Question

1.Scharakteryzuj Zasade Dzialania elektrowni jadrowej oraz elektrowni wodnej i wiatrowej?.

2. wyjasnij co to jest energia solarna i geotermalna oraz biogaz ?.

Pomocy !. ;))

Answer 1

Zasada działania elektrowni atomowych opiera się na podstawie tzw. rozszczepienia jądra. 
Do rozszczepienia wykorzystuje się izotop Uranu, mianowicie Uran-235. 
Izotop ten jest rozszczepialny. Jeśli w jego jądro atomowe uderzy neutron (którego prędkość przed zderzeniem musi być odpowiednio mała), nastąpi rozszczepienie na dwie części i dodatkowo powstaną jeszcze nowe neutrony. Reakcje mogą wyglądać nastepująco:

n + U = Ba + Kr + 3n

n + U = Xe + Sr + 2n

Reakcje te zachodzą w tzw. reaktorze. 

 

W reaktorze znajdują się pręty paliwowe, w których zachodzą reakcje rozszczepienia jądra izotopu U-235. 
Znajdująca się w reaktorze woda spełnia dwie funkcje: 

Jest tzw. moderatorem: Jak napisałem wcześniej, aby doszło do rozszczepienia jądra, neutron uderzający w Uran musi mieć małą prędkość. Woda po prostu wyhamowuje neutrony, aby reakcje mogły zachodzić dalej Podczas reakcji rozszczepienia jądra uwalniane sa duże ilości energii, a co za tym idzie i ciepła. Woda chłodzi reaktor i jest jednocześnie ciałem roboczym (zamienia się w parę lub podgrzewa w zalezności od rodzaju reaktora- patrz dalej) i zostaje doprowadzona do turbiny, względnie wymiennika ciepla.

 

Jak widać z powyższych reakcji, powolny neutron wywoławszy rozszczepienie, wywołuje rownież powstanie dwóch lub trzech neutronów, które po wyhamowaniu mogą dalej wywoływać reakcję (tzw. reakcja łańcuchowa). Człowiek musi mieć jednak nad tym wszystkim kontrolę. Służą do tego wsuwane lub wysuwane pręty kontrolne pochłaniające neutrony. Im bardziej wsunięte wgłąb reaktora, tym więcej neutronów pochłaniają i tym mniej ciepła się wydziela. 

Tak jak już wczesniej wspomniałem, istnieją dwa typy reaktorów jądrowych:

Reaktor z wodą pod ciśnieniem Reaktor z wrzącą wodą

W tym pierwszym woda jest podgrzewana do około 320 st. C. Nie zamienia się jednak w parę z powodu wysokiego ciśnienia- ok. 160 barów. Woda ta jest transportowana do tzw. wymiennika ciepła, który otrzymuje parę wodną, ale już w drugim obiegu wody. Para ta jest dalej prowadzona do turbin połączonych z generatorami. 

W reaktorze z wrzącą wodą natomiast- para jest wytwarzana już w reaktorze i dalej kierowana bezpośrednio (jeden, zamiast dwóch obiegów wody) do turbin. 

Podstawową różnicą tych dwóch rodzajów reaktorów jest obszar zagrożony promieniowaniem radioaktywnym. W reaktorze z wodą pod ciśnieniem obszar ten stanowi tylko reaktor i wymiennik ciepła. W reaktorze z wrzącą wodą dochodzą do tego rownież turbiny i układ chłodzenia pary w tylko jednym jej obiegu. 

 

 

 

Zasada dzialania elektrowni wodnych jest prosta: energia potencjalna wody jest zamieniana na mechaniczną energię turbiny, a ta na energię elektryczną. Mówiąc/pisząc prościej, turbinę napędza tym razem zimna woda (a nie para jak dotąd). 
Zaletami elektrowni wodnych są ich duża sprawność (ok 75%) oraz szybkie czasy uruchomienia (kilka minut- wystarczy odkręcić zawór, nie trzeba wcześniej rozpalać kotła). Elektrownie wodne są również tańsze, gdyż nie trzeba płacić za paliwo (np. węgiel). 
Wadą elektrowni wodnych jest niewątpliwie ingerencja w krajobraz jak i naturalne środowisko wodne. W wielu miejscach ich użytkowanie zależy również od pory roku (w zimie woda może zamarznąć). 
Istnieją trzy główne typy elektrowni wodnych:

Elektrownie z wodą "bieżącą": 
Budowane najczęściej na rzekach, gdzie woda płynie cały czas i cały czas może pracować elektrownia. Elektrownie zbiornikowe: 
Budowane najczęściej w dolinach. Czerpią wodę z położonych wysoko jeziorek zbiornikowych (np. w górach). Górny zbiornik wodny (czyt. jeziorko) napełnia się samoczynnie w ciągu jakiegoś czasu (dzień, tydzień, rok...) i wtedy wodę można przepuścić przez turbiny. Elektrownie pompowo-zbiornikowe: 
Zasada jest prosta: należy znależć (lub zbudować) dwa zbiorniki na różnych wysokościach. Podczas dużego zapotrzebowania na prąd, woda przepływa z górnego zbiornika, poprzez turbiny elektrowni, do dolnego. Gdy zapotrzebowanie na prąd jest mniejsze (np. w nocy), wodę z dolnego zbiornika przepompowuje się do górnego i cykl może zostać powtórzony.

Ideą wiatraków jest zamiana energii kinetycznej mas powietrza (wiatru) na mechaniczną energię generatora, a następnie na energię elektryczną. 

Siła wiatru porusza rotor połączony z generatorem, który wytwarza prąd. Istnieją dwa sposoby przekształcenia niskiej liczby obrotów rotora na dużą liczbę obrotów generatora. 

Pomiędzy rotorem a generatorem można zastosować specjalny napęd, który zamieni małą ilość obrotów na dużą. Koncepcja ta ma jedną wadę: napęd wprowadza dodatkowe straty (jego sprawność nie jest stuprocentowa). Zaletą jest mozliwość zastosowania standardowego generatora i tym samym znaczne obniżenie kosztów konstrukcji. Można zastosować generator z dużą liczbą par biegunów. Zaletą jest to, że nie trzeba stosować napędu. Wada- konstrukcja wymaga zastosowania specjalnego generatora- wzrastają koszty.

Współczesne elektrownie wietrzne osiągają moce w zakresie 30kW....3000kW. Wiatrak zaczyna działać przy prędkości wiatru ok. 3m/s (10,8km/h). Oczywiście im silniejszy wiatr (zanim osiągniemy moc znamionową elektrowni), tym więcej energii jest ona w stanie wytworzyć. Okolo 13 m/s (46,8 km/h) elektrownia osiąga swą moc znamionową. Niewiele ludzi zdaje sobie sprawę z tego, że przy prędkości wiatru powyżej 25 m/s (90 km/h) rotor zostaje wyhamowany w celu uniknięcia szkód, które mogłyby powstać w materiałach użytych do budowy elektrowni (mają one swoją wytrzymałość). 

Zaletą wiatraków jest całkowity brak emisji szkodliwych spalin przy wytwarzaniu energii elektrycznej. Wadą jest to, że nie mogą one pracować non-stop (czasami nie ma wiatru, lub jest on zbyt silny). Nie bez znaczenia jest również aspekt estetyczny (zakłócanie naturalnego krajobrazu).