Doc Ing Bedrich Hermanský, CSc, doc Ing Ivan Štoll, CSc ENERGIE PRO 21 STOlETI, il \ ~ ~ '" :'~ PRAHA 1992,V \" "ii Vydavatelství ČVUT Praha 6 ZikoVd4 I I
OBSAH str Úvod 3 Definice a rozmer použitých symbolu "" oo 5 1 ENERGIE, JEJí FORMY A PŔEMÉNY 7 11 Energie jako fyzikální veličina """OO" 8 111 Geneze pojmu energie a zákona zachování energie 9 11 2 Obecné zákony energetických premen """"oo 13 113 Nerozlučnost hmoty a energie 19 12 Rúzné podobyenergie '11 """"""""""""""""", 22 121 Energie mechanická ""11""""""""""""""""""""" 24 122 Energie tepelná, 25 123 Energie zátivá ""11""""""""""""""""""""""" 27 124 Energie elektrická 32 l 2 5 Energie chemická 34 126 Energie jaderná 37 1 27 Zpusobyenergetických premen " oo 54 2 svetový ENERGETICKÝ PROBLÉM 56 21 Energetika a energetický problém " oo 57 22 časovéčlenení energetického problému 59 221 Prvá etapa rešení energetického problému (do roku 2000) 60 222 Strednedobé rešení energetického problému (do roku 2020) 61 223 Pozdní období (do roku 2040) 'OOOOOOOOOOOOOOOOOOOO""OOOOOO'oooooo 62 23 Svetová spotreba primární energie oo 63 231 Dosavadní vývoj spotreby primární energie 64 232 Prognózy dalšího vývoje svetové spotreby primární energie 66 24 Svetové zdroje primární energie oo 68 241 Konvenční zásoby a zdroje fosilních pali v 69 242 Nekonvenční zdroje ropy a zemního plynu 73 243 Jaderné zdroje 74 244 ObnoviteIné zdroje primární energie 76 3 ENERGETICKÁ SITUACE V ČSFR 78 31 Vývoj spotreby primární energie v ČSFR 78 311 Struktura spotreby primární energie v ČSFR 79 312 Energetická nárdčnost československého prlimyslu 80 313 Další rozvoj zdroju primární energie v ČSFR 82 311
1 32 Rozvoj československé elektroenergetiky 84 33 Úloha tuhých fosilních paliv 86 331 Hnedé uhlí a lignity II""""""""""""""""""""'" 87 332 Černé uhlí II""""""""""""""""""""""""""II 87 34 Úloha jaderné energie v ČSFR 88 341 Dosavadní vývoj československé jaderné energetiky 88 342 Prvá československá experimentální jaderná elektrárna Al 90 343 Tlakovodní reaktory jaderné elektrárny V-l 94 344 Tlakovodní reaktory VVER-440, typ V-213 97 345 Jaderná elektrárna s reaktory VVER-1000 99 35 Perspektivy dalšího rozvoje energetiky v ČSFR 101 351" černobylský syndrom,, 102 352 Potŕeba jaderných elektráren s všeobecné pŕijatelným standardem jaderné bezpečnosti 102 353 Jaderná varianta ŕešení československého energetického problému 103 354 Energetická situace v ČSFR v devadesátých letech 104 4 SOUČASNÉ ŠTÉPNÉ JADERNÉ REAKTORY A JFJICH PERSPEKTIVY 106 41 Úvod do teorie štépných jaderných reaktoľú 106 411 Multiplikační faktor, 107 412 štépná ŕetézová reakce s moderátorem 108 41 3 Kritické rozméry štépné soustavy oo 109 414 DifúznÍ rovnice 110 415 Zjednodušený výpočet kritické velikosti reaktoru 113 416 Mnohoqrupová difúzní teorie 118 417 Vývin tepla ve štépných jaderných reaktorech 119 42 Jaderný energetický reaktor a jeho části 120 421 Palivové články 122 422 Aktivní zóna 123 423 Systém fízení reaktoiu 124 424 Systémodvodu tepla 124 425 OCh,ranná obálka (kontejnment) 125 426 Jaderná elektrárna 126 43 Základní typy jaderných energetických reaktoľú 127 431 Dosavadní vývoj jaderných reaktoru oo: 129 432 současný stav vývoje energetických reaktoľú 132 44 Tlakovodníreaktory 134 4 41 Uspoŕádánítlakovodního reaktoru oo 135 442 Tlakovodní reaktory VVER 138 312
443 Tlakovodní reaktory západní koncepce 141 444 Vývojové tendence tlakovodních reaktorď 142 445 Tlakovodní reaktory s vysokou konverzí paliva 145 45 Jademá bezpečnost elektráren s tlakovodními reaktory 147 451 Základní bezpečnostní princip: hloubková ochrana 147 452 Bezpečnostní a ochranné systémy JE (3 úroveň) 150 453 Speciální bezpečnostní systémy (4 úroveň) 153 46 Perspektivy jademé energetiky do roku 2000 154 5 RYCHLÉ MlfOŽlVÉ REAKTORY 156 51 Úvod do teorie množivých štepných reaktorď 156 511 štepná tetezová reakce bez moderátoru 157 512 Koeficient reprodukce 157 513 Doba zdvojení, 159 52 Velká jaderná energetika 160 53 Uspoŕádání rychlého reaktoru chlazeného rpztaveným Na 161 531 Sodík jako chlad ivo rychlých reaktoni 162 532 Palivové články rychlých reaktorú 163 533 Regulační tyče rychl ých reaktoru 164 534 Akti vní zóna 165 53 5 Množivá zóna 166 536 Integrální a smyčkové ŕešení primárního okruhu 166 537 Tŕíokruhové uspoŕádání jaderné elektrárny s rychlým reaktorem 167 538 parní generátary,, I 167 54 prlimyslové prototypy rychlých reaktoru 168 541 Sovetský rychl Ý reaktor BN-600 168, 542 Francouzský rychlý reaktor Super Phénix-l 171 543 Další projekty elektráren s rychlými reaktory 172 55 Bezpečnost rychl ých reaktoru 173 56 Ekonomické problémy výstavby rychlých reaktoru 174 57 Perspektivy rychlých množivých reaktoru 175 6 REAKTOR JAKO ZDROJ TEPLA PRO TECHNOLOGICKÉ ÚČELY 176 61 Vodíková energetika ~ 177 611 Historický vývoj "vodíkové energetiky" 177 61 2 Vodík jako sekundámí palivo 178 613 výroba vodiku 180 II""""""""""""""""""""""""'" 614 Dálkový pŕenos jaderné energie (systém EVA - ADAM) 182 615 Perspektivy vodíkové energetiky 183 313
6 2 Vysokoteplotníreaktory 185 621 Dosavadnívývoj vysokoteplotních reaktoru 185 622 Uspoíádání vysokoteplotních reaktoru ; 186 623 Demonstrační elektrárny s vysokoteplotním reaktorem 188 624 Další vývoj vysokoteplotních reaktoru 190 63 Využití vysokoteplotních reaktoru v technologických procesech 193 631 Zplyňování uhlí 194 632 Projekt vysokoteplotního technologického reaktoru 196 7 ŠTEPNÉ REAKTORY DRUHÉ JADERNÉ ÉRY 198 71 Vývoj požadavku na bezpečnost jaderných elektráren 198 72 Inherentní bezpečnost jaderných elektráren 201 73 Evoluční vývoj lehkovodních reaktoru 202 731 Bezpečnostní aspekty t!akovodních reaktoru 203 732 Další vývoj bezpečnostních systému tlakovodních reaktoru 204 733 Projekty a mezinárodní spolupráce 204 74 Lehkovodní reaktory nové generace 205 741 Projekty založené na koncepci PIUS 206 742 Tlakovodní reaktory se zvýšenou pasi vní a inherentní bezpečností firmy Westinghouse (AP 600) 208 743 Zjednodušený varný reaktor firmy General Electric (SBWR) 210 75 Pro jekty modulových vysokoteplotních reaktoru 212 76 Modulové reaktory chlazené sodíkem 213 77 Projekty s využitím netradičních chladiv 215 8 VYUŽITí ENERGIE JADERNÉ SYNTÉZY 218 81 Základní vlastnosti plazmatu 222 82 Zaíízení s magnetickým udržením 230 821 Pulsní systémy 230 822 Magnetické nádoby 233 823 Stelarátory 236 824 Tokamky 240 825 Experimentální výsledky a mezinárodní program tokamaku 242 83 Zaíízení s inerciálním udržením oooooo 245 831 Lasery 246 832 Svazky částic 248 84 Mionová katalýza a studená fúze oo 249 85 Koncepce termojaderné elektrárny 251 86 Hybridní systémy,, 252 314
87 Systémy s elektrojaderným množením : 253 9 VYUŽITí OBNOVITELNÝCH A NETRADIČNíCH ENERGETICKÝCH ZDROJÚ 255 91 Geotermálníenergie II 256 92 Energie prílivua odlivul 259 93 Energie pocházející ze slunečního zárení 260 931 Pfímé využití slunečního zárení oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo 261 932 Energie vodních toku a ledovcu oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo 264 933 Vétrná energie 265 934 Energie morských vin II"""""""""""""""""""""" 267 935 Energie absorbovaného slunečního tepla 268 936 Energie živéhmoty, I 268 94 MagnetohydrodYDamická energetika 269 95 Nekterá další využití prímých premen energie 270 10 EKOLCGICKÉ PROBLÉMY ENERGETIKY oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo oo 272 101 Rizika energetických technologií 273 1011 Odhad, hodnocení a kontrola rizika 275 1012 Kvantifikace zdravotního rizika energetických systému 276 102 Vliv fosilní energetiky na životní prostredí 278 1021 Uhlí,,,, 278 1022 Ropa a její deriváty '11""""""""""""""""""""'" 281 1023 Zemni plyn 283 1024 Odpadní teplo 283 1025 Trasy vysokého napétí a jejich pusobení na životní prostredí 285 1026 Účinky znečištujících výpustí na celosvetové klima oo oo oo oo oo oo oo oo 286 103 Vliv obnovite Iných zdroju energie na životní prostredí 288 1031 VIi v geotermální energie 288 1032 VIi v sluneční energetiky 289 1033 VIiv využívání vetrné energie 289 1034 Dusledky využívání energie vodních toku 290 1035 Dusledky využívání energie živé hmoty 291 104 Jaderná energie a životní prostredí 291 1041 Biologické účinky ionizujícího zárení 292 1042 Normální provoz jaderných elektráren 298 1043 Havárie jaderné elektrárny s únikem radioaktivních látek 299 1044 Vnéjšipalivový cyklus J01 Zamyšlení nad perspektivami energetiky 306 Použitá a doporučená literatura 308 SIOVlOn~:(i; \'1chnick:5 univerzita v 8ratl$lave Ústredná knižnica študij a infostredisko pri Matlr]álilvotechnologlcke] fakulte ul J Bottu 23, 917 ~4 Trnava