3. Metodyka termodynamicznej i ekonomicznej analizy hierarchicznych, dwuobiegowych gazowo-gazowych elektrowni i elektrociepłowni jądrowych z wysokotemperaturowymi reaktorami i helem jako czynnikiem obiegowym / 23
3.1. Wprowadzenie / 23
3.2. Wybrane zagadnienia optymalizacji obiegu Joule’a / 30
3.2.1. Ustalenie związków pomiędzy ciśnieniami gwarantującymi maksymalną sprawność energetyczną obiegu Joule’a z dwustopniowym rozprężaniem i dwustopniowym sprężaniem / 30
3.2.2. Metodyka doboru optymalnych parametrów termicznych czynnika obiegowego w poszczególnych punktach obiegu Joule’a / 33
3.2.3. Wyniki obliczeń termodynamicznych / 39
3.3. Jednostkowe koszty produkcji energii elektrycznej i ciepła / 50
3.4. Podsumowanie i wnioski końcowe / 53

Rozdział 4. Termodynamiczna i ekonomiczna analiza hierarchicznych gazowo-gazowych elektrowni i elektrociepłowni jądrowych z wysokotemperaturowymi reaktorami i helem jako czynnikiem obiegowym / 57
4.1. Wprowadzenie / 57
4.2. Wyniki obliczeń termodynamicznych / 64
4.3. Jednostkowe koszty produkcji energii elektrycznej i ciepła / 72
4.4. Podsumowanie i wnioski końcowe / 81

Rozdział 5. Porównawcze analizy termodynamiczna i ekonomiczna konwencjonalnej elektrowni gazowo-parowej z elektrownią gazowo-parową z wysokotemperaturowym reaktorem jądrowym / 85
5.1. Wprowadzenie / 85
5.2. Analiza termodynamiczna elektrowni w technologii gazowo-parowej z wysokotemperaturowym reaktorem jądrowym, helem oraz wodą i parą jako czynnikami obiegowymi / 90
5.2.1. Analiza termodynamiczna części gazowej elektrowni gazowo-parowej / 90
5.2.2. Analiza termodynamiczna części parowej elektrowni gazowo-parowej z reaktorem HTGR / 92
5.2.3. Analiza termodynamiczna części parowej konwencjonalnej elektrowni gazowo-parowej / 107
5.3. Jednostkowe koszty produkcji energii elektrycznej w elektrowniach gazowo-parowych z reaktorem HTGR i konwencjonalnych / 111
5.3.1. Jednostkowy koszt produkcji energii elektrycznej w elektrowni gazowo-parowej z wysokotemperaturowym reaktorem jądrowym / 111
5.3.2. Jednostkowy koszt produkcji energii elektrycznej w konwencjonalnej elektrowni gazowo-parowej / 114
5.4. Podsumowanie i wnioski końcowe / 117

Rozdział 6. Porównawcze analizy termodynamiczna i ekonomiczna konwencjonalnej elektrociepłowni gazowo-parowej z elektrociepłownią gazowo-parową z wysokotemperaturowym reaktorem jądrowym / 119
6.1. Wprowadzenie / 119
6.2. Analizy termodynamiczna i ekonomiczna wpływu objętości akumulatora ciepła na jednostkowy koszt produkcji ciepła w elektrociepłowni gazowo-parowej / 123
6.2.1. Wprowadzenie 123
6.2.2. Analiza termodynamiczna stosowania akumulatorów ciepła w elektrociepłowniach / 125
6.2.3. Analiza ekonomiczna stosowania akumulatorów ciepła w elektrociepłowniach / 127
6.2.4. Wyniki przykładowych obliczeń / 131
6.2.5. Podsumowanie i wnioski końcowe / 146
6.3. Analiza termodynamiczna elektrociepłowni w technologii gazowo-parowej z wysokotemperaturowym reaktorem jądrowym i helem oraz wodą i parą jako czynnikami obiegowymi / 148
6.3.1. Analiza termodynamiczna części gazowej elektrociepłowni gazowo-parowej / 148
6.3.2. Analiza termodynamiczna części parowej elektrociepłowni gazowo-parowej z reaktorem HTGR / 151
6.4. Analiza ekonomiczna jednostkowych kosztów produkcji ciepła w elektrociepłowniach zmodyfikowanej i konwencjonalnej / 167
6.4.1. Jednostkowy koszt produkcji ciepła w elektrociepłowni gazowo-parowej z wysokotemperaturowym reaktorem jądrowym / 167
6.4.2. Jednostkowy koszt produkcji ciepła w konwencjonalnej elektrociepłowni gazowo-parowej / 173
6.5. Podsumowanie i wnioski końcowe / 179

Rozdział 7. Porównawcze analizy termodynamiczna i ekonomiczna elektrowni i elektrociepłowni jądrowych z reaktorami SMR i HTGR / 183
7.1. Wprowadzenie / 183
7.2. Wyniki obliczeń termodynamicznych i ekonomicznych / 187
7.2.1. Analiza termodynamiczna elektrowni z ciśnieniowym reaktorem wodnym SMR / 187
7.2.2. Analiza porównawcza efektywności ekonomicznej elektrowni z reaktorami HTGR i SMR / 205
7.3. Analiza termodynamiczna i ekonomiczna elektrociepłowni z ciśnieniowym reaktorem wodnym SMR / 208
7.4. Podsumowanie i wnioski końcowe / 215
Bibliografia / 217