Fizika | Energetika » Energetika

Energetika Janus Pannonius Tudományegyetem 1996 Tartalomjegyzék: BEVEZETÉS 1 1. ALAPFOGALMAK 2 1.10 Technika 1.11 Technológia 1.12 Technikai rendszerek 1.20 Erő, energia, energia-megmaradás 1.21 Belső energia 1.22 A termodinamika második főtétele I. tananyagrész Kötelező irodalom Ajánlott irodalom Ellenőrző kérdések 1.23 Körfolyamatok 1.30 Energetika 1.31 Energia a technikai rendszerekben 1.32 Technikailag releváns energiafajták 1.33 Technikai rendszerek az energetikában II. tananyagrész Kötelező irodalom Ajánlott irodalom Ellenőrző kérdések 2. ENERGIAFORRÁSOK ÉS ENERGIAHORDOZÓK 2 2 2 4 4 5 6 6 6 8 9 10 11 11 12 14 14 14 15 16 2.1 Megújuló és nem megújuló energiaforrások 17 2.2 Primer és szekunder energiaforrások 18 2.3 Ásványi energiahordozók 2.31 Szén 2.32 Szénhidrogének 2.33 Hasadóanyagok 2.34 Alternatív energiaforrások 19 19 20 21 21 I III. tananyagrész Kötelező irodalom Ajánlott irodalom Ellenőrző

kérdések 3. ERŐMŰVEK 23 23 23 24 25 3.1 Fizikai alapfogalmak 3.11 Carnot körfolyamat 3.12 Rankine-körfolyamat 3.13 Szuperkritikus körfolyamat 3.14 Erőművi körfolyamatok hatásfoknövelése 26 26 28 29 30 IV. tananyagrész Kötelező irodalom Ajánlott irodalom Ellenőrző kérdések 31 31 31 32 3.2 Atomenergia-hasznosítás 3.21 Fúzió 3.22 Fisszió (maghasadás) 33 34 34 V. tananyagrész Kötelező irodalom Ajánlott irodalom Ellenőrző kérdések 36 36 36 37 4. HŐERŐMŰVEK 38 4.0 Az erőművek általános felépítése 38 4.1 Hőerőmű, hőszolgáltató erőmű, fűtőmű 39 4.2 Hőerőművek működése 40 4.3 Távfűtőrendszerek 4.31 Forróvíz-távfűtések 43 43 VI. tananyagrész Kötelező irodalom Ajánlott irodalom Ellenőrző kérdések 44 44 44 45 II 4.4 Hulladékégető-művek 4.41 Hulladék 4.42 Szemétégető művek telepítése 46 46 48 4.5 Másodlagos feldolgozás 4.51 Kokszolás 4.52 Szénhidrogénbontás 4.53

Szénelgázosítás 50 50 51 51 4.6 Hőszivattyúk 53 VII. tananyagrész Kötelező irodalom Ajánlott irodalom Ellenőrző kérdések 55 55 55 56 5. ATOMERŐMŰVEK 57 5.1 Csatorna típusú reaktor 60 5.2 Nyomottvizes reaktor 61 5.3 Forralóvizes reaktor 62 5.4 Golyós reaktor 63 5.5 Egy- és kétkörös atomerőművek 64 5.6 Szaporító reaktorok 65 VIII. tananyagrész Kötelező irodalom Ajánlott irodalom Ellenőrző kérdések 66 66 66 66 5.7 Gázhűtésű reaktorok 67 5.8 Vízhűtésű reaktorok 71 5.9 A VVER-440 reaktor 75 5.10 Balesetveszély és gazdaságosság 78 III 5.11 Atombomba, hidrogénbomba, neutronbomba 80 IX. tananyagrész Kötelező irodalom Ajánlott irodalom Ellenőrző kérdések 83 83 83 83 6. VÍZENERGIAHASZNOSÍTÁS 84 6.1 Vízerőművek 85 6.2 Tározós vízerőmű 91 6.3 Árapály-erőmű 92 X. tananyagrész Kötelező irodalom Ajánlott irodalom Ellenőrző kérdések 93 93 93 93 7. NAPENERGIAHASZNOSÍTÁS 94

7.1 Napkollektor és naperőmű 95 7.2 Napelemek 96 XI. tananyagrész Kötelező irodalom Ajánlott irodalom Ellenőrző kérdések 98 98 98 98 8. SZÉLENERGIAHASZNOSÍTÁS 99 XII. tananyagrész Kötelező irodalom Ajánlott irodalom Ellenőrző kérdések 101 101 101 101 9. KÖZVETLEN ENERGIA-ÁTALAKÍTÓ RENDSZEREK 102 9.1 Magnetohidrodinamikus generátor IV 103 XIII. tananyagrész Kötelező irodalom Ajánlott irodalom Ellenőrző kérdések 10. ENERGIASZÁLLÍTÁS ÉS- TÁROLÁS 104 104 104 104 105 10.1 Villamos hálózatok 10.11 Hálózati alakzatok 105 107 XIV. tananyagrész Kötelező irodalom Ajánlott irodalom Ellenőrző kérdések 111 111 111 111 11. AZ ENERGIAGAZDÁLKODÁS TÁVLATAI 113 XV. tananyagrész Kötelező irodalom Ajánlott irodalom Ellenőrző kérdések 117 117 117 118 Irodalomjegyzék 119 Ábrajegyzék 124 V Bevezetés A jegyzet tanár szakos hallgatók részére készült, nem tekinti feladatának energetikai szakemberek

képzését. Célja egy átfogó technikai műveltséget alapozó energetikai ismeretrendszer nyújtása, s ennek lényegéből következően ezt a műegyetemi, műszaki főiskolai tárgyaknál szokásos szakmai megközelítésnél sokkal interdiszciplinárisabb módon igyekszik megvalósítani. Az anyag távoktatási rendszerben, önálló tanulást megcélozva íródott, (ami természetesen nem zár ki néhány konzultációt). Ennek megfelelően az egyes fejezetek, illetve az egy szemeszterre tervezett tizenöt anyagrész végén összefoglaló kérdések segítik a tanuló önellenőrzését, kérdések formájában még egyszer összefoglalva a legfontosabb tudnivalókat, összefüggéseket. A fejezetszámozások szakmai logikát követnek (arab számok). A római számokkal jelölt tananyagrészek a féléves anyagot tizenöt, módszertanilag- didaktikailag egyenlő részre osztják, s nem feltétlenül azonosak a tananyag fejezeteivel. Az önálló feldolgozást segíti az egyes

fejezetekhez ajánlott relatíve könnyen hozzáférhető szakirodalom, hiszen a tananyaghoz kapcsolódó szakirodalmi tájékozódás, az önálló szakirodalom- -feldolgozás a felsőfokú tanulmányok része, természetes velejárója. (Az anyag összeállítása a középiskolás tananyag elvárható szintű ismeretét feltételezi.) 1 1. Alapfogalmak 1.10 Technika A technika a természetben emberi beavatkozás nélkül (spontán) lejátszódó folyamatokkal, az állapotváltozásokkal szemben állapotváltoztatásokat valósít meg. (A hangsúly a műveltető képzőn van.) 1.11 Technológia A technológia (gör. tekhné=ügyesség, mesterség, művészet+logosz=gondolat, ész, tudás, tudomány) legáltalánosabban értelmezve az állapotváltoztatás módszere, melyben egy kezdeti állapotból egy, vagy több ember számára kedvezőbb állapotba jut anyag és/vagy energia és/vagy információ (a fából bútor lesz, a vízenergiából villamos áram, a

hírszerkesztőség összeállította információk pedig hallhatók a rádióban). 1.12 Technikai rendszerek A technikai rendszerek számtalan definicója ismert. Ezek összehasonlító elemzése helyett a legtöbben megtalálható közös vonásokat összefoglalva elmondhatjuk, hogy a technikai rendszerek az ember által, (tehát mesterségesen) létrehozott, s a környezetüktől a vizsgálat szempontjából elkülöníthető egészet képeznek, melyet funkciója jellemez. A funkció az emberi célok elérését szolgáló egyértelműen definiált feladat megoldása, adott peremfeltételek mellett. (A funkció realizálása egy vagy több ember számára kedvezőbb, mintha ez nem történne meg.) A feladat megfogalmazása a technikai rendszer funkcióleírása: a kiés bemeneti-, valamint állapotjellemzői között előírt összefüggések megadása. 2 A technikai rendszer funkciójának egyes szakirodalmakban főfunkciójának realizálása minden esetben anyag- és/vagy

energia- és/vagy információ-átalakítást, -transzformációt jelent. (A szállítás és tárolás is transzformáció, a tér és időkoordináták megváltoztatása.) 3 1.20 Erő, energia, energia-megmaradás Minden test megtartja egyenes vonalú, egyenletes mozgását, vagy nyugalmi állapotát mindaddig, amíg erő nem hat rá. A változás oka Newton törvénye szerint az erő. A test mozgásállapotának megváltozása nemcsak az erő nagyságának a megváltozásától függ, hanem az erőkifejtő képesség kapacitásától is. Ez a kapacitás az energia Az univerzum egyik általános tapasztalati törvénye az energiamegmaradás: energia nem keletkezhet és nem semmisülhet meg csak átalakulhat egyik formából a másikba. (A rendszer a térnek jól definiálhatóan képzelt vagy valós határfelülettel elkülönített része.) Az energia-megmaradás alapján a rendszer és környezete energiájának összege állandó. E rendszer + E környezet = 0 Az

energia-megmaradás törvénye (=termodinamika első főtétele) szerint elsőfajú örökmozgó (perpetuum-mobile) készítése lehetetlen, tehát nem lehet energiafelhasználás nélkül működő gépet készíteni. 1.21 Belső energia A rendszer energiája két részből tevődik össze: mechanikai energiából és belső energiából. A belső energia a rendszer mikroszkopikus építőelemeinek a tömegközéppontra vonatkoztatott kinetikus és potenciális energiáinak összegeként adódik. E rendszer = E mechanikai + U A belső energiát (U) az irodalomban gyakran három részre bontják. 1/ Érzékelhető belső energia: a belső energia azon része, mely a kémiai hőmérséklet módosítása nélkül változtatható. 4 2/ Kémiai belső energia: a kémiai mozgásformák által kötött belső energia 3/ Magenergiák által kötött belső energia 1.22 A termodinamika második főtétele A második főtétel az állapotváltozások irányát leíró törvény.

Szigetelt rendszerben az inhomogenitások által létrehozott makroszkopikus folyamatok (spontán folyamatok) mindig csökkentik a rendszerben lévő inhomogenitárokat. Hatásukra a rendszer az egyensúlyi állapothoz közeledik. A kiegyenlítődésre törekvés a termodinamika második főtétele. Planck megfogalmazás szerint: lehetetlen olyan periodikusan működő gépet szerkeszteni, amely egy súlyt emel és eközben egy hőtartályt hűt, más effektus nélkül. A műszaki gyakorlatban igen fontos a belső energia átalakítása mechanikai vagy más energiaformává (pl. belsőégésű motorok) A természetben sok inhomogenitás van, amelyet fel tudunk használni energiaátalakításra, (a geotermikus energiaforrásoknál például a kilépő közeg nyomása és hőmérséklete nagyobb mint a környezet nyomása és hőmérséklete). Kérdés azonban, hogy a belső energiát teljes egészében át tudjuk e alakítani más energiaformákká, vagy sem? Ha például a

hőmérséklet-különbséget használjuk, az energiaátalakítás folyamatát addig tudjuk fenntartani, amíg a rendszer egyensúlyba nem kerül környezete hőmérsékletével. Az egyensúly elérésével megszűnnek a számunkra hasznosítható folyamatok és a rendszer belső energiája tovább nem alakítható át. A belső energia energiaformákká. soha nem alakítható át teljesen más A mechanikai, elektromos stb. energia viszont teljes egészében átalakítható belső energiává (pl. villamos ellenállás fűtés, Jule-kísérlete a mechanikai munka belső energiává alakítására stb) 5 I. tananyagrész Kötelező irodalom 1 SZŰCS ERVIN: Dialógusok a műszaki tudományokról Műszaki Könyvkiadó Budapest 1976. Második beszélgetés: Kölcsönhatások, Extenzív és intenzív mennyiségek Harmadik beszélgetés: A munka és a hő 11-35. o 2 HARMATHA ANDRÁS: Termodinamika műszakiaknak Műszaki Könyvkiadó Budapest 1982. Hajtóerők, áramok (31-32. o)

A munka és a hő fogalma (32-33. o) Az első főtétel (49-59. o) A második főtétel (60-76. o) Ajánlott irodalom 1 lásd 2. Az entrópia (77-97. o) 2 ATKINS PÉTER W.: Teremtés és szétesés Fizikai szemle 1984 március-április, 81-87. o 3 ATKINS PÉTER W.: A második főtétel Természet világa 6 1985/2, 78-80. o 7 Ellenőrző kérdések 1/ Mi a különbség az állapotváltozás és az állapotváltoztatás között? 2/ Definiálja a technológia fogalmát ! 3/ Melyek a technikai rendszerek legfontosabb közös jellemzői? 4/ Mi a termodinamika első főtétele? 5/ Miért nem lehet elsőfajú örökmozgót készíteni? 6/ Mi a belső energia, s milyen három részre szokás bontani? 7/ Miért nem alakítható át a belső energia teljes egészében más energiaformákká? 8/ Miért nem lehet másodfajú örökmozgót készíteni? 9/ Mi a különbség az első- és a másodfajú örökmozgó között ? 10/Átalakítható-e a mechanikai energia teljes egészében

belső energiává? 8 1.23 Körfolyamatok Az energetikában legtöbbször folyamatokra van szükség. folyamatos energia-átalakító A folyamatos energiaátalakítás csak körfolyamatokkal valósítható meg. A körfolyamat lényege, hogy energiaközléssel a technikai rendszer környezete és munkaközege között valamilyen inhomogenitást, a gyakorlatban általában hő- és nyomáskülönbséget hozunk létre. Az inhomogenitások hatására kiegyenlítődési folyamatok jönnek létre, amelyeket megfelelő kényszerfeltételekkel (technológiai eszközökkel) úgy irányítunk, hogy a belső energia minél nagyobb részét tudjuk más mechanikus, elektromos energiaformává átalakítani. (Ennek természetesen határt szab a környezettel való egyensúly.) A környezettel való egyensúly elérésekor a munkaközeg állapota nem azonos kiindulási állapotával, tehát megfelelő folyamatokkal vissza kell juttatni oda, hogy a körfolyamatot megismételhessük. Az

energiaátalakításra felhasználást körfolyamatok lehetnek zártak (pl. hőerőművek vízgőz körfolyamata), vagy nyitottak, ahol az állapotváltoz(tat)ási kör a környezeten keresztül záródik (pl. belsőégésű motorok). 9 1.30 Energetika Az energetika feladata: biztonságos kielégítése. az energiaigények gazdaságos és Egy gazdasági egységre vonatkoztatva ez, az adott egység (üzem, ország stb.) technikai rendszerei energiainputjainak és -outputjainak a megfelelő műszaki paramétereken történő, gazdaságilag optimális biztosítását jelenti. Az egység technikai rendszerei direkt vagy indirekt módon energiainputjaik és outputjaik révén kapcsolódhatnak egymáshoz, s alkotnak az egység méreteiből és technikai fejlettségi szintjétől függő bonyolultságban energiaáram-láncokból és -hálózatokból álló egységes rendszert. Mindez lehetővé teszi az energiaáram-hálózat kapcsolódását más gazdasági egységek hasonló

hálózataihoz, azaz a rendszerhatáron keresztüli energiainputot és -outputot, (-importot és -exportot) is. Az energetika területei Energiahordozók termelése Energiatermelés Energiaszállítás Energiatárolás Energiafelhasználás l. ábra Az energetika területei Az energiatermelés kifejezés természettudományos szempontból nem szerencsés, hiszen az energia-megmaradás törvénye értelmében "az energia nem vész el, csak átalakul." Szerencsésebb lenne az energiaátalakítások tervszerű sorozatáról beszélni. A kifejezés a szaknyelvben meghonosodott, mert például a villamos energia előállításának, termelésének folyamatát más ipari termelési folyamatok analógiájára jól kifejezi. Az energetika lényegéhez tartozik a biztonságosság és a gazdaságosság, tehát nem csak műszaki kategóriáról van szó, s így ha a fenti területeken (energiahordozók termelése, energiatermelés, 10 -szállítás, -tárolás,

-felhasználás) a tervezés, fejlesztés, gyártás, létesítés, üzemeltetés teljes rendszeréről beszélünk, akkor indokolt az energiagazdálkodás fogalom használata. 1.31 Energia a technikai rendszerekben A technikai rendszerekben az energia munkatárgyként, valamint operációs- és segédenergiaként jelenik meg. Az energia a munka tárgya, ha a technikai rendszer (fő)funkciója az energiaátalakítás, ami egyben azt is jelenti, hogy energiaoutputja (energia-kimenete) más technikai rendszer(ek) energiainputja (energia-bemenete), vagy pedig az energiát funkcionálisan, valamilyen emberi szempontból célszerű formában környezetének adja át. (Az energiahálózat energetikai outputja például egy izzó energetikai inputja, az izzó pedig az energiát funkcionálisan környezetének adja át, megvilágítja azt.) Az energia operációs energia, ha közvetlenül a rendszer (fő)funkcióját jelentő technológiai feladat megvalósításához szükséges, azaz a

munka tárgyát jelentő technológia feladat: anyag, és/vagy energia és/vagy információ transzformálásához, (pl. esztergálásnál a forgácsleválasztáshoz szükséges energia). A segédenergia a technológiai folyamat realizálásához szükséges körülmények létrehozásához, illetve fenntartásához szükséges, feladata tehát az összfunkció, s nem a főfunkció megvalósítása, (pl. a hűtőfolyadék keringetéséhez szükséges energia forgácsolásnál). 1.32 Technikailag releváns energiafajták A technikailag releváns energiafajtákat ma a legtöbb szerző a mechanikai, kémiai, termikus, elektromos, sugárzási és a nukleáris energiákban látja. Az ezekből összeállított JUSTI-féle mátrix (2. ábra) mezőibe valamennyi technikailag releváns energiaátalakítás besorolható, ami nem jelenti azt, hogy ne lenne legalábbis a technika mai szintjén néhány üres mező is a mátrixban. 11 mechanikai energia mechanikai energia kémiai energia

termikus energia sugárzási energia kémiai energia termikus energia sugárzási energia elektromos magenergia energia 1.1 2.2 3.3 4.4 elektromos energia magenergia 5.5 6.6 2. ábra A technikailag releváns energiaátalakítások (JUSTI-féle)mátrixa 1.33 Technikai rendszerek az energetikában E technikai rendszerek (továbbiakban rendszerek) munkatárgya az energia. Funkciójuk, hogy a bemeneti energia(fajta), (azaz a bemeneti energiaáram domináns energiafajtája), megfelelő átalakítás után további rendszerek energia-inputjaként szolgáljon, vagy megfelelő helyen és időben a környezetbe kerülve emberi célokat elégítsen ki. E rendszereknek négy, illetve bizonyos meggondolások alapján hat csoportja van. 1. Energetikai paramétermódosító rendszerek Funkciójuk a paramétermódosítás, a be- és kimeneti energiaáram dominánsan azonos energiafajta. Az ebbe a csoportba tartozó rendszerek funkciói fizikai szempontból a JUSTI-féle mátrix főátlóján

helyezkednek el. Jellemző példák: hőcserélő, villamos transzformátor, mechanikai transzformátor stb. 12 2. Energiaváltoztató rendszerek Funkciójuk a bemeneti energiafajta egy (vagy több) más kimeneti energiafajtává történő transzformálása. Az e csoportba tartozó rendszerek a JUSTI-mátrix főátlón kívüli mezőibe sorolhatók be. Jellemző példák: hűtőgép, villamos motor, napelem, atomerőmű stb. 3. Energiaszállító rendszerek Funkciójuk a térbeli energia-transzformáció. Az e csoportba tartozó rendszerek általában a JUSTI-mátrix főátlójában lévő mezőkbe sorolhatók. Jellemző példák: elektromos táv-vezetékhálózat, gázvezetékhálózat stb. 4. Energiatároló rendszerek Funkciójuk az energia időben történő transzformációja, állandó paraméterek mellett. Az e csoportba tartozó rendszerek leggyakrabban a JUSTImátrix főátlójában levő mezőkbe sorolhatók be. Jellemző példa: akkumulátor, kondenzátor,

légtározós erőmű nagynyomású tartálya stb. 5. Az energetika állapottartó rendszerei Funkciójuk az adott állapottér energetikai paramétereinek konstans értéken tartása. Jellemző példa: hűtőgép, légkondicionáló berendezés stb. 6. Az energetika output-tartó rendszerei Funkciójuk a kimenet egyes energetikai paramétereinek konstans értéken tartása. Jellemző példa: feszültségstabilizátor, nyomásszabályozó berendezés stb. 13 II. tananyagrész Kötelező irodalom 1 Lásd I/2. Körfolyamatok 55-56. o A második főtétel, mint az állapotváltozások irányát leíró törvény 60-63. o 2 BOUSTEAD-HANCOCK: Ipari energianalízis Műszaki Könyvkiadó Budapest 1983. Az energetikai vizsgálatok és a termodinamika 11-31. o Ajánlott irodalom 1 lásd II/1 Mérlegegyenletek 53-65. o 2 lásd II/2. Energetikai vizsgálatok és a rendszerek 41-48. o 14 Ellenőrző kérdések 1/ Miért van szükség a körfolyamatokra? 2/ Mi a különbség a nyitott

és a zárt körfolyamat között? 3/ Mondjon példákat a nyitott és a zárt körfolyamatra! 4/ Definiálja az energetika feladatát ! 5/ Melyek az energetika területei? 6/ Hogy jelenik meg az energia a technikai rendszerekben? 7/ Melyek a technikailag releváns energiafajták? 8/ Mi a JUSTI-mátrix? 9/ Hogy lehet csoportosítani az energetika technikai rendszereit. 10/Nevezzen meg olyan mező(ke)t a JUSTI-mátrixban, melybe reális technikai rendszert nem lehet besorolni ! 15 2. Energiaforrások és energiahordozók Az energiaforrás definícióját gyakran "kerülik" a szakkönyvek. Elfogadható a meghatározás, mely szerint: energiaforrásoknak a természet olyan anyagi rendszereit tekintjük, melyekből technikailag hasznosítható energia nyerhető, az adott társadalmi, politikai, műszaki fejlettségi stb. körülmények között gazdaságosan Az energiaforrások csak ritkán használhatók közvetlenül technikai rendszerek energetikai inputjaként, (pl.

termálvízzel fűtenek egy melegházat), legtöbbször át kell alakítani őket energiahordozókká (pl. ki kell termelni a kőolajat, s megfelelő technológiával előállítani a benzint). A természet energiaforrásainak eredete: a/ a fisszió b/ a fúzió és c/ a gravitáció. A fisszió a földkéregben található nehézelemek bomlása. Közvetlen technikai hasznosítása: az atombomba és az atomerőművek. A természetes radioaktivitásnak a természetes hasznosított termálvizeket köszönheti az emberiség. régóta A fúzió, a könnyű elemek egyesülése a Nap sugárzásának forrása. A napsugárzás mechanikai munkát végez a földi gravitációs erőtér ellenében: fenntartja a hidroszféra és az atmoszféra mozgását (víz és szélenergia). Közvetetten ennek eredménye a biomassza, sőt a fosszilis energiahordozók (ásványi szerek, kőolaj stb.) is A fúzió közvetlen technikai hasznosítása a hidrogénbomba, a fúziós erőmű megvalósításának

legalábbis a technika mai szintjén megoldhatatlan(nak tűnő) akadályai vannak. 16 2.1 Megújuló és nem megújuló energiaforrások Megújuló energiaforrások: a nap-, a szél-, a vízenergia, de ide sorolhatjuk az ár-apály energiáját, a geotermikus energiát, s még folytathatnánk a sort. Ezen energiaforrások megújulását a felhasználás mértéke nem befolyásolja. Helyes gazdálkodás, a felhasználás helyes mértéke mellett megújuló energiaforrás a fa vagy a biomassza is. Ez utóbbiaknál azonban a helytelen (rabló)gazdálkodás mint azt sajnos a Föld több országában láthatjuk ezeket az energiaforrásokat is nem megújulóvá teheti, ami általában ökológiai katasztrófát (elsivatagodás stb.) jelent Nem megújuló energiaforrások: az ásványi szénhidrogének (kőolaj, földgáz), a hasadóanyagok. szenek, a Ezekben az esetekben nyilvánvaló, hogy a készletek előbb-utóbb kimerülnek. Ennek időpontját nehéz megjósolni, hiszen újabb

készletek felfedezésén túl, az új technológiák is egyre több lehetőséget tesznek kihasználhatóvá, (pl. újrahasznosításokat gazdaságossá). 17 2.2 Primer és szekunder energiaforrások A primer és szekunder energiaforrások megkülönböztetése azon alapszik, hogy milyen állapotváltoztatások szükségesek ahhoz, hogy a természetben talált energiaforrás technikai rendszerek energiai inputjaként hasznosítható legyen. A közvetlen hasznosítás igen ritka (különösen ha figyelembe vesszük, hogy általános technológiai értelemben a szállítás és a tárolás is állapotváltoztatás). Primer energiaforrásokra jellemző, hogy hasznosításukat csak fizikai átalakítás előzi meg. technológiai A primer energiahordozóra legkézenfekvőbb példa a szén. A mosásból, a meddőtől való szétválasztástól, a töréstől és az osztályozástól eltekintve a szén ugyanabban a kémiai alakban kerül felhasználásra mint ahogy kibányásszák. A

földgáz is ehhez hasonlóan csak kisebb mértékű technológiai kezelést igényel, el kell távolítani a korrozív szennyezőket. Primer energiahordozónak tekintik a kőolajat is, mivel a finomítóban fizikailag választják szét az egyes komponenseket (benzin, petróleum, gázolaj stb., s eközben a komponensek kémiai összetétele nem, vagy gyakorlatilag alig változik. (Mivel a kőolaj tömegkomponensei más kémiai összetételűek mint maga a kőolaj, egyes szerzők ezeket is szekunder energiaforrásoknak tekintik. E megkülönböztetésnek azonban tanulmányaink szempontjából nincs jelentősége.) Szekunder energiahordozó a koksz a kőszénlepárlás eredménye, s a kokszolás mellékterméke a városi gáz is. Szekunder energiaforrás a villamos áram. (Érdekességként említjük meg, hogy néha a villamos áramot, s általában azokat az energiaforrásokat, melyek közvetlen hasznosításakor már nem állapítható meg, hogy milyen természeti energiaforrásból

származnak a villamos áramot előállíthatták atom- vagy vízerőműben stb. tercier erőforrásnak is szokták nevezni, hasonlóan a hőszolgáltatás energiahordozó közegeihez.) 18 2.3 Ásványi energiahordozók 2.31 Szén A növényi anyagok szénné alakulásának két fő szakasza van. a/ A lerakódás és az ezzel kapcsolatos felszíni átalakulás, eredménye a tőzeg. b/ A nagy nyomás és hőmérséklet hatására a földkéregben létrejövő metamorfózis, a szénülés. A szénülés során a tőzeg fokozatosan átalakul, s lignit, barnaszén, feketeszén majd antracit keletkezik. A széntartalom és a kémiailag kötött energia változását a szénülés foka szerint a 3. ábra mutatja tőzeg lignit barnaszén feketeszén antracit C [%] 55-65 60-65 65-80 80-93 93-98 Q[MJ/kg] 6,3-7,5 7,0-8,4 5,4-24 24-32 35-37,5 3. ábra A szénülés során csökken a hidrogén és oxigéntartalom, amely a növényeknél 6, illetve 44 % körüli érték volt, az

antracitnál nem éri el a 2, illetve 4 %-ot. Az ásványi szenek a karbon és hidrogén mellett más éghető és nem éghető anyagokat is tartalmaznak. Az éghető gázok (ún. illóanyagok) égéskor elégnek és eltávoznak, az éghetetlen szilárd anyag a hamu visszamarad. A magyarországi szenek leggyakoribb hamualkotói: a kovasav (SiO 2 ), az alumíniumoxid (Al 2 O 3 ), a vasoxid (Fe 2 O 3 ), a foszforpentoxid (P 2 O 5 ) és a kalciumoxid (CaO). A szén tüzeléstechnikai értéke annál nagyobb minél kisebb a nedvesség- és hamutartalma. 19 A szén durva nedvességtartalma a hótól vagy a mosóműből kerül a szénbe, a higroszkopikus nedvességtartalmat pedig a szénfelület abszorbeálja, s a szénben lévő kapillárisok tárolják. A szénben három féle hamu van. a/ Primer hamu: olyan ásványi anyag, mely még szén ősét jelentő fában is megtalálható volt. Csak különleges eljárásokkal távolítható el. b/ Szekunder hamu: a szénülés folyamatában

a geológiai rétegmozgások következtében keveredett a szénnel. Eltávolítása az ún. flotálás, mely során a flotálómedencében a szén és a meddő fajsúlykülönbségét használják fel a szétválasztásra. c/ Tercier hamu: a bányászati folyamat során a szénbe kerülő meddő. Eltávolítása egyszerű, ez az ún szénmosás. 2.32 Szénhidrogének A kőolaj szerves, főleg állati eredetű maradványok átalakulási terméke. A tengerben elhalt élőlények szerves anyaga rosszul szellőző tengerrészek iszapjában rothadó iszapot ún. szapropélt képez, melyből különféle szénhidrogének keletkeznek. A keletkezett anyag fokozatosan vándorol a magasabb szintek irányába, ez a migráció. A migráció során egy földtani ún csapdába kerül, mely megakadályozza a továbbvándorlást. A kőolaj összetételét a 4. ábra mutatja C H S O N Hamu 20 A kőolaj összetétele 80-88% 10-14% <5% <7% <1,7% <0,03% 4. ábra A kőolaj

fűtőértéke: 33-40 MJ/kg, mert összetétele viszonylag kis intervallumon belül változik (5. ábra) CH 4 C2H6 C n H 2n+2 N2 N2S A földgáz összetétele 26-99% 0,1-9,5% <16% <38% <15% 5. ábra Érdekességként említenénk meg, hogy a széndioxid tartalom még szélsőségesebb értékek között változhat, 0 %-tól akár a 75 %-ot meghaladó értékig (pl. Magyarországon Mihályi és Répcelak környékén). 2.33 Hasadóanyagok Az előzőekben tárgyalt fosszilis energiahordozók, a szén, a kőolaj és a földgáz a földtörténet őskorából ránk maradt napenergiatárolóknak tekinthetők, míg a hasadóanyagok a szupernóva robbanások során létrejött magfúziók eredményét őrzik. Az urán hasznosítható tekinthetjük. energiatartalmát 83  1012 J/kg-nak A hasadóanyagok kérdésével 3.2 fejezetben foglalkozunk 2.34 Alternatív energiaforrások A városok romló levegője, a savas esők, a vizeket szennyező olajfoltok, az atomerőművek

üzemeltetésében lévő veszélyek még ha ez utóbbiakat gyakran politikai-gazdasági érdekekből eltúlzottan publikálják is mind sürgetőbbé teszik, a szén, kőolaj, az atomenergia helyettesíthetőségének kérdését az energiatermelésben. 21 A megoldás egyik útja az ún. alternatív energiaforrásokban rejlik: a napenergiában, a szélenergiában, de ide sorolják a vízenergiát és a mezőgazdaságilag termelt energiahordozókat (pl. biomassza) is Ezek közül e fejezetben csak a három legfontosabbat említjük. 2.341 Nap A nap összes sugárzó teljesítményéből mintegy 2  1015 W ékezik a földre. Ez óriási mennyiség, 5000-szer nagyobb mint amennyit a Föld az összes többi energiaforrásból nyer, s 15 perc alatt a Földre jutó energia több, mint amennyit az emberiség évente felhasznál. 2.342 Szél A szélenergiát évezredek óta hasznosítja az emberiség (pl. vitorlás hajó). A múlt század végén Hollandia és Dánia területén

mintegy százezer szélmalom működött. A szél mozgási energiáját 100 TW-ra becsülik, ennek persze csak kis része hasznosítható, de a szélenergia "megszelídítése" nem "szélmalomharc", az alternatív energiatermelés lehetőségeinek egyike. 2.343 Víz A vízkörforgásban miután egyetlen 1 kg víz elpárologtatásához, s a felhőkbe juttatásához 2700 kJ kell óriási energiák működnek. A párolgás-lecsapódás energiaátalakulása kihasználhatatlan, pedig ez adja az energiaforgalom 99 %-át. A megmaradó töredék a földfelszínen mozgó víz mechanikai energiája. Ennek technikailag gazdaságosan hasznosítható része még így is 5 TW-ra, azaz 5 millió MW-ra becsülhető. 22 III. tananyagrész Kötelező irodalom 1 HOLDREN JOHN: 2 Nem vész el csak átalakul? Tudomány 1990/11, 115-122 Energiatávlatok 2050-ig. Energiaellátás, energiatakarékosság világszerte Országos Műszaki Információs Központ és Könyvtár 1996/11,

4-11. o Ajánlott irodalom 1 FLEISCHER TAMÁS: Energiagondok magyar szemmel lásd. l 70-73 o 2 FULKERSON-SHANGHVI: Fosszilis energiahordozók lásd l. 82-90 o 23 Ellenőrző kérdések 1/ Mi a természet energiaforrásainak eredete? 2/ Mi a különbség a megújuló és nem megújuló energiaforrások között? 3/ Soroljon fel néhány szekunder energiaforrást! 4/ Mi a különbség a primer és a szekunder energiaforrások között? 5/ Mi a növények szénné alakulásának két fő szakasza? 6/ Mi a különbség a primer, a szekunder és a tercier hamu között? 7/ Mi a szapropél? 8/ Melyek a legfontosabb ún. alternatív energiaforrások? 24 3. Erőművek Az erőművek olyan energiaátalakítási (fő)funkciójú technikai rendszerek, melyek inputja valamely (nem villamos) energiahordozó, a kimenete pedig a villamos áram és/vagy az ún. kapcsolt energiatermelés esetén a távhőellátást biztosító forró víz vagy gőz. (Vannak speciálisan a távhőellátást

biztosító ún fűtőművek is.) A bemeneti energia lehet a víz mechanikai energiája, a fosszilis tüzelőanyagok kémiailag kötött energiája, vagy az atomenergia és még folytathatnánk a sort. 25 3.1 Fizikai alapfogalmak 3.11 Carnot körfolyamat A hőnek mechanikai munkává (villamos energiává) történő átalakítását a hőközlés és hőelvonás hőmérsékletei befolyásolják. Adott hőmérséklethatárok között az átalakítás legnagyobb hatásfokát olyan körfolyamattal érhetjük el, amelyben mind a hőközlés (T 1 ), mind a hőelvonás hőmérséklete (T 2 ) állandó (izotermikus) és az energiaszállítás minden részfolyamata veszteségmentes (reverzibilis). Ez a Carnot-körfolyamat A Carnot-körfolyamatban hőteljesítmény  az energiatermeléshez közölt  Q 1  T1  S , az átalakult, teljesítmény hasznosan kinyerhető mechanikai (villamos)  PKE 0  (T1  T2 ) S és az elvonandó, mechanikai teljesítménnyé

át nem alakult hőteljesítmény (veszteség)   Q 20  T2  S . A hőmérlegből nyilvánvaló (6 ábra), hogy   Q1  PKE 0  Q20 26 T T1 PKE 0 T2  S  S 6. ábra A Carnot-körfolyamat T-S diagramja Az ideális villamosenergia-termelésre jellemző Carnot-hatásfok  KE  0 PKE 0   Q1  1  Q10  Q20  Q1 T2 T1 mely csupán a hőközlés a hőelvonás hőmérsékletétől függ. A termodinamika III. főtétele értelmében a T 2  0 , ezért a Carnotkörfolyamat hatásfoka mindig kisebb mint egy A Carnot-körfolyamat hatásfoka korlátozott, hiszen a környezeti hőmérséklet a T 2 értékének alsó korlátja, a kritikus hőmérséklet pedig a széleskörűen alkalmazott víz, illetve vízgőz munkaközeg esetén 374 C= 647 K a T 1 felső korlátja. Határesetben (t 2 =0 C, t 1 = t kr ) a Carnot-körfolyamat hatásfoka:   1 273  0,578  57 ,8% 647 Ez az 57,8 % vízgőz

munkaközeg esetében a felső korlát, a reális folyamatoknál elérhető hatásfok ennél jóval kisebb. 27 A gyakorlatban szóbajövő gőz-, gáz- és egyéb körfolyamatokban a hőközlés és hőelvonás nem izotermikus, tehát ezek a Carnotkörfolyamattól lényegükben térnek el. 3.12 Rankine-körfolyamat A legfontosabb munkaszolgáltató körfolyamat a hőerőművekben megvalósított Rankine-körfolyamat. A munkaközeg néhány kivételes esettől eltekintve víz, a körfolyamat zárt. Az elvi kapcsolást és a körfolyamatot T-S diagramban a 7/a. és a 7/b. ábrán láthatjuk Turbina W Kazán Kondenzátor Tápszivattyú 7/a. ábra 7/b. ábra A tápszivattyú által szállított vizet a kazánban elpárologtatjuk és minden esetben túlhevítjük. A túlhevített vízgőz a turbinába kerül, ahol a belső energia jelentős részét mechanikai munka formájában elvezetjük. A kisnyomású és hőmérsékletű vízgőz a kondenzátorba kerül, ahol kondenzál. (A

kondenzációs hőt is hasznosítják) A folyamat állapotváltozásai: 1/ a víz adiabatikus nyomásnövekedése (1-2) 28 2/ a víz izobár melegítése a telítési állapotig (2-3) 3/ a víz elpárologtatása (3-4) 4/ a vízgőz túlhevítése (4-5) 5/ adiabatikus expanzió (5-6) 6/ izobár hőelvonás (6-1) 3.13 Szuperkritikus körfolyamat A Rankine-körfolyamat hőforrása a kazán tűzterében áramló forró füstgáz. Az ábrából látszik, hogy a füstgáz és a víz közötti hőtranszport igen nagy hőmérséklet-különbségek mellett történik, tehát erősen irreverzibilis folyamatról van szó. Az irreverzibilitásokat csökkenthetjük, ha növeljük a kazán nyomását és a vízgőz túlhevítését. A nyomásnövekedésnek azonban a szerkezeti anyagok szilárdsági tulajdonságai szabnak gyakorlati (biztonsági és gazdasági) határt. Amerikában épültek ún. szuperkritikus erőművek is (8 ábra) 8. ábra Szuperkritikus hőfolyamat A szuperkritikus

erőművi körfolyamatnál mint az ábra mutatja a kazánnyomás a víz kritikus pontja felett van. A különleges 29 szerkezeti anyagok felhasználása olyan költségtöbbletet okozott, hogy a szuperkritikus erőművek nem terjedtek el. 3.14 Erőművi körfolyamatok hatásfoknövelése Az erőművi körfolyamatok hatásfoknövelésének több más módja is van. Ezek közül csak röviden említünk meg néhányat A Carnot-körfolyamatoknál tudjuk, hogy minél nagyobb hőmérsékleten áll rendelkezésünkre a belső energia, annál nagyobb részét tudjuk munkává alakítani. A nagy hőmérsékleten közölt belső energia arányát tudjuk növelni, ha a turbinában történő expanziót megszakítjuk és a munkaközeget ismét az expanzió kezdeti hőmérsékletére melegítjük. Ez az ún újrahevítés (melyet nemcsak a gőzkörfolyamatú erőműveknél, hanem a gázturbináknál is alkalmaznak). A másik mód a munkaközeg változtatása. A körfolyamat termikus

hatásfoka változtatható, ha szempontunkból előnyösebb termodinamikai tulajdonságokkal rendelkező munkaközeget választunk. Ilyen lehetőség például, ha a Rankine-körfolyamat munkaközege a higany lesz. A higany telítési nyomása nagy hőmérsékleteken lényegesen kisebb mint a vízé, így magasabb lehet az elpárologtatási hőmérséklet. A higany hátránya, hogy telítési nyomása kis hőmérsékleten igen kicsi lesz, tehát a kondenzátorban ipari méretekben igen nehezen megvalósítható vákuum lép fel. Ennek elkerülésére a higanykörfolyamatot csatolják egy hagyományos vízkörfolyamattal. A felső hőmérsékletszinten higannyal, az alsón vízzel dolgoznak. A két körfolyamat egy hőcserélőn keresztül kapcsolódik, amely a higanykörfolyamat kondenzátora és a vízgőzkörfolyamat kazánja. 30 IV. tananyagrész Kötelező irodalom 1 lásd II/2. Az anyagok energiatartalma 83-92. o 2 lásd I/2. A harmadik főtétel 97-101. o

Energiaszolgáltató körfolyamatok 388-391. o Ajánlott irodalom 1 LAPICKIJ V. J: Az energetika szervezése és tervezése Műszaki Könyvkiadó Budapest 1981. A hőerőmű teljes energiahordozó-fogyasztása 243-247. o 2 lásd I/2. A második főtétel alternatív megfogalmazásai 72-74. o Körfolyamatok 372-378. o 31 Ellenőrző kérdések 1/ Definiálja az erőmű fogalmát ! 2/ Rajzolja le a Carnot-körfolyamatot T-S diagramban ! 3/ Mi a Carnot-hatásfok? 4/ Hogy szól a termodinamika harmadik főtétele? 5/ Rajzolja le a Rankine-körfolyamatot T-S diagramban ! 6/ Rajzolja le egy hőerőmű elvi kapcsolását ! 7/ Mi a szuperkritikus körfolyamat ? 8/ Miért nem terjedtek el a szuperkritikus erőművek? 9/ Mi az ún. újrahevítés ? 10/A körfolyamat termikus hatásfoka hogyan változtatható a munkaközeg változtatásával? 32 3.2 Atomenergia-hasznosítás A semleges atomokban a protonok és az elektronok száma azonos, ez a rendszám (Z), azaz az atom helye a

periódusos rendszerben. A protonok és neutronok (N) számának összege az atommag tömegszáma (A). A= Z+N Egyes atommagokban a protonok száma eltérő lehet, ezek az illető atom izotópjai. Például a 92-es rendszámú urán 238-as tömegszámú izotópja N= 238-92= 146 neutront tartalmaz. Jele: 238 92 U . 9. ábra Egy nukleonra eső fajlagos kötési energia a tömegszám függvényében (Az atomenergia-felszabadítás lehetőségei) EK: az atommag kötési energiája Ek/A: az egy nukleonra eső fajlagos kötési energia. (1eV energiát jelent, ha egy elektron 1V feszültségkülönbségű térben áthalad 1eV=1,60219x10-19 J) 33 A fajlagos kötési energia változása a tömegszám függvényében rámutat az atomenergia-felszabadítás két lehetőségére a fúzióra és a fisszióra. 3.21 Fúzió Ha kis tömegszámú magokat egyesítünk, akkor a keletkezett mag fajlagos kötési energiája nagyobb, mint az eredeti magoké, tehát a fúzió során energia szabadul

fel. Például, ha négy egyesítenénk 1 1 H (hidrogén)magot egy 4 2 He (hélium)maggá 4 11H  24 He  2    E K akkor nukleononként kb. 7 MeV, egyesített magonként mintegy 28 MeV energia szabadulna fel. Fúziós folyamatok játszódnak le a Napban, a hidrogénbombában, a fúziós erőmű technikailag egyenlőre megoldhatatlan. 3.22 Fisszió (maghasadás) Ha nagy tömegszámú atommagot kettéhasítunk, akkor a keletkezett hasadási termékek fajlagos kötési energiája nagyobb mint az eredeti magé, tehát energia szabadul fel. Az atomerőművek (és az atombomba) a fissziót hasznosítják. A maghasadás fizikai folyamatát a 10. ábra szemlélteti 10. ábra A maghasadás fizikai folyamata. 34 Ha az urán 235 92 U izotópja egy kis energiájú neutront befog, akkor először gerjesztett, instabil 236 92 U mag keletkezik, mely kettéhasad. Maghasadáskor közvetlenül két instabil hasadási termék (pl. 90 36 Kr 143 és 56 Ba), s néhány (pl. 3) gyors

neutron keletkezik, továbbá felszabadul a tömeghiánynak megfelelő energia. A természetben előforduló izotópok közül lassú neutronok hatására gyakorlatilag csak az urán 235 92 U izotópja hasad. Ez az izotóp azonban a természetben előforduló uránnak kevesebb mint 1 %-a, a természetes urán ugyanis nagy részben ( 99 %) 238-as uránizotópot tartalmaz. Az atomreaktorok anyaga lehet természetes urán, de a legtöbb reaktortípushoz 235-ös uránban dúsított uránra van szükség. 3.221 Mesterségesen előállítható hasadó izotópok Ha az 238-as uránizotóp neutront fog be, akkor először az instabil 239-es tömegszámú uránizotóp keletkezik, mely a természetben elő nem forduló stabil plutóniummá 239 94 Pu alakul át, mely lassú neutronok hatására hasadóképes. A mesterségesen előállítható hasadó izotópok: 233 90 U, 239 94 Pu, 241 94 Pu A hasadó izotópok előállítására alkalmas ún. tenyészanyagok 232 90 Th, 238 92 U, 240 94

Pu A hasadó izotópok mesterséges előállítása az ún. tenyésztés azért fontos, mert a természetben a tenyészanyagok a 232Th és 238U sokkal nagyobb mennyiségben fordulnak elő, mint a hasadó 235-ös uránizotóp. 35 V. tananyagrész Kötelező irodalom 1 FLOROV-ILJINOV: A transzuránok 31-36. o 2 MAKRA ZSIGMOND: Úton a szupernehéz elemek felé Gondolat Zsebkönyvek Gondolat Kiadó Budapest 1981. Sugárözönben élünk Gondolat Zsebkönyvek Gondolat Kiadó Budapest 1983. Ajánlott irodalom 1 SIMONYI KÁROLY: A fizika kultúrtörténete Gondolat Kiadó Budapest 1986 (3. kiadás) Magszerkezet. Magenergia 447-473. o 36 Ellenőrző kérdések 1/ Mekkora energia 1 eV? 2/ Milyen uránizotópokat ismer? 3/ Ismertessen egy fúziós reakciót! 4/ Ismertesse a 235-ös urán egyik hasadási reakcióját! 5/ Milyen mesterségesen előállítható hasadó izotópokat ismer? 6/ Melyek a hasadó tenyészanyagok? izotópok előállítására alkalmas ún. 7/ Mi a

"tenyésztés" jelentősége? 8/ A természetes urán mekkora százalékban tartalmaz 235-ös uránizotópot? 9/ Mi a magyarázata annak, hogy két ellentétes folyamat, a magfúzió és a maghasadás egyaránt energia-felszabadulással jár? 10/Rajzolja le egy nukleonra eső fajlagos kötési energia diagramját a tömegszám függvényében! 37 4. Hőerőművek 4.0 Az erőművek általános felépítése Az erőművek főbb részrendszereit a 11. ábra mutatja E input 1 2 3 E output 11. ábra Az erőművek főbb részrendszerei 1/ A "forrás", ahol az input energiahordozóban kötött energia felszabadul. 2/ A "csatorna", mely a felszabadított energiát a termelő egységhez szállítja. 3/ A turbógenerátor, mely a villamos energiát állítja elő. Természetesen a fenti főbb részrendszerekhez kiegészítő és segédberendezések is tartoznak, nem is beszélve az erőmű irányítórendszeréről, mely az egyes részfolyamatokat és az

egész rendszert vezérli, szabályozza. Víz- és gázturbinás erőműveknél a második részrendszerre nincs szükség, s az egyes részrendszer funkcióját is a turbógenerátor látja el. 38 4.1 Hőerőmű, hőszolgáltató erőmű, fűtőmű Hőerőmű: olyan technikai rendszer, melynek erőgépeiben az energiahordozó (a fűtőanyag) kémiailag kötött energiája felszabadul, s az átalakulási folyamat végén villamos energiát szolgáltat. A fűtőanyag elsősorban a szén és a szénhidrogének (olaj, gáz), de működési elvüket tekintve ide tartoznak a hulladékégető erőművek is. Hőszolgáltató erőmű: Hőellátást és egyidejűleg villamos energiát is adó technikai rendszer. Hőellátás: a fogyasztók energiaellátása erőműből vagy fűtőműből hőveszteség pótlására és technológiai fűtési célokra. Fűtőmű: nagyobb fűtési körzetet ellátó kazántelep fűtőközponttal, hőszolgáltatással kapcsolt villamosenergia-fejlesztés

nélkül A tüzelőanyag-ellátáshoz az erőművön belül, tárolása, tüzelőanyagelőkészítőre, szállítóhálózatra porlasztókra, égőfejekre stb. van szükség. A szilárd tüzelőanyagokat (lignit, szén) például szabad téren vagy bunkerokban tárolják. Innen kerül a (pl golyós) malomba, mely lisztfinomságúra őrli, szállítja. (Cél: a fajlagos felület növelése) Az égők konstrukciója a tüzelőanyag égési jellemzőihez igazodik. Funkciójuk azonos: a lehetőség szerint a lehető legjobban összekeverni az égő anyagot a levegővel; ugyanakkor olyan áramlási viszonyokat kell teremteni, mely stabilizálja az égést. 39 4.2 Hőerőművek működése A hőerőművekben az előkészített input energiahordozó (szénportüzelés esetén a szénpor, az olajtüzelésű erőművekben általában az olajlepárlás nehéz végterméke a pakura) kémiailag kötött energiáját a kazánban szabadítják fel. A kazán olyan technikai rendszer, melyben a

folyamatosan bevezetett fosszilis tüzelőanyagot elégetik, gondoskodva a felszabaduló energia tárolásáról, illetve elvezetéséről (általában vízgőz felhasználásával), valamint az égéstermékek eltávolításáról. A kazán főbb részrendszerei: a/ tűztér b/ tüzelőanyag-ellátás c/ levegőellátás d/ égéstermék eltávolítás e/ vízgőzrendszer A tűztér: falakkal, környezetétől hőtechnikailag elszigetelt tér, melyben a tüzelőanyag elég. A régi (kis teljesítményű kazánokban ma is) a szenet ún. rostélyon égették el. Az álló rostélyon a salak eltávolításáról és a tüzelőanyag utánpótlásáról a fűtőnek kellett gondoskodnia. A később ún vándorrostélyok szállítószalaghoz hasonlóan szállították a friss szenet az égéstérbe és borították le a hamut a tűztér végén. A rostélyos tűzterekben a levegőt alulról, az égő szénrétegen keresztül áramoltatták, hasonlóan a háztartási kályhákhoz. A modern

szénportüzelésű kazánokban kiterjedt légellátási rendszer van. Az égési levegő mennyiségét, sebességét és hőmérsékletét (előmelegítőn keresztül) pontosan szabályozni kell. A léghiányos égés esetén megnő az éghetőanyag-veszteség (az égéstermék CO tartalma), túl sok levegő bevitele esetén pedig megnő a füstgáz mennyisége és ezzel az ún. hőveszteség (a tározó égéstermék hasznosíthatatlan belső energiája). 40 Az égéstermék eltávolítása szénportüzelésű erőműveknél összetett probléma. A szénben lévő hamu az égés során salakká, illetve pernyévé válik. A tűztér aljára hulló salak eltávolítása nem jelent különösebb gondot, de a finom pernye a távozó gázokban halad a kémény felé. Eltávolítására a porleválasztó rendszerek (pl mechanikus porleválasztók a ciklonok) szolgálnak. A környezetvédelmi igények kielégítése csak ún. elektrofilterekkel lehet. Ezek leválasztási százaléka

megközelíti a 100 %-ot, de építési és üzemeltetési költségük magas. A kazán tűzterében felszabaduló energiát a vízgőzrendszer veszi fel, gőz keletkezik. A túlhevített vízgőz kerül a gőz mechanikai energiáját átalakító turbinákra. A gőzturbina legegyszerűbb formájában rögzített fúvókákból és tengelyre szerelt, ezzel együtt forgó kerületén lapátokat hordozó futókerékből áll. A fúvókákban a gőz a nyomáscsökkenéssel egyidejűleg felgyorsul és a lapátkeréken átáramolva a kerekeket forgatja. Rendeltetésétől függően a legismertebb gőzturbinatípusok: a/ Kondenzációs: a gáz egészen kis gőznyomásig expandál b/ Elvételes-kondenzációs: a gőz egy részét a fogyasztók által kívánt nyomáson megcsapolják c/ Ellennyomású: A gőz teljes egészét, általában a légkörinél nagyobb nyomáson, ipari vagy fűtési hálózat kapja, tehát a rendszernek nincs kondenzátora . A turbinák (a velük egy tengelyre

ékelt) generátorokat hajtják meg (turbógenerátor). A generátor olyan technikai rendszer, mely valamilyen energiaáramot adott esetben a gőz energiaáramát alakítja át villamos energiaárammá. Ismert, hogy a mágneses erőtérben mozgatott vezetőben elektromos áram indukálódik. Homogén mágneses térben vezetőt (tekercset) állandó szögsebességgel forgatva villamos feszültséget hozhatunk létre, indukálhatunk. 41 A generátor tekercseinek végeit a forgástengelyen lévő vezetőgyűrű egymástól elszigetelt szeleteire kivezetve, az ezekhez csatlakozó csúszóérintkezőkön (keféken) mindig azonos polaritású feszültség (lüktető egyenfeszültség) jelenik meg. A gyűrűszeletek és a kefék együttese a kommutátor. A kommutátorral rendelkező generátorok egyenáramú generátorok (szinkron gép). A váltakozó áramú generátoroknak nincsenek kommutátorai, a feszültség a keféken változó polaritással jelentkezik. Ilyenek az erőművek

turbógenerátorai is. A generátor működési elve minden erőműben azonos, az egyes turbógenerátor típusuk "csak" abban különböznek egymástól, hogy milyen munkaközeg forgatja a turbinát. A turbinán átáramló vízgőz nagy tisztaságú, előkészítése költséges folyamat, így érthető, hogy nem ez a közeg áramlik tovább lakások, ipari üzemek hőellátásra, hanem egy hőcserélőn keresztül egy ún. második kör is kapcsolódik a rendszerhez. Így az erőművi folyamat energiahordozó közegét a vizet elő kell készíteni (vízelőkészítő rendszer). A vízkövesedés súlyos üzemzavarokhoz vezetne. A kondenzátor a "fáradt" gőz lecsapására (a körfolyamat lezáráshoz szükséges energia-elvonás megvalósítására) szolgál, a kazántápvízet pedig a tápszivattyú juttatja vissza a kazánba. 42 4.3 Távfűtőrendszerek 4.31 Forróvíz-távfűtések A fűtési, szellőzési, klimatizálási, használati melegvizet

szolgáltató távfűtő rendszer lehet:  zárt, amikor minden víz a hálózatban marad és az csak hőhordozóként szolgál,  nyitott, amikor a fogyasztók a forró vizet részben vagy egészben felhasználják, közvetlenül a hálózatból. Az egyes fogyasztók (épületek, épületcsoportok, ipari üzemek stb.) mindkét fenti rendszer esetén csatlakozhatnak közvetlenül hőcserélők nélkül), közvetve (hőcserélők beiktatásával) a fűtési rendszerhez. (Használati melegvíz ellátás zárt rendszerben csak közvetett lehet.) Fenti beosztáson túlmenően szokás a forróvíz-távfűtő rendszereket a csövek száma szerint is osztályozni: a/ 1 csöves rendszer igen nagy távolságon történő szállításnál, amikor a lehűlt forró vizet nem hozzák vissza az erőműbe, hanem azt teljes egészében felhasználják, vagy elengedik, b/ 2 csöves rendszer jelenti a klasszikus megoldást előremenő és visszatérő csővel, c/ 3 csöves rendszernél 2 cső

alkotja az előzőek szerinti fűtővezetékpárt, a harmadik a vissza nem térő használati meleg-, (illetve forró-) vizet szállítja, d/ 4 csöves rendszer külön vezetékpárral a fűtés és külön a használati melegvízrendszer számára. 43 VI. tananyagrész Kötelező irodalom 1 REMÉNYI KÁROLY: Korszerű kazánberendezések Műszaki Könyvkiadó Budapest 1977. Tüzelőanyagok 11-24. o Szénportüzelés 75-82. o A gőz termodinamikai tulajdonságai 181. o Természetes keringetésű kazánok 181-187. o Kényszerkeringetésű kazánok 187. o Tápvízelőkészítés: 265-269. o Kazántápszivattyú 316. o Pernyeleválasztó 319-324. o Ajánlott irodalom 1 NÁDAS-KORÉNYI: Kazánrendszerek, kazánszerkezetek 193-298. o 44 Kazánfűtés Ipari Szakkönyvtár Sorozat Műszaki Könyvkiadó Budapest 1984. Ellenőrző kérdések 1/ Melyek az erőművek főbb részrendszerei? 2/ Definiálja a hőerőművet, mint technikai rendszert ! 3/ Definiálja a fűtőmű

fogalmát ! 4/ Mi a kazán feladata, s melyek a főbb részrendszerei? 5/ Mi a különbség a természetes és mesterséges keringetésű kazánok között? 6/ Miért fontos a kazántápvíz előkészítése? 7/ Mi a pernyeleválasztó rendszerek feladata, s melyek a leggyakoribb műszaki megoldások? 8/ Melyek a legismertebb gőzturbinatípusok? 9/ Mi a kondenzátor és a kazántápszivattyú szerepe az erőművi körfolyamatban? 10/Mi a generátor feladata? 11/Mi a különbség a zárt és a nyitott távfűtési rendszer között (forróvíz-távfűtés)? 12/Mi a különbség az 1-2-3 és 4 csöves forró víz távfűtési rendszerek között? 45 4.4 Hulladékégető-művek 4.41 Hulladék A hulladék az ember mindennapi élete, munkája, gazdasági tevékenysége során keletkező, a keletkezés helyén feleslegessé vált, ott fel nem használható, különböző minőségű és halmazállapotú anyag. Eltávolításáról és feldolgozásáról külön kell gondoskodni A

hulladékoknak alapvetően két fő csoportját különböztetjük meg. 1/ A termelő és szolgáltató tevékenységből származó ún. termelési hulladékok. 2/ Az elosztási és fogyasztási tevékenységből származó, az életszínvonaltól és életmódtól erősen függő, ún. települési vagy kommunális hulladékok. A hulladékok, halmazállapotukat, összetételüket stb. tekintve igen sokfélék lehetnek. A hulladékégetés műszaki és technológiai vonatkozásban jelenleg a legkiforrottabb hulladéktalanítási eljárás. A hulladékégetéshez az alábbi fontosabb alapaadatok ismerete szükséges:       halmazállapot kémiai összetétel fűtőérték sűrűség a hamu olvadási jellemzői szilárd hulladékoknál a maximális darabnagyság szemcseméret-eloszlás, a  folyékony és iszapszerű hulladékoknál a viszkozitás, a gyulladás- és lobbanáspont  halogénanyagtartalom 46  mérgezőanyagtartalom stb.

Tüzeléstechnikai szempontból elsősorban a kalorikus tulajdonságok fontosak (fűtőérték, éghető anyagtartalom, víztartalom, hamutartalom). A kalorikus tulajdonságok közötti összefüggést az ún. Tanner-féle háromszög szemlélteti (12. ábra) 12. ábra A szilárd hulladékok fontosabb kalorikus jellemzői közötti összefüggés (Tanner-féle háromszög). A szilárd hulladékok önálló éghetőségének feltételei ezek szerint:     legalább 20-25 tömegszázalék éghető anyagtartalom legfeljebb 60 tömegszázalék hamutartalom legfeljebb 50-55 % víztartalom legalább 4200 kJ/kg fűtőérték 47 A szilárd kommunális hulladék fűtőértéke jelenleg KözépEurópában 5000-11000 kJ/kg értéktartományban mozog. Az éghető anyagtartalom 30-50 %, a víztartalom 25-50 %, a hamutartalom pedig 20-40 %. Ebből is látszik, hogy a hulladékégetéshez a gyakorlatban a legkülönfélébb típusú anyagok elégetését kell biztosítani, ehhez

megfelelő áramlási viszonyok kellenek, megfelelő tartózkodási idő az égéstérben, s a szokásosnál több levegő bevezetése. A tökéletes, bűzmentes égés érdekében mindig biztosítani kell legalább 800 C-t. A tűztér hőmérsékletének felső határát 1050 C körülire választják. Mindebből látható, hogy a szemétégető kazánjának tervezésekor jóval több szempontot kell figyelembe venni, mint a fosszilis anyagokkal dolgozó hőerőművek esetében, mert ez utóbbiaknál az energiahordozó minősége viszonylag állandó. A hulladék minél jobb elégetéséhez az égéstérben az átkeveredéshez szükséges turbulens áramlási viszonyokat kell létrehozni. Ezt mechanikai módszerekkel (mozgó rostélyokkal, forgókemencével és bolygató rendszerekkel) lehet elérni. Minden szemétégető berendezésnél megtalálható a szemétszárító és előkészítő, a szemétbunker, az égető tér, a füstgázhűtő, a füstgáztisztító és a

salakmentesítő. 4.42 Szemétégető művek telepítése A szemétégetőket általában hőhasznosítókkal együtt telepítik. A négy legáltalánosabb kiépítési forma: a) Fűtőműves kiépítés: 200 C-os, kisnyomású gőzt termelnek, s távfűtésre használhatók. b) Fűtőerőműves változat: a termelt gőzt először villamos energia termelésre, majd távfűtésre használják. (Működése hasonló a fűtőerőművekéhez.) (Az a és a b esetben egyaránt célszerű a hagyományos kazánokkal együttes üzemeltetés.) 48 c) Kondenzációs erőművi változat: felépítése csak annyiban tér el a kondenzációs erőművétől, hogy a fosszilis tüzelőanyagokkal működő kazán helyett szemétégetőt alkalmaznak. A gőz energiáját kizárólag villamos energia termelésére fordítják. Ez a megoldás adja a viszonylag legtöbb villamos energiát, de beruházási költségei nagyok, s hatásfoka is alacsony. Egy tonna átlagos minőségű hulladékból kb.

400 kWh villamos energia termelhető. d) Fűtőerőműves változat: előnye az előző variációkkal szemben, hogy a fogyasztók energiaigényeihez alkalmazkodik. Elsősorban ott használják, ahol nincs lehetőség a hagyományos tüzelőanyagokkal működő kazánokkal való együttes üzemeltetésre. A szemétégetőkből a viszonylag nagy gazdasági teljesítményű berendezések létesítése célszerű. Magyarországon 1982. óta üzemel városi szemétégető Budapesten: villamos energiát termel és a lakások távfűtését látja el. 49 4.5 Másodlagos feldolgozás Sok olyan energiaforrás van, melyet közvetlenül felhasználni gazdaságtalan lenne. Vannak olyan igények is, melyek nem állnak megfelelő mennyiségben rendelkezésre a szokásos energiahordozók. Az előbbi esetben közvetlen felhasználhatóvá kell tenni az energiaforrást, az utóbbiban más energiaforrásokból kell a szükségletet fedezni. Mindkét esetben meglévő energiahordozót alakítunk

át másfajta, igényeinknek megfelelő energiaforrássá. Ez a másodlagos feldolgozás. A másodlagos feldolgozások közül csak a legismertebb eljárások közül tárgyalunk röviden néhányat, példaként. 4.51 Kokszolás A kokszolás, más néven szénlepárlás a szénnek a levegőtől elzárt helyen történ hevítése. Az eljárás terméke a kohókoksz, mellékterméke az ún. városi gáz Szénlepárlásra a legalább 25 % illóanyag-tartalmú szének a legalkalmasabbak. Nagyobb illóanyagtartalmú szenet is szoktak kokszolni a gázhozam növelése érdekében, de az így nyert koksz minősége rosszabb, csak háztartási fűtőanyagként használható. A kokszolás nagy teljesítményű ún. kamrás kemencékben történik, melyekbe 10-15 tonna szenet öntenek be. A kokszolás során a következő folyamatok zajlanak le: a/ 100 C-ig a szén kiszárad b/ 100-300 C között: a kötött állapotú víz kiválik, széndioxid, kénhidrogén bomlik le, a gyantaanyagok

eldesztillálnak c/ 300-450 C között: a szén megolvad, kátrány (a kokszolás másik mellékterméke) és szénhidrogén gázok keletkeznek d/ 450-550 C között : a kátrányképződés befejeződik, kialakul a félkoksz szerkezet 50 e/ 550-700 C között: történik a gázképződés f/ 700 C felett: a szénhidrogének elbomlanak, hidrogén keletkezik, a szén megszilárdul, s egyre tömörebb kokszszerkezet alakul ki. g/ Nagyobb hőmérsékleten a szén grafit formájában szilárdul meg, a koksz ezüstös színűvé és nagy szilárdságúvá válik. 4.52 Szénhidrogénbontás A szénhidrogén energiahordozók három csoportja: a/ szénhidrogén gázok b/ párlatok (benzin) c/ olajféleségek Bomlásukat a bontás intenzitása, hőmérséklete, s a reakciótérben való tartózkodásuk hossza határozza meg. Bármely szénhidrogén oxigénes bontása a következő reakció szerint történik: Cn H m  n m O2  2 N 2  nCO  H 2  2 N 2 2 2 A

vízgőzös bontás reakciója: m  Cn H m  nH 2 O  nCO   n   H 2  2 Az oxigénes bomlás exoterm, a vízgőzös bontás endoterm folyamat. A levegősen bontott gáz égéshője 7700 kJ/m3. Városi gáz gyártásánál higítógázként szokták használni. Az olajbontási technológiákat elsősorban a C/H-viszony határozza meg. 4.53 Szénelgázosítás Ha szenet elgázosító közeg segítségével tökéletlenül égetjük el, salak és éghető alkotórészekből álló gáz keletkezik. 51 A széngázosítás célja nem fűtőgáz, hanem vegyipari, vagy más ipari célokat szolgáló gáz előállítása. 52 4.6 Hőszivattyúk Eddig olyan körfolyamatokról volt szó, melyek az energiaforrás inhomogenitásainak felhasználásával az energiaforrásból elvezetett belső energia egy részét munkává transzformálták. Ha a munkaszolgáltató körfolyamatok irányát megfordítjuk, munkabefektetés árán inhomogenitásokat tudunk

létrehozni. Legfontosabb alkalmazási terület a hűtés. E körfolyamatok használják. jellemzésére  a fajlagos hűtőteljesítményt QH QH  W Q0  Q H  Q H : a környezetnél kisebb hőfokú rendszerből elvont hő Q 0 : a környezet és a körfolyamat munkaközege közötti hőtranszport W: befektetett munka Q 0 =Q H +W Ha a hűtést Carnot-körfolyamattal hűtőteljesítmény:   C végezzük, a fajlagos TH T0  TH Kézenfekvő volt a gondolat, hogy a hűtőkörfolyamatokat más hőmérséklethatárok közé helyezve, kis energiabefektetéssel üzemelő fűtőberendezéseket állítsunk elő a kommunális fűtés és az ipari berendezések számára, például a használt levegő, a felszíni vízfolyások stb. energiájának felhasználásával Ez a berendezés a hőszivattyú. A hőszivattyúkat, mivel a felső hőmérsékletszinten leadatott hőmennyiséget hasznosítják, a fajlagos fűtőteljesítménnyel jellemzik. 53  F  QF

QF  W QF  Q 0 Q F : a felső hőmérsékletszinten leadott hőmennyiség Q 0 : a hőforrásból (környezetből) hőformájában felvett belső energia nagysága Gyakorlatilag minden hűtőgép alkalmazható hőszivattyúnak. Alkalmazásuk üzemköltség-megtakarítást eredményez. Számos kis hőmérséklete miatt fűtési célra nem alkalmazható energiaforrás, kis energia-befektetéssel, hőszivattyúk alkalmazásával fűtési vagy technológiai célokra alkalmassá tehető. A hőszivattyúk hátránya, hogy a hagyományos fűtőberendezésekhez képest nagyobb a beruházási igényűk. Nagy teljesítményű hőszivattyúkat olyan területeken lehet gazdaságosan alkalmazni, ahol kapcsolt hűtés és fűtés lehetséges, esetleg természetes hőforrások állnak megfelelő hőmérsékleten rendelkezésre, illetve az olyan technológiákhoz kapcsoltan, ahol hulladékhő keletkezik. Az utóbbi években a hőszivattyúk szerepe különösen a fejlett országokban nőtt. 54

VII. tananyagrész Kötelező irodalom 1 OLESSÁK- SZABÓ: Energia hulladékból Műszaki Könyvkiadó Budapest 1984. Hulladékégetésre alkalmazott tüzelőberendezések 36-54. o A hulladékégetés technológiai és üzemi megoldásának értékelése, a hazai alkalmazás feltételei 78-83. o Biogáz előállítása hulladékból 109-117, 167-176. o Ajánlott irodalom 1 Lásd II/1. A hulladékégetés technológiai és üzemi megoldásainak értékelése, a hazai alkalmazás feltételei 78-83.o 2 KISSNÉ QUALLICH ESZTER: A biogáz Mezőgazdasági K. Budapest 1983. Gázfejlesztés a hulladékfeldolgozás technológiája szerint 54. o Szakaszos rendszer 54. o Folyamatos rendszer 54-55. o Tározós rendszer 55-57. o Nagy hatásfokú rendszerek, gázreaktorok 57-60. o bio- 55 3 Hőszivattyúk Svájcban és Ausztriában német szemmel Energiaellátás, Energiatakarékosság világszerte Országos Műszaki Információs Központ és Könyvtár 1996/2, 24-27. o Ellenőrző

kérdések 1/ Mi a hulladékok két fő csoportja? 2/ Melyek a hulladékégetés megvalósításához legfontosabb adatok (jellemzők)? szükséges 3/ Ismertesse a Tanner-háromszöget ! 4/ Mekkora a hulladékégetés szokásos hőmérséklete? 5/ Mi a szemétégető művek telepítésének négy legalapvetőbb formája? 6/ Ismertesse a hulladékégetésre alkalmazott tüzelőberendezések legfontosabb típusait ! 7/ Mi a biogáz? 8/ Ismertesse a biogáz előállításának lényegét ! 9/ Mit értünk másodlatos feldolgozáson? 10/Mi a kokszolás? 11/Mi a különbség a szénhidrogénbomlás és a szénelgázosítás között? 12/Mit értünk egy hőszivattyú fajlagos fűtőteljesítményén? 56 5. Atomerőművek Az atomerőművek a bomlási (hasadási) magreakció fisszió energiájával fűtött hőerőművek. A hagyományos hőerőművek kazánjában lezajló égés helyett, a reaktorban lezajló folyamatok termelik az energiát, amellyel a vizet gőzzé alakítják, s a

gőz (hasonlóan mint a hőerőművekben) a turbógenerátorokat meghajtva villamos energiát termel. A ma működő atomerőművek többségében a 235-ös uránizotóp hasadásának energiáját hasznosítják (3.22 fejezet) (Érdekességként megemlítjük, hogy a tiszta uránfém nehezen alkalmazható atomenergia előállítására, mert 750-800 C körül megduzzad, deformálódik, összetöredezik. A világ első kísérleti atomreaktorának Chicagó 1942 még 6,2 t fémurán volt a fűtőanyaga.) Ma az erőművek fűtőanyaga urán-dioxid, vagy urán-karbid pasztillák formájában kerül a reaktorba. Egy-egy ilyen pasztilla mintegy ceruzaelem méretű, melyből több millió szükséges egy átlagos erőművi reaktor működtetéséhez. A pasztillákat speciális cirkónium-ón-krómnikkel-vas ötvözetekből készült csövekbe töltik, melyeket nyalábokba összefogva helyeznek el a reaktorban. A maghasadási láncreakció szabályozásához szükség van neutronelnyelő

anyagra. Ez általában a kadmium és a bór Ezekből szabályzó rudak készülnek, melyek benyúlnak a fűtőelem-kötegek közé. A szabályozó rudak fel-le történő mozgatásával a reakció szabályozható. Ha a szabályozó rudakat teljesen leeresztjük a fűtőelemek közé, a folyamat leáll. Mivel az urán hasadási reakcióiban egy neutron általában két vagy három neutront vált ki, a szabályozó rudak beállításával kell elérni, hogy a neutron által kiváltott hasadás statisztikai értelemben mindig csak egy újabb bomlást kiváltó neutront eredményezzen, azaz a folyamat a kívánt szinten állandósuljon. 57 Ez részletezve a következőt jelenti: 1/ A hasadási gyors neutron mielőtt lelassulna az üzemanyagban befogódhat és gyorshasítást eredményezhet, ami a neutronok számát növeli. 2/ Az üzemanyag a gyors neutront befoghatja anélkül, hogy az hasítást okozna. Ez a befogás a neutronok számát csökkenti 3/ A lelassított neutronok egy

részét a moderátor, a hűtőközeg, a szerkezeti anyagok és a hasadási termékek befogják. Ezzel akaratunktól függetlenül csökken a termikus neutronok száma. 4/ A termikus neutronok egy részét a szabályzó rudak fogják be és ezzel a szabályozás érdekében szükség szerint csökken a neutronok száma. 5/ A termikus neutronok egy részét a hasadó anyag anélkül fogja be, hogy azok hasadást okoznának. Ez szintén csökkenti a neutronok számát. 6/ A hasadó anyag befogja a termikus neutronokat és azok maghasadást eredményeznek. Ez hatásosan növeli a neutronok számát. 7/ A neutronok egy része még gyors állapotban elhagyja az aktív zónát. 8/ A termikus neutronok egy része szintén kilép az aktív zónából. Az 1. és 6 szerint együttesen keletkező neutronok száma mindenkor egyenlő a 2-5 és a 7-8 szerint összesen elfogyó neutronok számával. A láncreakció kiváltására és fenntartására csak a kis energiájú ún. termikus neutronok

alkalmasak, viszont a folyamat, a hasadások nagy energiájú gyors neutronokat szolgáltatnak, tehát a gyors neutronokat termikus sebességre kell lefékezni. Ezt valósítja meg a moderátor közeg (lassító közeg). Moderátornak olyan anyag alkalmas, amelyiknek kis tömegű az atommagja, ugyanis ha a gyors neutron kis tömegű atommagba 58 ütközik, energiájának egy részét leadja, s sorozatos ütközések (energia-leadások) révén termikus neutronná válik. Leggyakoribb moderátorközegek: a közönséges víz, a nehézvíz és a grafit. A víznek hátránya, hogy hidrogénje sok neutront befog és deutériummá alakul. Nehéz vizet gazdasági okokból viszonylag ritkán használnak, a grafit hátránya pedig az, hogy atommagja lényegesen nagyobb a vizénél, tehát lassító hatása is rosszabb. Az atomerőműveknek sok típusa ismeretes, legfontosabbak közül mutatunk be néhányat. így csak a 59 5.1 Csatorna típusú reaktor A világ első

atomerőművének (Obnyinszk, 1954) reaktora vízhűtésű, csatorna típusú reaktor volt, elektromos teljesítménye pedig 5 MW. (Szinte "játéknak" tűnik a mai reaktorok akár 1000 MW teljesítménye mellett.) A 13. ábrán látható csatorna típusú reaktorban a grafitmoderátorokon keresztül csatornák futnak, melyekben a nagynyomású hűtővíz kering. A vízvezeték csövek és a grafit mag közötti rész erősen dúsított uránnal van föltöltve. 13. ábra Csatorna típusú reaktor 60 5.2 Nyomottvizes reaktor A nyomottvizes reaktorban a víz moderátor és hűtőközeg egyaránt. Az egész reaktort vízzel föltöltik és a nagynyomású víz szabadon kering a fűtőelemek között (14. ábra) 14. ábra Nyomottvizes reaktor 61 5.3 Forralóvizes reaktor A forralóvizes reaktorban a víz közvetlenül a tartályban forr, a keletkezett gőz egyenesen a turbinákra áramlik, majd a kondenzátorból kikerülő vizet a tápszivattyú visszajuttatja a

reaktorba (15. ábra) 15. ábra Forralóvizes reaktor 62 5.4 Golyós reaktor A golyós reaktorok fűtőelemei 10 mm falvastagságú, 60 mm átmérőjű grafitgolyók, amelyek 0,5 mm átmérőjű apró urán-karbid golyócskákkal vannak megtöltve, tehát egy ilyen nagy golyó a fűtőelemet és a moderátorközeget egyaránt tartalmazza. Üzemelés közben a reaktorban több tízezer ilyen golyó van. A hűtőközeg hélium, melynek előnyös tulajdonsága, hogy nem válik radioaktívvá. A golyós raktorban a golyók egy lassú körfolyamatban vesznek részt, a tartály alján elhagyják a reaktort, s automatikusan egy osztályozóba kerülnek, ahonnét a még üzemképes golyók visszakerülnek a reaktorba, s így a más típusoknál hosszú állásidőt jelentő üzemanyagcserék elmaradnak. A golyós reaktornak további előnye, hogy a hagyományos típusuaknál magasabb (800-900 C) hőmérséklet állítható elő bennük, valamint az, hogy miután egy-egy golyó

három-hat alkalommal megy végig a reaktoron, ez a többi típusnál jobb kiégési szintet tesz lehetővé. 63 5.5 Egy- és kétkörös atomerőművek Az atomerőműveket csoportosíthatjuk aszerint, energiaátadás hány hőcserélőn keresztül történik. hogy az Egykörösek (16. ábra) általában a forraló típusúak, kétkörösek (17. ábra) a csatornatípusú és a forralóvizes reaktorok 16. ábra Egykörös atomerőmű 17. ábra Kétkörös atomerőmű 64 5.6 Szaporító reaktorok Az atomreaktorok második generációjába az ún. szaporító reaktorok tartoznak. (Az első generációs reaktorok dúsított urán 235-tel, vagy plutónium 239-cel működnek.) A szaporító reaktorok működése azon alapszik, hogy nem a természetes uránba csak igen kis százalékban (0,7 %) előforduló 235-ös uránizotópot használják, hanem a (3.221 fejezet) mesterségesen előállított hasadó izotópokat. A cél az, hogy a szaporító reaktorokban több plutónium

képződjék mint amennyi az elhasználódott urán. Ezért lehetőleg minél több neutront kell bevinni az urán 238-ba anélkül, hogy ez a láncreakció lefolyását lényegesen megzavarná. Mivel az uránizotóp a gyors neutronokat rendkívül könnyen elnyeli a moderátorra sincs szükség. A szaporító reaktorok így több hasadóanyagot hoznak létre, mint amennyit felhasználnak. Azt az időtartamot mely alatt a reaktor a kezdeti fűtőanyag-mennyiséget megduplázza kétszerezési időnek nevezzük. Moderátorközeg hiányában a neutronok könnyen "megszökhetnének", ezt azzal akadályozzák meg, hogy az urán 238-as izotópot ún. tenyészköpenyként (szaporító zóna) a reaktor magja köré építik. Mivel a tenyészköpeny neutronelnyelése igen aktív, a láncreakció a beindítás után hamar leállna, ezért a fűtőanyagot az egyébként szokásosnál erősebben kell dúsítani. Így a fűtőelemek kiégési szintje elérheti a forralóvizes reaktor

kiégési szintjének háromszorosát, ami nagy energia-, illetve teljesítménysűrűséget jelent, ezért hűtőközegként igen jó hővezetőképességű közeget, folyékony nátriumot használnak. A nátrium könnyen radioaktívvá válik, ezért a reaktort hűtő nátrium energiáját egy másik nátrium kör kapja meg hőcserélőn keresztül, s csak ennek energiája kerül egy újabb hőcserélő körön keresztül a tercier körbe, ahol hőfejlesztésre használják. A szaporító reaktorok ún. háromkörös erőművek 65 VIII. tananyagrész Kötelező irodalom 1 Lásd IV/1. Atomerőművek fő berendezései 340-352. o Ajánlott irodalom 1 HAFELE WOLF: Az atomenergia távlatai Tudomány 1990/11 90-104. o Ellenőrző kérdések 1/ Definiálja az atomerőművet mint technikai rendszert! 2/ Mi a különbség a moderátor közeg és a szabályozó rudak szerepe között? 3/ Ismertesse a csatorna típusú reaktor működését! 4/ Mi a különbség a nyomottvizes reaktor

és a forralóvizes reaktor között ? 5/ Mi a különbség az egykörös és a kétkörös atomerőmű között? 6/ Melyek a golyósreaktorok előnyei? 7/ Mi a szaporító reaktorok lényege? 8/ Miért háromkörösek a szaporító reaktorok? 9/ Milyen típusú volt a csernobili katasztrófa reaktora? 10/Milyen típusúak a Paksi Atomerőmű reaktorai? 66 5.7 Gázhűtésű reaktorok Az 5.7 és az 58 fejezet a reaktortípusok összefoglaló áttekintését adja. Gázhűtésű reaktorok esetén három generációról beszélhetünk: GGR (Gas cooled, Graphite moderated Reactor) reaktorok. A gázhűtésű reaktorok első generációját Anglia és Franciaország külön-külön fejlesztette ki, kezdetben főleg Pu-termelésre, majd a villamosenergia-termelő atomerőművek számára. A kifejlesztés koncepciója az olcsó reaktoranyagok alkalmazása volt. Üzemanyagként természetes uránt választottak, mivel a dúsításra nem voltak felkészülve, ill. a dúsítást

költségesnek ítélték Megfelelő reaktivitás eléréséhez az üzemanyagot fémurán formában építették be. A fémurán térfogatnövekedésével járó átkristályosodásának elkerülése érdekében az üzemanyagban megengedhető maximális hőmérsékletet Tüm  650 C alatt kellett tartani. Moderátorként az olcsó anyagok közül a grafit jöhetett számításba, amely homogén keverékként a természetes uránnal ugyan nem teszi lehetővé a kritikusság elérését, de nagymértékű heterogenitás mellett a kritikus rendszer (K eff >1) létrehozható. Természetes urán és grafit mellett a viszonylag olcsón alkalmazható könnyű víz hűtőközegként nem megfelelő, ezért kis neutronbefogással rendelkező gázt kellett választani. A választás a széndioxidra esett, amelynek sem kirívóan kedvező, sem kizáró reaktorfizikai és hőtechnikai jellemzői nincsenek. Az üzemanyag burkolásához szintén kis neutronbefogású fémre volt szükség.

Megfelelt az Al és Mg ötvözete az ún. Magnox, amiről a reaktortípus a Magnox-elnevezést kapta. A magnox-burkolatban megengedhető maximális hőmérséklet Tm  450  C . A feszített reaktorfizikai jellemzők következtében csak viszonylag alacsony üzemanyag kiégetési szintet (q 0 =3.5000 MWnap/t) tudtak elérni. A választott reaktoranyagok megszabták a reaktor felépítését és az atomerőmű hőtechnikai jellemzőit is. 67 A szükséges heterogenitás biztosítása érdekében az üzemanyagrúd átmérőjét viszonylag nagyra, min. 2530 mm-re választották A gázhűtés rossz hőátadási tényezője miatt az üzemanyagrúd burkolatának felületét bordázattal jelentősen, kb. egy nagyságrenddel növelték. A bordázott nagyátmérőjű üzemanyagelem és a nagy keresztmetszetű hűtőcsatorna elhelyezése a grafitban jelentősen megnövelte egy-egy cella keresztmetszetét, továbbá, az aktív zóna térfogatát. Az aktív zóna térfogategységére

vetített hősűrűség tehát viszonylag alacsony volt. A hűtés javítása érdekében igyekeztek a gáz nyomását növelni. Az első egységeknél a gáznyomás 7 bar volt, ezt a későbbi reaktoroknál 40 barig emelték. A hűtőközeg hőmérsékletét az üzemanyag és burkolat erősen korlátozta, a belépő hőmérséklet T be = 150.200 C, a maximális kilépő hőmérséklet pedig mintegy T ki = 400 C lehetett. Az alacsony hőmérsékletű hűtőközeghez csak mérsékelt kezdőjellemzőjű gőzkörfolyamatot tudtak csatlakoztatni. A jelentős gázlehűtés (T H =T ki -T be ) kétnyomású gőzkörfolyamat kialakítását indokolta, amelyben a nagy- és kisnyomáson termelt gőzt külön-külön vezették a gőzturbinába. A mérsékelt kezdőjellemzők miatt az ilyen típusú atomerőművek hatásfoka alacsony 0,3). Az akív zóna térfogatának és a hűtőközeg nyomásának növelését a reaktortartály szilárdsági igénybevétele korlátozta. Az

első reaktorokat hengeres acéltartályba helyezték, amelyeknél az acéllemez hegeszthető vastagsága szabott határt az átmérő és nyomásszorzat növelésének. Később henger és gömb alakú előfeszített vasbeton tartályokat fejlesztettek ki, ezek tették lehetővé a nagy, maximálisan mintegy 600 MW villamos teljesítményű reaktorok létesítését. Az első egységeknél a hűtőgázt vezették ki a reaktorból a kisebb-nagyobb gázfűtésű gőzfejlesztőkbe. Később az előfeszített vasbetontartályok esetén olyan integrált felépítést alakítottak ki, amelynél a hengeres aktív zónán kívül a gázfűtésű gőzfejlesztőt is a vasbeton tartályon belül helyezték el. AGR-(Advanced Gas cooled Reactor) reaktorok. A GGR reaktorok továbbfejlesztésének az volt a célja, hogy a gáz be- és kilépő 68 hőmérsékletét olyan mértékben növeljék, hogy a gázhűtésű reaktorhoz korszerű, nagynyomású és újrahevítéses gőzerőművet lehessen

csatlakoztatni. A második generációban a kilép gázhőmérsékletet mintegy 650 C-ra növelték, ami  üzemanyagként uránoxid (UO 2 ) formában dúsított urán,  burkolatként pedig cirkonium, ill. rozsdamentes acél alkalmazását tette szükségessé. A moderátor és hűtőközeg anyaga nem változott. Nagyobb hőmérsékletek és hőmérsékletkülönbségek mellett az üzemanyagelemek bordázata feleslegessé, az üzemanyagelemek felépítése egyszerűbbé vált. Az aktív zóna, a hűtőrendszer és a reaktortartály kialakításában ez a fejlesztés lényeges változást nem hozott. HTGR (High-Temperature, Gas cooled Reactor)- reaktorok. A gázhűtésű reaktorok harmadik generációjának még jelenleg is tartó fejlesztése során olyan magas hőmérsékletű reaktorokat kívánnak megvalósítani, amelyek hűtőközege  egyrészt közvetlenül gázturbinába vezethető, azaz egyszerűbb felépítésű egykörös atomerőmű megvalósítását teszi

lehetővé, amelynél a reaktor hűtőközege egyben a gázturbina munkaközege is,  másrészt felhasználható technológiai folyamatok, pl. szénelgázosítás magas hőmérsékletű hőigényének fedezésére. A nagyhőmérsékletű gázhűtésű reaktoroknál a fémes szerkezeti anyagokat el kell hagyni, szerkezeti anyagként ( az üzemanyag burkolataként) megfelelő tömörségű grafitot alkalmaznak. Változik az üzemanyagelem felépítése, a rúd alakú üzemanyagelemek helyett a már megépített kísérleti reaktorban pl. mintegy 6 cm átmérőjű üzemanyag golyókat alkalmaztak. A grafit burkolat hosszabb besugárzást tesz lehetővé, mint a fémek. Ezért a grafitba nemcsak hasadó izotópokat, hanem tenyészanyagokat is beágyaznak, ami a kiégetési szint jelentős növelését eredményezi. 69 A tervezett magas hőmérsékleten a széndioxid már nem alkalmas hűtőközeg, mivel a grafittal reakcióba lép. Helyette héliumot választottak. A

nagyhőmérsékletű gázhűtésű reaktorok fejlesztését az is motiválja, hogy a gázhűtésű reaktorok újra visszaszerezzék gazdasági versenyképességüket, amit az első két generáció a vízhűtésű reaktorokkal szemben gyakorlatilag elveszített. 70 5.8 Vízhűtésű reaktorok A vízhűtésű reaktorokat elsősorban a Szovjetunió és az Egyesült Államok párhuzamosan fejlesztette ki. Rajtuk kívül más országokban is jelentős fejlesztő tevékenység folyt ez irányban. A vízhűtésű reaktoroknak több alcsoportja alakult ki: Általában a könnyűvizes (LWR Light Water Reactor típusú) reaktorokat alkalmaznak, de néhány országban (pl. Kanada) nehézvizes (HWR Heavy Water Reactor típusú) reaktorokat is építenek. A könnyűvíz (H 2 O) neutronbefogási hatáskeresztmetszete nagy, ezért a könnyűvizes reaktorok üzemanyaga dúsított urán. A nehézvíz (D 2 O) neutronbefogása viszont kicsi, a nehézvizes reaktorok tehát természetes uránnal is

üzemeltethetők. A könnyű, ill. nehézvíz a hűtőközeg és a moderátor szerepét egyaránt betöltheti. Általában a vízzel hűtött és moderált reaktorok terjedtek el, de létesítettek néhány olyan vízhűtésű reaktort is, amelyeknél a moderátor grafit. Vízhűtés esetén a hűtőközeg nyomása szükségszerűen elég nagy. A nyomás tartására méretezhető az aktív zónát magába foglaló reaktortartály (tartály típusú reaktorok) vagy külön-külön az egyes hűtőcsatornák (csöves reaktorok). A hűtőközeg fázisát tekintve a vízhűtésű reaktorok nyomottvizes és elgőzölögtető rendszerűek lehetnek. PWR (Pressurized Water Reactor) reaktorok: Nyomottvizes reaktorokban a felmelegítés során a hűtőközeg mindvégig folyadékfázisban marad. Ebben az esetben a víz moderációs jellemzői gyakorlatilag nem változnak, mivel a víz sűrűsége közel állandónak tekinthető. A nyomottvizes reaktorok aktív zónájának felépítése egyszerű

és kompakt. Dúsított urán alkalmazása következtében az üzemanyagot urán-oxid formájában lehet beépíteni. Az üzemanyagrudak átmérője kisebb (6.9 mm), mint a gázhűtésű reaktoroké Az üzemanyagrudak közötti viszonylag kis térben áramlik a hűtőközeg, ami egyúttal moderátor is. A kompakt felépítés az aktív 71 zónában nagy fajlagos térfogati hőteljesítményt eredményez. Azonos hőteljesítmény mellett tehát az aktív zóna térfogata jóval kisebb, mint gázhűtésű reaktoroknál, ill. elérhetővé vált igen nagy, 1000 MW és ennél nagyobb villamos teljesítményű reaktorok építése is. Az üzemanyagrúd nagy felületi hőteljesítményének elvonását a nyomott víz jó hőátadási tényezője lehetővé teszi. Nyomottvizes reaktorokban a hűtővíz hőmérséklete átlagosan T H =30.50C-szal emelkedik, kilépő hőmérséklete T kI =300.320 C-ot ér el Az elgőzölgés biztonságos megakadályozása érdekében a

hűtőközeg nyomása p r =120.160 bar. Erre a nagy nyomásra kell méretezni az aktív zónát magába foglaló acéltartályt, ami viszonylag kis tartályátmérő mellett is igen jelentős szilárdsági igénybevételt jelent. A reaktortartályt szénacélból készítik, de a hűtővízzel érintkező belső felületét rozsdamentes acéllal platirozzák. A korrózió elkerülése érdekében rozsdamentes acélból készült a reaktor és a hozzá csatlakozó primer körnek minden olyan eleme, amelyben a reaktor hűtőközege kering. A reaktorból kilépő forróvízből a gőzfejlesztőben csak p 1 = 40.70 bar nyomású telített gőzt lehet termelni, amit telitettgőzkörfolyamatú atomerőműben hasznosíthatunk A mérsékelt paraméterű atomerőmű hatásfoka = 0,3. BWR (Boiling Water Reactor) reaktorok. Elgőzölögtető reaktorok felépítése sok tekintetben azonos a nyomottvizes reaktorokéval. Lényeges különbség, hogy a hűtővíz bizonyos mértékű

elgőzölgését a reaktorcsatornákban megengedjük, a reaktorból gőz-víz keverék lép ki. Elgőzölögtetés során változnak a víz moderációs jellemzői, s ez korlátozza az elgőzölögtetés megengedett mértékét. Az elgőzölgés lehetővé tétele érdekében a hűtőközeg nyomása az elgőzölgés hőmérsékletéhez tartozó telítési nyomás, szokásos értéke 60.70 bar Elgőzölögtető reaktoroknál a reaktortartályt, ill a hűtőcsatornát erre a nyomásra kell méretezni, ami lényegesen kisebb, mint a nyomottvizes reaktoroknál szükséges nyomás. Az elgőzölögtető reaktorokban viszont elsősorban a nagyobb keresztmetszetű hűtőcsatornák következtében a fajlagos térfogati hőteljsítmény kisebb, a honos hőteljesítménynél pedig az aktív zóna 72 térfogata nagyobb, mint a nyomottvizes reaktoroknál. A kisebb nyomás és valamivel nagyobb átmérőjű aktív zóna végeredményben csökkenti az acéltartály falvastagságát a

nyomottvizes reaktorokhoz képest. A reaktorból kilépő gőz-víz keveréket szeparátorban szétválasztják. A száraz telített gőz közvetlenül a telitettgőz turbinába jut, tehát az atomerőmű lényegében egykörös. A szeparátorban leválasztott víz és az erőműben expandált gőz kondenzátuma együtt kerül vissza a reaktorba. A csöves rendszerű elgőzölögtető reaktor továbbfejlesztéseként létesítettek olyan reaktort is, amelynél a szeparátorban leválasztott száraz telített gőzt a reaktor bizonyos hűtőcsatornáiba visszavezetik és azokban túlhevítik. A nukleáris túlhevítés természetesen bonyolítja a reaktor felépítését, a túlhevített gőzzel hűtött csatornákban kisebb fajlagos hőteljesítmények engedhetők meg, de az erőművi körfolyamat szempontjából kedvező, mert túlhevített frissgőz esetén nincs szükség a gőz expanzió közbeni szárítására vagy újrahevítésére. A gáz- és vízhűtésű termikus reaktorok

legfontosabb üzemanyaggazdálkodási és hőtechnikai adatait a táblázatban hasonlítjuk össze. A reaktorba helyezett üzemanyag elérhető kiégetési szintje szoros korrelációban van az urán dúsításával, dúsítással nő a kiégetési szint. A reaktor hőtechnikai jellemzésére a hatásfok () és az aktív zóna fajlagos térfogati hőteljesítménye együtt alkalmas. A hatásfok a dúsítással és a kiégetési szinttel együtt a reaktor üzemanyagköltségét befolyásolja, a fajlagos térfogati hőteljesítmény pedig a reaktor méreteivel, végeredményben a reaktor beruházási költségeivel van összefüggésben. Mivel atomerőművek költségeiben a beruházási költségek nagyobb részarányt képviselnek, a reaktor korszerűségének megítélésében is nagyobb súllyal szerepel a fajlagos térfogati hőteljesítmény, mint a hatásfok. Ez az elvi értékelés érthetővé teszi, hogy széles körben miért a vízhűtésű atomerőműveket építik, s

hogy a rosszabb hatásfokú vízhűtésű atomerőművek miért tudták kiszorítani a nagyobb hatásfokot biztosító gázhűtésű reaktorokat. 73 Gázhűtésű reaktorok Üzemanyag dúsítása, % Kiégetési szint, MWnap/t Atomerőmű hatásfoka, % Az aktív zóna térfogati hőteljesítménye, W/cm3 Vízhűtésű reaktorok GGR AGR HTGR PWR BWR term. U 1,5.2 tenyészanyag 2,5.4 2,5.4 3.5000 15.20000 >30000 25.35000 25.35000 30 40 40.45 30 30 2.3 5.10 10.20 70.120 40.50 Gáz-és vízhűtésű termikus reaktorok tájékoztató jellemzői 74 5.9 A VVER-440 reaktor A szovjet tervezésű magyarországi (Paks) atomreaktor VVER-440 (Voda-Voda Energeticseszkij Reaktor) típusú, könnyűvízzel hűtött és moderált, tartálytípusú nyomottvizes reaktor. Hőteljesítménye 1375 MW, ez 2x220=440 MW teljesítményű gőzturbina üzemeltetését teszi lehetővé. villamos A reaktor legfontosabb eleme a reaktortartály. Ezen belül vannak

a belső szerkezeti elemek, az aktív zóna és ennek csonkjain keresztül áramlik a hűtőközeg. A reaktortartályt a hűtőközeg 125 bár nyomására méretezték úgy, hogy a szilárdsági és a radioaktív sugárzásból eredő igénybevételt 30 éves élettartamig biztonságosan elviselje. A reaktortartályon belül peremmel van felfüggesztve az akna, mely hordja a szerkezeti elemeket az aktív zónát és elválasztja a hideg és meleg vízáramot. Anyaga rozsdamentes acél, átlagos falvastagsága 36 mm. Az akna alsó pereméhez csatlakozik a fékező csőblokk. Feladata a szabályozó és biztonsági rudak esésének fékezése, továbbá a hűtővíz áramlásának irányítása az aktív zónába lépés előtt. Az aktív zónát az ún. kosár hordozza, s biztosítja üzemanyag- -kötegek pontos elhelyezkedését. az Az aktív zóna átmérője 2880 mm, magassága 2500 mm. A zónában 312 üzemanyagköteg és 37 olyan köteg van, amely felül szabályozó, illetve

biztonsági rudakat, alul üzemanyagrudakat tartalmaz. A reaktortartályt a reaktorfedél zárja le, melynek feladata a tartály bezárásán kívül a szabályzórúd hajtások tartása is. A reaktorból hat hűtőkör szállítja a hőt a gőzfejlesztőhöz (primer kör), a vezetékek átmérője 500 mm. A gőzfejlesztő vízszintes elrendezésű 3,2 m átmérőjű, 12,3 m hosszú tartály. A hőátadó felület 2510 m2 Egy-egy hűtőkör gőzfejlesztője 452 t/h gőzt termel, a telített gőz nyomása 47 bar. 75 Három gőzfejlesztő lát el gőzzel egy 220 MW villamos teljesítményű telített gőzturbinát. A reaktor és a primer rendszer kialakításának követelménye a biztonság és a környezetvédelem alapvető Normális üzem esetén az atomerőmű személyzetét és környezetét védi az, hogy a reaktort és a primerkör radioaktív berendezéseit megfelelő védelmet biztosító vasbeton termekben (ún. bokszokban) helyezték el. Ezekben a személyzet csak

esetenként és meghatározott ideig tartózkodhat. Legnagyobb üzemzavari esetként a reaktortervezés a primerköri csővezeték törésével számol. A reaktor és primer rendszer kialakítása ebben az esetben is meggátolja mind a reaktor aktív zónájának megolvadását, mind az eltört vezetéken kiszabaduló radioaktív anyag környezetbe jutását. Befejezésül a VVER- 440 reaktor aktív zónájának reaktorfizikai és hőtechnikai jellemzőit a 18. ábra mutatja 76 Zóna egyenértékű átmérője Zóna magassága Üzemanyagkötegek száma Szabályozó (+üzemanyag) kötegek száma A kötegek kulcsmérete Üzemanyagrudak száma kötegenként UO 2 pasztillák átmérője Zr burkolat külső átmérője Zr burkolat vastagsága Az üzemanyag rácsosztása Moderátor/üzemanyag térfogatarány Teljes urántöltet mennyisége Urántöltet átlagos dúsítása Friss urán mennyisége Friss urán dúsítása Kiégetési szint Kiégetési ciklus időtartama 2880 2500 312 37

144 126 7,6 9,1 0,65 12,2 1,7 42 2,5 14 3,6 28600 7000 Hőteljesítmény Hűtőközeg nyomása Hűtőközegáram Hűtőközeg belépő hőmérséklete 1375 125 43000 267 Hűtőközeg átlagos kilépő hőmérséklete Aktív zóna átlagos fajlagos térfogati hőteljesítménye 295 mm mm mm mm mm mm mm t % t % MW nap/t h MW bar t/h C C 84,5 W/cm3 18. ábra A VVER-440 reaktor aktív zónájának reaktorfizikai és hőtechnikai jellemzői 77 5.10 Balesetveszély és gazdaságosság A hatvanas évek második fele óta az atomerőművek üzemeltetése már nem drágább a fosszilis energiahordozókkal működő erőművekénél, sőt teljesítményük annyira megnövekedett, hogy a teljesítményegységre vonatkoztatott beruházási költségeiket is sikerült a széntüzelésű erőműveké alá szorítani. Az atomerőmű pedig sohasem válhat atombombává, mint azzal a "zöldek" egy-egy szélsőséges csoportja ijesztgeti a laikusokat, hiszen ha egy

reaktorból "kivennénk" a szabályozó rudakat a teljesítménye természetesen megnőne, de a robbanás megrepesztené a reaktor falát, s az elszökő víz, az elfolyó moderátorközeg miatt a láncreakció önmagától leállna. Ilyen persze még elméletben sem fordulhat elő, a szabályzórudakat mozgató szerkezet, üzemzavar esetén kikapcsol, a rudak a fűtőelemek közé esnek, s a láncreakció leáll. Az atomerőmű sohasem válhat atombombává, de nagyon veszélyes üzem. "A technika veszélyes, a veszély a lényegéből fakad" mondta Neumann János, s ebben feltétlenül igaza volt. Természetesen voltak atomerőművekben is balesetek, gondoljunk csak a nagybritanniai erőmű 1959-es grafittüzére, vagy a Pennsilvániai Harrisburg erőművének 1979-es csőrobbanására. A legsúlyosabb erőművi baleset a Csernobili atomerőmű 4. sz blokkjában 1986 április 26-án bekövetkezett gázrobbanás volt. A csernobili reaktorok grafit moderátoros,

csatornatípusú forralóvizes berendezések, tehát egykörösek. Egy-egy reaktor 100 MW villamos teljesítményt szolgáltat. A csernobili katasztrófa okait elemezni, meghaladná e jegyzet kompetenciáját, de feltételezhető, hogy szabálytalanságok, emberi mulasztások egész sora vezetett egy rosszul megtervezett kísérlet végrehajtása során a katasztrófához. Az atomenergiát leírni az emberiség energiaellátásból egyenlőre akárcsak Magyarországot vesszük naivitás. 78 Az atomenergia-ipar baleseti statisztikája más iparágakkal összehasonlítva nagyon jó, a mai sokszoros biztonsági rendszerek szinte kizárttá teszik a jelentősebb baleseteket. A környezet sugárterhelése által okozott "sugárveszély" eltörpül a környezet természetes sugárterhelése mellett, más területeken pedig rendszerint kisebb szennyezést jelent mint a fosszilis energiahordozókat használó erőművek. Az azonban kétségtelen, hogy a nukleáris energia

hulladékot termel, s ennek elhelyezése sokszor hatalmas gondot jelent, óriási szakmai-politikai vitákat vált ki (nálunk Magyarországon is). 79 5.11 Atombomba, hidrogénbomba, neutronbomba A Japánra ledobott egyik atombomba anyaga urán-235, a másiké plutónium volt. Mindkét esetben kb 20 kg a kritikus tömeg, ami azt jelenti, hogy futball-labda méretű urán- vagy plutóniumtömb már nem tartható egyben, hanem ha pl. két félgömbből egyesítjük, akkor az érintkezés pillanatában meginduló láncreakció energiafelszabadulása szétdobja a golyót. A bomba megfelelő szerkezeti kivitelével éppen azt érték el, hogy a robbanótöltettel egymásnak lőtt, kritikus méretnél kisebb urán-, illetve plutóniumtömbök annyi ideig együtt maradjanak, ami alatt a hasadóanyag túlnyomó része széthasad és ezzel biztosítja a megfelelő energia-felszabadulást. Az eredmény: 20 millió fok hőmérséklet, 20 ezer tonna trinitrotoluolnak megfelelő rombolás,

erős gamma- és neutron-sugárzás, valamint nagy mennyiségű radioaktív hasadvány, ami nemcsak a robbanás környékét szennyezi hosszú időre, hanem a sztratoszférába kerülve a Föld minden részére is eljut. Bármennyire is pusztító az atombomba pontosabban: a hasadási atombomba hatása, megalkotása után szinte azonnal megindult a kutatás még pusztítóbb fegyverek után. A hasadási bombánál a rombolóerő nem növelhető korlátlanul, éppen a kritikus tömeg miatt. A kritikus tömegnél lényegesen nagyobb tömeget nem lehet egy bombába beépíteni, mivel az egyes hasadóanyagrészek tömegének a kritikus alatt kell lenni. A korlátlanul növelhető romboló erejű bomba, a hidrogénbomba megalkotásának kétes értékű dicsősége elsősorban a magyar származású Teller Ede nevéhez fűződik. A hidrogénbomba vagy más néven fúziós bomba Napunk energiatermelő folyamatával azonos elven működik. Az atommagba zárt energia a nehéz magok

széthasításával és könnyű magok egyesítésével egyaránt hozzáférhető. A maghasadás megfelelő körülmények között, a hasadásnál keletkező neutronok közvetítésével mint láttuk láncreakciószerűen megy végbe. A magegyesülésnél (fúziónál) a helyzet már nehezebb. Számítások és kísérletek egyaránt kimutatták, hogy a hidrogén atommagjainak egyesülése igen nagy, a maghasadásnál is nagyobb energia80 felszabadulással jár. A nehézség csak az, hogy a hidrogént legalább 20-30 millió fok hőmérsékletre kell hevíteni ahhoz, hogy a fúzió bekövetkezzék. A fúzió békés célra való felhasználásával évtizedek óta kísérleteznek. Annak ellenére, hogy a kísérletek eredményei biztatóak, nem várhatjuk, hogy évezredünkben az emberiség energiagondjainak megoldásában a fúziós erőmű szerepet kapjon. Míg a fúziós erőmű a távolabbi jövő ígérete, a fúziós bombát megvalósították. A gyújtási hőmérsékletet

ugyanis könnyen elérhetjük egy közönséges atombomba felrobbantásával. Az alapelv egyszerű, a technikai megoldás itt sem ment könnyen. Az USA első hidrogénrobbantása tulajdonképpen még nem jelentette az első bomba megalkotását. A cseppfolyós hidrogén és a hozzá tartozó hűtőberendezés ugyanis ház nagyságú szerkezet volt. A technikai kivitel megértéséhez tudnunk kell azt, hogy a természetben gyakori, közönséges hidrogénizotóp atommagjai között nem jön létre fúzió az említett hőmérsékleten. A deutérium már kedvezőbb fúziós anyag, de még ennek a begyújtásához is 100 millió fok szükséges. Az említett, 20 millió fok körüli hőmérséklet a deutérium és trícium keverékére vonatkozik. Ez volt az első amerikai robbanószerkezet anyaga is Ismeretes, hogy az első szállítható, tehát valóban fegyverként is használható hidrogén robbanószerkezetet a Szovjetunió alkotta meg. Ebben már nem deutérium-trícium keverék

található, a trícium rendkívül drága, és radioaktivitása miatt igen nehezen kezelhető anyag, hanem lítium és deutérium vegyülete: litium-deuterid. Ennél a megoldásnál a fúziót begyújtó atombomba neutronsugárzása a lítiumot tríciummá alakítja, és második lépésként jön létre a magfúzió. Ez az ötlet valószínűleg Szaharov szovjet fizikusnak, illetve később tőle függetlenül Tellernek jutott eszébe. A bomba begyújtása sem egyszerű feladat. Ha egy atombombát fúziós köpennyel vennénk körül, akkor a robbanás szétdobná a köpenyt, mielőtt a fúzió megindulna. Nehéz anyagból, pl ólomból készült ellipszoid tükörrel kell a robbanás lökéshullámát a lítium-deuteridre fókuszálni, hogy a fúzió létrejöjjön. 81 A fúziós töltet mérete tetszőlegesen nagy lehet, így a H-bomba robbanóereje nem ezer, hanem millió tonna robbanóanyaggal egyenértékű. A H-bomba romló hatásával nem nő arányosan a radioaktív

szennyezőképessége, mert a fúzió nem termel radioaktív végtermékeket: a hidrogénizotópok egyesülése nem radioaktív héliumot eredményez. A pusztító eszközök kitalálásában fáradhatatlan elméknek új ötletei születtek a hidrogénbomba e "hiányosságának" kiküszöbölésére. A bombát körülvevő, hasadási bombának nem alkalmas urán-238-anyagból készült köpeny a fúzió során keletkező neutronok hatására nagy mennyiségű radioaktív hasadványt termel. (Az urán-238-ban nem megy végbe láncreakció, tehát robbanófejnek nem alkalmas, de a neutronok hasítják, és így a bomba radioaktivitását növeli.) Az ilyen bombát fissziós-fúziós-fissziós vagy háromlépcsős bombának is hívják. Hasonló eredményt ér el a kobaltköpeny: a neutronok hatására óriási aktivitású kobalt--60-izotóp keletkezik (kobaltbomba). A neutronbomba elve abból indul ki, ha egy bomba robbanóerejét csökkentjük, akkor a rombolási körzet

sugara rohamosabban csökken, mint a sugárhatásé. Ebből az összefüggésből már következik, hogy egy viszonylag kis hatóerejű nukleáris fegyvernél lesz egy olyan körzet, ahol a sugárhatás halálos, a romboló hatás azonban viszonylag kicsi, így az épületek csak kevéssé rongálódnak meg, a harcjárművek használható állapotban maradnak. Ha még azt is sikerül elérni, hogy a rendkívüli áthatolóképességű és veszélyes neutronsugárzás termelésére nagyobb hányad jusson a bomba energiájából, akkor a sugárhatás még jobban fokozódik. Ezért a szakirodalom a neutronbombát inkább "fokozott sugárhatású fegyver" néven emlegeti. A kis robbanóerejű fegyver könnyen megvalósítható transzurán robbanóanyaggal. Az uránium 20 kg körüli kritikus tömegével szemben a kalifornium kritikus tömege csak néhány gramm. Ez azt jelenti, hogy két, néhány milliméteres fémdarabka egyesítésével létrehozható a robbanás, aminek

hatóereje csak néhány tonna robbanóanyagnak felel meg. 82 IX. tananyagrész Kötelező irodalom 1 KAPICA L. P: Kísérlet, elmélet, gyakorlat Gondolat K. Budapest 1982. A plazma és a szabályozott termonukleáris reakciók 138-162. o Ajánlott irodalom 1 Lásd IX.1 Energia és fizika 121-136. o Ellenőrző kérdések 1/ Melyek a GGR-reaktorok legfőbb jellemzői? 2/ Mennyiben jelentenek fejlődést az AGR-reaktorok a GGR reaktorokkal szemben? 3/ Mi a HTGR-fejlesztés lényege? 4/ Mi a különbség PWR- és BWR-rekatorok között? 5/ Melyek a Paksi Hőerőmű reaktorainak legfőbb jellemzői? 6/ Mi a különbség az atombomba és a hidrogénbomba között? 7/ Miért nem robbanhat fel az atomreaktor még elvileg sem atombombaként? 8/ Melyek a fúziós erőmű megvalósításának a technika mai fejlettségi szintjén még megoldhatatlan problémái? 83 6. Vízenergiahasznosítás Vízenergián (2.343) a nagy esésű és/vagy vízhozamú folyók vizének mechanikai

energiáját értjük. (A vízenergiával kapcsolatos apály-dagály- és hullámenergia hasznosításáról még szó lesz.) Az ún. bruttópotenciált (WPP= Water Power Potential) egy adott  keresztmetszetre a sokévi átlagos térfogatáram( Q ) és az adott folyószakasz kezdőés végmagassága közötti vízszintkülönbség(H) alapján számítható a Bernoulli egyenlettel, szorozva az aktuális időtartammal(t).  WPP= 9,81 Q Ht 84 6.1 Vízerőművek A vízerőmű passzív részrendszere a duzzasztómű, melynek több más feladata is van (víztárolás-öntözés, vízszintszabályozás, hajózási útvonal biztosítása stb.) A duzzasztómű vázlatát az (19. ábra) mutatja 19. ábra Duzzasztómű Rendszerint betonból készül, a felső vízszintet és az átfolyó vízmennyiséget gyakran mozgatható idomokkal vagy zsilipekkel szabályozzák. A kétféle új gátépítési mód: a terméskővel töltött betonburkolatú és a hengerelt beton. A

vízerőmű aktív egysége a turbógenerátor (hidrogenerátor). A vízturbina a víz mechanikai energiájának felhasználásával forgatja a mechanikusan hozzákapcsolt generátort. A vízturbinák szerkezetének két fő része van: az álló- és a forgórész. Kialakításuk típusonként különbözik A vízturbinák két fő típusa az akciós és a reakciós rendszerű gép. Az akciós vízturbinában az energiaátalakulás lényegében az állórészben megy végbe, az állórészből kilépő sugár nyomása a forgórészben való áthaladás közben már nem változik. Ezzel 85 szemben a reakciós vízturbinában vízsugárnak még jelentős túlnyomása van az álló lapátozás és a járókerék között. A vízturbinák alaptípusai még a múlt század első felében alakultak ki. A jelenleg használatos típusú akciós turbinák: a Pelton- és a Bánkiturbina. A reakciós turbinák közül pedig a Francis-turbina különféle változatait és a Kaplan-turbinát

használják. A Pelton-turbina házába a víz sugárcsövön jut be, a vízmennyiség a sugárcső áteresztőképességével szabályozható (20. ábra) A Peltonturbinát nagy vízszintkülönbség esetén használják, ahol a magasan fekvő víztárolóból csővezetéken keresztül vezetik a vizet a mélyebben fekvő turbinaállomásra. 86 20. ábra Pelton-turbina A kis vízszintkülönbségek, de nagy víztömegek energiájának hasznosításakor célszerű a Kaplan-turbina (21. ábra) használata, mely lényegében egy fordított hajócsavarnak tekinthető, lapátjai a teljesítménynek megfelelően állíthatók. (A Kaplan-turbina axiális gép, mivel benne a munkaközeg áramlása tengelyirányú.) 21. ábra Kaplan-turbina 87 A Francis-turbinák (22. ábra) nagy vízszintés vízhozamintervallumon belül használhatók, a terhelésingadozásokat a lapátok állításával lehet követni. 22. ábra Francis-turbina A Bánki-turbinát (23. ábra) feltalálójáról

Bánki Donátról nevezték el. A turbina vezetőcsatornájának feladata, hogy a vízsugarat hegyesszögben a járókerék lapátjaira vezesse. A kétszeres átömlés azt jelenti, hogy a vízsugár először a járókerék belsejébe kerül és innen egy második átömléssel a szabadba. 88 23. ábra Bánki-turbina A legújabban gyártott vízturbinák hatásfoka igen jó (90-95 %). Ez többek között annak köszönhető, hogy a számítógépes tervezésel készült lapátok (szinte) teljesen egyformák és így egyenletes a kapásuk és a terhelésük is. A generátorok működési elve minden erőműben azonos. (A vízerőművek generátorai sokpólusúak, míg a hőerőműveké rendszerint 2 pólusú.) A vízerőművek feladata a villamos energia termelés mellett igen sokrétű, hiszen a hozzájuk kapcsolódó komplex rendszer közlekedési, mezőgazdasági, öntözési stb. feladatokat is megold A környezet ökológiai egyensúlyának megbontása a vízfolyást a

duzzasztással lelassítjuk, mert az áramlási veszteségek a sebesség négyzetével arányosak, a súrlódás csökkentését eredményezi a természetes medertől eltérő üzemvízcsatorna, s még folytathatnánk a sort káros hatásúak is lehetnek. Gondoljuk csak az Asszuánnal kapcsolatos problémákra. (A Bős-Nagymarosi vitában "igazságot tenni" pedig elve meghaladja e rövid jegyzet kompetenciáját.) 89 Egy vízerőmű megépítéséről hozott döntést, tehát igen alapos műszaki, ökológiai, gazdasági, szociológiai megfontolásoknak kell megelőznie. A világ legnagyobb vízerőművei Quebeck) 5-6 GW nagyságrendűek. 90 (Bratszk, Krasznojarszk, 6.2 Tározós vízerőmű A villamos energia nagyipari méretekben nem tárolható. A csúcsterhelések időszakában előnyös a gyorsan indítható tározós vízerőművi egységek használata. A tározós vízerőmű turbógenerátorai két irányban működnek. Éjszaka munkagépként a

hálózatból felvett villamos energia felhasználásával vizet szivattyúznak egy magaslaton elhelyezett víztározóba. Nappal a csúcsterhelés időszakában a tározóból lefolyó víz hajtja meg a hidrogenerátort és termel áramot. (Magyarországon a Dömsöd és Dobogó között tervezett tározós erőművet nem építették meg.) 91 6.3 Árapály-erőmű Az árapály változását a Hold vonzása okozza, s a tengervíz szintjének periodikus ingadozását hasznosítják az árapályerőművek. Megépítésük egyik feltétele, hogy az árapály amplitúdója megfelelően nagy legyen (8-20 méter), s legyen olyan öbölszakasz, melynek torkolatát viszonylag rövid gáttal el lehet zárni. Az árapály erőművek turbináinak értelemszerűen mindkét irányban kell működniük. (Érdekességként megemlítjük a hullámerőműveket is. Erőműről talán még túlzás ebben az esetben beszélni, a hullámzás energiáját bóják és világítótornyok

áramtermelésére használják.) 92 X. tananyagrész Kötelező irodalom 1 PATTANTYÚS Á. GÉZA: A gépek üzemtana Műszaki Könyvkiadó Budapest 1983. Bernoulli egyenlet 234-238. o Pelton-turbina, Bánki-turbina, Francis-turbina, Kaplan-turbina 315-325. o Ajánlott irodalom 1 lásd IV/ ajánlott irodalom /1. A vízerőművek üzemeltetésének sajátosságai 360-367. o Ellenőrző kérdések 1/ Mi a bruttó potenciál? 2/ Mi a hidrogenerátor feladata? 3/ Ismertesse a Pelton-turbinát! 4/ Ismertesse a Bánki-turbinát! 5/ Ismertesse a Francis-turbinát! 6/ Ismertesse a Kaplan-turbinát! 7/ Hogy működik a tározós vízerőmű? 8/ Miért építenek tározós vízerőművet? 9/ Miért kell az árapály erőmű turbináinak mindkét irányban működniük? 93 7. Napenergiahasznosítás A felhasználható energia szinte teljes egészében a Napból (fosszilis energia, biomassza szél, beeső sugárzás), vagy a Naprendszer keletkezését megelőző kozmikus evolúció

folyamataiból ered. Ha az emberiség csak egy kis részét hasznosítani tudná a földfelszínt érő napsugárzásnak, mely 178 ezer terrawattévvel egyenértékű, energiagondjainak máris megoldódnának. Ám a beeső sugárzás 30 %-a visszaverődik az űrbe, 50 %-a pedig elnyelődik, majd visszasugárzódik. A maradék 20 % tartja fenn a víz körforgását. A napsugárzásnak csak egy nagyon kicsi százaléka (0,06 %) fordítódik fotoszintézisre, mely végső soron minden élet, s így a fosszilis energia forrása is. Óriási kérdés, hogy hogyan egyeztessük össze a véges energiaforrások iránti növekvő igényünket a máris "ostrom alatt álló" földi ökoszisztéma megőrzésének követelményeivel. A napenergia felhasználása kétségtelen az útkeresés egyik lehetősége. 94 7.1 Napkollektor és naperőmű A napenergia végső soron kétféleképp hasznosítható energetikailag a napkollektorokkal és napelemekkel. A napkollektor (lat. collektio

= összeszedés, gyűjtés) a nap sugárzási energiáját gyűjti össze, tárolja, leggyakrabban víz felmelegítésével. A legegyszerűbb napkollektor sötét színű tartály vagy csővezeték, amely a ráeső sugárzási energiát elnyeli és a benne tartott (vagy áramló) folyadéknak átadja, annak hőmérsékletét emeli. Ez idáig igen egyszerű, ha csupán egy balatoni üdülő kertjében lévő házilag barkácsolt zuhanyozóra gondolunk. (Természetesen ennél összetettebb, jobb hatásfokú technikai megoldások is vannak). A naperőmű "kazánjában" nagyméretű optikai gyűjtőlencsék, tükrök gyújtópontjában elhelyezett hőcserélőkben melegítik fel, illetve gőzölögtetik el a munkaközeget, általában vizet. További részeit tekintve a naperőmű elvben úgy működik mint egy hőerőmű. Annak ellenére, hogy a naperőmű igen tiszta, szinte nem okoz környezetszennyezést, építése mégis rengeteg problémát vet fel. Naperőművet csak

olyan helyre érdemes építeni, ahol nagy a napos órák száma, elég erős a napsugárzás és még folytathatnánk a sort. Épült már néhány kisebb naperőmű, de a szakirodalom nagyobb jövőt jósol a napelemeknek. 95 7.2 Napelemek A napelem a fénysugárzás energiáját közvetlenül villamos energiává átalakító technikai rendszer. Működése a több mint száz éve ismert fotoelektromos hatáson alapul. A fotoelektromos elemek két alapvető rétegből épülnek fel. Az egyikben a fény elnyelésekor töltéshordozók keletkeznek, a másik réteg potenciálgát, amely ezeket a töltéshordozókat szétválasztja. Erre a célra jól használhatók a szalagformára növesztett szilícium egykristályok. (Az egykristály szabályos kristálygömb. Egy anyag kristályosodása folyamán nagyon lassú lehűlés következtében egy kristályosodási centrum jön létre. Az atomok a teljes kristálytömbben szabályos geometriai elrendezés szerint rendeződnek. A

félvezetők legnagyobb részét egykristályból készítik.) Ezekben a szilícium egykristályokban két különböző módon alkotott szennyezett réteget alakítanak ki. Az n-vezető általában foszforral, a p-vezető bórral szennyezett (az n-vezető elektronokat, a p-vezető pozitív töltéseket "lyukakat" tartalmaz fölöslegben.) A szalag vastagsága néhány tized mm, a záróréteg néhány m-re a felszín alatt található. A megvilágításkor a fényenergia hatására a felső rétegben töltéshordozók keletkeznek. Minden félvezető csak meghatározott energiaszinttől képes elnyelni a fényt. A létrejövő elektron-lyukpárok a hőmérséklettől függő mértékben szétválnak és a záróréteg két oldalán növekszik a potenciálkülönbség, ami a szilíciumlapka két szemközti felülete között elektromos feszültséget idéz elő. A napelemek az űrkutatásban játszottak fontos szerepet, műholdak, űrállomások biztonságos

energiaforrásai voltak. Ma már egyre több fogyasztási cikkben is megjelennek, mint pl. a számológépek és az órák. 96 Az újdonság az, hogy egyes szakértők véleménye szerint a technika kezdi már elérni azt a szintet, melyen talán már megawattos erőművek is építhetők. Ez a fejlődés annak köszönhető, hogy a napfény növekvő hatásfokkal alakítható át elektromos árammá. Az elmúlt tizenöt évben egy watt teljesítményű fényelektromos eredetű energia előállítási költsége 50 dollárról 5 dollárra csökkent. A napenergiával működő elektromos rendszereknek a bizalomkeltő tisztaságon és az energiaforrás kimeríthetetlenségén túl még számos előnyük van. Nem tartalmaznak mozgó alkatrészeket, s így elvben karbantartás nélkül működtethetők. A napelemek sorozatgyártása ugyanolyan könnyen megoldható mint a tranzisztoroké vagy a félvezető áramköröké, s ez a tény a szélesedő piaci lehetőségek miatt várhatóan

további árcsökkenést eredményez. A fejlődés mindenesetre bíztató. 97 XI. tananyagrész Kötelező irodalom 1 WEINBERG-WILLIENS: Energia a napból Tudomány 1990/11, 104-114. o Ajánlott irodalom 1 BÁNHIDI LÁSZLÓ: Ember, éület, energia Akadémiai Kiadó Budapest 1994. A napenergia-hasznosítás 317. oA passzív napenergiahasznosítással várhatóan elérhető energia-megtakarítás 318-319. o Napenergiát hasznosító hőtechnikai rendszerek 319-329. o 2 HAMAKAWA YOSHIMIRO: A fényelektromos energia hasznosítása Tudomány 1987/06, 60-70. o Ellenőrző kérdések 1/ Mi a különbség a napkollektor és a naperőmű között? 2/ Hogy működik a napelem? 3/ Mi a fotoelektromos hatás? 4/ Mi az egykristály? 5/ Melyek a naperőmű építés legfontosabb problémái? 98 8. Szélenergiahasznosítás Az 1980-as években világszerte szélerőművet állítottak üzembe. 1660 MW teljesítményű A szélerőmű olyan technikai rendszer, mely a szél

mechanikai energiáját villamos árammá alakítja. A szélturbinát a szél megforgatja, mely egy generátorhoz csatlakozva áramot termel. A nyolcvanas években a világ szélerőműveinek 80 %-át Kaliforniában építették, főként az Altmont-hágó környékén. Ez a kedvező adópolitikának volt köszönhető. 1981 óta a szélerőművekben termelt áram költsége közel egytizedére csökkent, s megközelíti a széntüzelésű erőművek előállítási költségét. A költségek csökkenése csak részben köszönhető a műszaki fejlődésnek. A rendkívül könnyű, kompozitanyagokból készülő turbinalapátokon és a mikroprocesszorral vezérelt turbinákon kívül az altmonti telepen az ötven évvel ezelőtti szélgenerátorokhoz képest nem alkalmaznak különösebb újítást. A költségek csökkenése elsősorban a jó szervezéssel és a folyamatok egységesítésével magyarázható. Ahogy kialakultak a sorozatgyártás műszaki feltételei, az építők is

megtanulták hová érdemes generátorokat építeni. Egy 500-1000 MW-os egységekből álló hő- vagy atomerőmű megépítése olyan bonyolult és hosszadalmas, hogy az építés során a műszaki tapasztalatok alig hasznosíthatók, szabványtervek készítése is nehéz. Ezzel szemben a szélerőművek 50-300 kW-os, viszonylag egyszerű, sorozatgyártásra alkalmas egységekből épülnek fel. Tervezésük és üzembe állításuk között olyan rövid idő telik el, hogy a gyakorlatban szükségesnek ítélt műszaki módosítások rövid idő alatt megvalósíthatók. A szélerőművek hatékonysága tovább javítható a korszerűbb szárnyprofilokkal, a működési paramétereket a mindenkori szél jellemzői szerint szabályozó elektronikai megoldásokkal, valamint 99 könnyebb, de teherbíróbb anyagokkal. Mindent egybevetve az új megoldások versenyképessé tehetik a szélenergiát. Szélerőműveket értelemszerűen olyan helyre kell telepíteni, ahol gyakori és

megfelelő erősségű szél. Ezért a legtöbb szélerőműtelepet a tengerpartokra telepítik. Schleswig-Holstein nyugati partjain már több éve működnek az 599 kW teljesítményű kísérleti berendezések. Az "Aeolus ll" elnevezésű német-svéd együttműködés keretében kifejlesztett szélerőművet 1994-ben helyezték üzembe, ez teljes terhelésnél már 3 MW áramot szolgáltat. A 90 m magasan elhelyezett szélrotor átmérője 80 m. A 26 millió márka költségen épült szélerőmű évente átlagosan 2000 háztartást lát el villamos energiával. 100 XII. tananyagrész Kötelező irodalom 1 lásd WEINBER-WILLIEMS: Energia a napból 90-104. o Ajánlott irodalom 1 ROSS-STEINMEYER: Ipari energia 36-44. o Ellenőrző kérdések 1. Definiálja a szélerőművet ! 2. Miben különbözik működési elvében a szél- és a hőerőmű ? 3. Mekkora a legnagyobb szélerőművek teljesítménye ? 4. Miért fejlődött technológiája? az elmúlt években

a szélerőműépítés 5. Mit tud az "Aeolus II" szélerőműről? 101 9. Közvetlen energia-átalakító rendszerek Egy termodinamikai rendszer és környezete között különböző kölcsönhatások (mechanikai, termikus, kémiai stb.) léphetnek fel Hatásukra a rendszer és környezete között energia-, tömeg-, impulzus stb. csere indul meg Ezeket a folyamatokat nevezik a termodinamikában transzportfolyamatoknak. A technikában használt energia-átalakító körfolyamatok (pl. Rankine-körfolyamat) igen sok transzportfolyamat összegeként jönnek létre. Minden energiatranszport újabb (külső és belső) irreverzibilitásokat jelent. Az egyes folyamatok létrehozásához nagyszámú alkatrészből álló komplikált berendezésekre van szükség, tehát sok a hibalehetőség. Ezt a problémát küszöbölnék ki az ún. közvetlen energia-átalakító rendszerek, melyek ma még nem vetélytársai a hagyományos rendszereknek. Ilyenek a MHD-generátorok, a

termoelektromos generátorok, a termoionikus generátorok, a tüzelőanyag-cellák. Ezek közül csak az MHD-generátorokkal foglalkozunk röviden. 102 9.1 Magnetohidrodinamikus generátor Működési elve: ha mágneses térben elektromosan vezető anyag áramlik, az áramló közegben elektromos erőtér indukálódik. Az áramlás iránya célszerűen merőleges a mágneses erővonalakra. Az indukált elektromos erőtér a sebesség és a mágneses erőtér által megszabott síkra merőleges. A munkaközeg folyékony fém, vagy gázplazma lehet. A jelenlegi berendezések fosszilis tüzelőanyagok elégetésével előállított plazmával dolgoznak. Mivel a hőmérséklet csökkenésével a gázok ionizáltsága csökken, a körfolyamat elvben azonos a gázturbinákéval csak nagy hőmérsékleti tartományban valósítható meg, amelyhez igen drága szerkezeti anyagok kellenek. Próbálkoznak a Rankineés az MHD-körfolyamat összekapcsolásával is. A legnagyobb MHD generátor

Japánban működik 15 MW teljesítménnyel. 103 XIII. tananyagrész Kötelező irodalom 1 lásd I/2 Közvetlen energia-átalakító rendszerek 378-380. o Ajánlott irodalom 1 lásd III/1 GED DAVIS: Energiával a Földért 10-18. o Ellenőrző kérdések 1/ Mit értünk energetikai transzportfolyamatokon? 2/ Melyek a közvetlen energiaátalakítás elvi előnyei? 3/ Milyen közvetlen energia-átalakító rendszereket ismer? 4/ Mi az MHD-generátor működési elve? 5/ Melyek az nehézségei? 104 MHD-generátor technikai megvalósításának 10. Energiaszállítás és- tárolás A téma részletezése messze meghaladná e rövid jegyzet kereteit, ezért a probléma összetettségének érzékeltetését a villamos hálózatok problémakörének rövid ismertetésére korlátozzuk. 10.1 Villamos hálózatok A hálózatok feladata a villamos energia szállítása és elosztása. A villamos energiát továbbító vezetők elhelyezésétől függően megkülönböztetünk

szabadvezeték- és kábelhálózatot. Szabadvezeték hálózat távvezetékei oszlopokra szigetelőkön elhelyezett csupasz vezetékek (sodronyok). erősített Kábelhálózat vezetői megfelelően szigetelt kábelek, rendszerint a föld alatt vagy zárt csatornában elhelyezve. Alállomás: a hálózat csomópontjában az áram útját jelöli ki, vagy a különböző feszültségű hálózatokat kapcsolják össze (kapcsolóállomások, transzformátorállomások). A hálózatok a feszültségszinttől függően lehetnek: a/ nagyfeszültségű (35 kV, 750 kV) b/ középfeszültségű (3-35 kV) c/ kisfeszültségű (220V, 380 V) hálózatok. A villamos energiát az erőművekből Magyarországon az országos alaphálózaton keresztül juttatják el a különböző elosztási pontokra. A 750, 400 és 220 kV-os alaphálózat üzemeltetője a Magyar Villamosművek Részvénytársaság. Ezután a 120 és 35 kV feszültségű főelosztóhálózaton keresztül jut a villamos áram a 20

és 10 kV középfeszültségű elosztóhálózat szabadvezetékeibe vagy kábeljaiba. A kisfeszültségű hálózat 3x380/220 V szabadvezeték, szigetelt vezeték vagy kábel. feszültségszintű 105 Mint már említettük a villamos energia nem tárolható, tehát a termelés-elosztás-felhasználás folyamatában biztosítani kell az egyensúlyt. A legbonyolultabb a teljesítmény-egyensúly folyamatos biztosítása, miközben Magyarországon több millió fogyasztó több tízmillió készüléket tetszése szerint működtet. A probléma bonyolultságát enyhíti, hogy a terhelések kialakulásában külső körülmények (időjárás, napszak stb.) bizonyos törvényszerűséget, ismétlődő periodicitást jelentenek. Az egyensúlyi állapot a rendszer periodusszámának (Hz) értékén keresztül érzékelhető. Ha a periódus 50 Hz, akkor egyensúlyi állapot van, ami a turbinákhoz kapcsolódó generátorok szinkron fordulaton való működését jelenti. Ha a periódus

értéke kisebb mint 50 Hz, akkor túlterhelt állapot van és az egyensúly érdekében a termelést fokozni kell (50 Hz fölött visszaszabályozás szükséges). Magyarországon a téli, esti csúcsterhelési időszak 16 és 21 óra között van, 21 és 6 óra között viszont kicsi. A cél nyilvánvaló, a csúcsterhelések alacsonyabb szinten tartása. Ez történhet például a nagy ipari fogyasztók "műszakainak" szabályozásával, lépcsőzetes munkakezdéssel, a nemzetközi hálózatokkal való együttműködéssel stb. A teljesítménygazdálkodás egy modern technikai lehetőségét említeném meg a hangfrekvenciás vezérlést. E rendszerrel biztosítható, hogy a szükséges energiát a csúcsidőszakon kívül, a kihasználatlan terhelésű periódusban vételezzék a fogyasztók, elkerülve a hálózat veszélyes túlterhelését. Olyan távvezérlési módszerről van szó, mely lehetővé teszi több tízezer vevőkészüléknek egy központból a villamos

energiahálózaton keresztül történő vezérlését. A villamos elosztó hálózat mint adatátviteli út szerepel a vezérlőjelek számára. A vezérlő frekvenciának olyan alacsony értéket választanak, amely a terjedés szempontjából a hálózati frekvenciához hasonlóan viselkedik. 106 A teljesítménygazdálkodásba bevonható fogyasztói készülékek pl. forróvíztárolók, hőtárolós villamos fűtések. Ezeket a készülékeket kizárólag éjszaka, vagy a csúcsidőszakban lehet a hálózatra kapcsolni. 10.11 Hálózati alakzatok A hálózat az egyes táppontokat, illetőleg a táppontokat és a fogyasztói pontokat különféle, villamosan összefüggő alakzatban fogja össze. Az alakzatok abban különböznek egymástól, hogy a villamos energia a tápponttól a fogyasztóhoz üzemszerűen hány úton juthat el. A hálózatok rendeltetése általában szigorúan megszabja az alkalmazható hálózati alakzatot. Sugaras hálózat: Egyik végéről

táplált, esetleg többszörösen elágazó, nyitott vezetékrendszer, amelynek minden fogyasztójához az áram csak egy úton juthat el. (24 ábra) Táppont 24. ábra Az energiaszolgáltatás tartós kimaradásának elkerülésére a sugaras vezetékek nyomvonalát úgy alakítjuk ki, hogy az azonos táppontból, vagy különböző táppontból induló két vezeték gerincvezetékei egy pontban találkozzanak. A találkozási pontba egy megszakítót építenek be, mely normál üzemállapotban mindig nyitott, azonban üzemzavar esetén lehetőség van az 107 összekapcsolásra (25. ábra) 108 I. Táppont II. Táppont 25. ábra A körvezeték a táppontból kiindulva az összes fogyasztó érintése után visszatér a táppontba, tehát bármelyik fogyasztó üzemszerűen mindig két úton kap táplálást. Hurkolt hálózat: a különböző táppontok és fogyasztói helyek között egyidejűleg több különböző összeköttetés üzemel. Így minden fogyasztó

több úton és több oldalról kaphat táplálást (26.ábra) Hurkolt hálózat 26. ábra 109 XIV. tananyagrész Kötelező irodalom 1 PÁLFI LÁSZLÓ: Villamosenergiagazdálkodás Műszaki Könyvkiadó Budapest 1981. Villamosenergia-ellátás hálózati feltételei 67-68. o Napi és évi terhelési görbék alakulása 78-82. o Módszerek a kommunális teljesítménygazdálkodásának előmozdítására 102-109. o Ajánlott irodalom 1 lásd XIV/1 (Kötelező irodalom) Meddőenergia-gazdálkodás 122-131. o Ellenőrző kérdések 1/ Mit értünk országos alaphálózaton és főelosztóhálózaton? 2/ Mi a különbség a kábel és a szabadvezeték között? 3/ Mekkora a feszültsége a kisfeszültségű hálózatnak? 4/ Mit értünk hangfrekvenciás vezérlésen? 5/ Mi az előnye a gyűrűs hálózatnak a sugaras hálózattal szemben? 6/ Mi a körvezeték előnye? 7/ Melyek a hurkolt hálózatok előnyei? 111 8/ Miért nehéz a villamos energia rendszerben a

teljesítményegyensúly folyamatos biztosítása? 112 11. Az energiagazdálkodás távlatai A 16. Energetikai Világkongresszusra (WEC) 1995 októberében az Alkalmazott Rendszerelemzés Nemzetközi Intézete (IIASA) tanulmányt készített a 2050-ig várható energetikai fejlődésről. Nem készítettek prognózist, csak konzisztens képeket vázoltak a különféle kiindulási feltételekhez tartozó lehetséges fejlődésekről, a bekövetkezés valószínűségi értékelése nélkül az energetikai döntések hosszabb távú határainak trendjeit próbálták érzékeltetni. A hosszú távú energetikai fejlődés három alapesetét vizsgálták: a/ gyors növekedési ütem (A változat) b/ közepes fejlődés (B változat) c/ ökológiai irányítottság (C változat) A C változatot valószínűsíti, hogy a világ egyre tudatosabban ráébred a legfontosabb, globális jellegű környezetvédelmi kihívásokra, s így feltételezhető, hogy ezek a problémák a gazdasági

fejlődés beleértve az energiaipart nagymértékben befolyásolni fogja (hatékonyságnövelés, energiatakarékosság, áttérés a kevesebb széndioxidot kibocsátó energiaforrásokra stb.) Alapvető feltételezés, hogy a gazdasági különbségek a "fejlett" és a "fejlődő" országok között a következő évszázad második felére már nem lesznek olyan nagyok. A B variációban a fejlődő országok sokat "ledolgoznak" hátrányukból, a másik két esetben a gazdasági növekedés üteme és az ökológiai együttműködés miatt még gyorsabb lesz a kiegyenlítődés. Az A változat valamennyi energiatermelési és felhasználási technológiánál fejlődést tételez fel, intenzívebbet mint a B változat. A C változat a fosszilis energiahordozók szerepének csökkenését, s javuló fajlagos energiafelhasználást tételez fel. 113 A fosszilis tüzelőanyagok és az urán készleteinek rendelkezésre állását illetően az anyag

optimista, óvatos és konzervatív feltételezés-variánsokat állít egymás mellé. A tanulmány alapvető megállapítása, hogy hosszú távon a kereslet a minőségileg értékesebb energiahordozók irányába mutat majd, de ezt a különböző energiapolitikai stratégiák befolyásolhatják, s ez az energiaszolgáltatás lehetőségeinek divergenciájához fog vezetni. A megújuló energiaforrások részaránya szinte minden esetben növekszik, még a konzervatív B változatban is eléri 2050-re a 22 %-ot. A villamos energia részaránya 2050-re valamennyi variáns feltételezése szerint nagyobb lesz mint ma. Az energiaágazat halmozott tőkeigényét 1990-2020 között 13-20 Bi USD-ra teszik. A legnagyobb energetikai piacot a fejlődő régiók jelentik és ezek részaránya a mai 25-30 %-ról 42-48 %-ra növekszik. Ami a környezetvédelmet illeti, a tanulmány mint legfontosabbakkal: a levegőszennyezés helyi hatásaival, a kén- és nitrogénemissziók regionális

hatásaival és az üvegházhatást okozó gázok kibocsátásával számol. * Anélkül, hogy fenti tanulmány alapján elmondottakat kommentálnánk, a legtöbb szakértő egyetért abban, hogy földgáz utáni kereslet a következőkben növekedni fog. Az utóbbi időben ugyanis a megkutatott földgázkészülékek jelentősen növekedtek, s a szénhez és az olajhoz viszonyítva a földgáz nemcsak kevesebb SO X és NO X gázt bocsát ki, hanem kevesebb üvegházhatást kiváltó CO 2 -t is. Problémát jelent természetesen a növekvő földgázkihasználáshoz szükséges gázvezeték-hálózat kiépítése, s a növekvő fogyasztás és kereslet nyilvánvalóan áremelkedéshez vezet. Igaz, hogy a földgáz eltüzelése mint említettük kisebb CO 2 kibocsátást eredményez mint a szén vagy a kőolaj, de ha nagy 114 mennyiségben használják, a széndioxid kibocsátás hosszú távon igen nagy lehet. Ha a földgázfelhasználás nagymértékben növekszik is,

elengedhetetlen lesz a többi energiahordozó, a kőolaj, a szén, az atomenergia és a megújuló energiaforrások használata is. A Közel-Keleti helyzet minden instabilitása ellenére a nyersolajárak a nyolcvanas évek közepétől - az öbölháború rövid időszakát leszámítva- viszonylag alacsony szinten maradtak. A szakértők általában az olajpiac hosszú távú stabilizálódását jósolják. A széntüzelésű erőművek termelik ma a villamos energia több mint 40 %-át világszerte. Sok fejlődő ország krónikus villamos energia hiányban szenved (gyors gazdasági fejlődése miatt). A szénfelhasználásról lemondani ma irreális lenne, fontos viszont, hogy a fejlett országok fokozzák a modern technológiák átadását a fejlődőknek. Az atomenergia esetében nagyon megoszlanak a vélemények. Ahol kevés a hazai energiaforrás (Franciaország, Japán, Koreai Köztársaság) a kormányok igen határozottan támogatják az atomenergia hasznosítását.

Ugyanakkor az Egyesült Királyság vagy az USA a földgáz- és széntüzelésű erőművek további fejlesztését tűzte ki célul az atomerőművekkel szemben. A megújuló energiaforrások szerepének növelését már csak környezetvédelmi szempontból is valamennyi fejlett ország támogatja. Összefoglalásul elmondhatjuk, hogy a világ jövőbeni energiaellátásában függetlenül a földgáz szerepének várható növekedésétől, feltétlenül szükség lesz a többi fosszilis energiahordozóra is, az atomenergiára, s a megújuló energiaforrásokra. Az egyes országok gazdasági fejlettsége, földrajzi és természeti adottságai, környezetvédelmi problémáinak súlyossága, politikai környezete, meghatározzák az energiapolitikáját, tehát az egyes 115 országok energiagazdasága nagymértékben eltér(het) egymástól a jövőben is. 116 XV. tananyagrész Kötelező irodalom 1 POÓS MIKLÓS: 2 lásd III/1 REDDY-GOLDENBERG: Energiatakarékosság

és finanszírozás a magyar energiapolitikában Energiagazdálkodás 1996/4, 139-142. o A fejlődő országok energiaellátása 52-62. o- Ajánlott irodalom 1 STROBL ALAJOS: Energiatávlatok 2050-ig Energiaellátás, energiatakarékosság világszerte Országos Műszaki Információs és Dokumentációs Központ és Könyvtár 1996/11 3-11. o 117 Ellenőrző kérdések 1/ Mennyire becsülik 2050-re a megújuló részarányát a világ energiatermelésében? energiaforrások 2/ Az energiatermelés környezetszennyezései közül melyeket tartják általában a legveszélyesebbnek? 3/ Melyek a jövőben várhatóan megnövekedő földgázfelhasználás előnyei és hátrányai? 4/ A villamos energia hány százalékát termelik napjainkban széntüzelésű hőerőművekben? 5/ Melyek azok a fejlett országok, melyek energiapolitikájában központi szerepet játszik az atomerőművek építése, fejlesztése? 6/ A fejlett országok közül melyek tervezik az atomerőművekkel

szemben inkább a földgáz- és széntüzelésű erőművek további fejlesztését? 7/ Milyen tényezők befolyásolják egy ország energiapolitikáját? 8/ Várható-e a közeljövőben nagyteljesítményű fúziós erőművek építése? 118 Irodalomjegyzék 1 2 3 4 5 6 7 PATTANTYÚS Á. GÉZA: Gépek üzemtana Műszaki Könyvkiadó Budapest 1983. DENIS HAYES: Áttérés egy kőolaj utáni korszakra Közgazdasági és Jogi Könyvkiadó Budapest 1982. HARMATHA ANDRÁS: Termodinamika műszakiaknak Műszaki Könyvkiadó 1982. JOACHIM RUDOLF: A kémia napjainkban Műszaki Könyvkiadó Budapest 1981. IMRE LÁSZLÓ: Hőátvitel összetett szerkezetekben Akadémiai Kiadó Budapest 1983. SZŰCS ERVIN: Dialógusok a műszaki tudományokról Műszaki Könyvkiadó Budapest 1976. BOUSTEAD- HANCOCK: Ipari energiaanalízis Műszaki Könyvkiadó Budapest 1983. 119 8 LAPICZKIJ V.J: 9 KAPICA P. L: 10 NÁDAS- KORÉNYI: 11 REMÉNYI KÁROLY: 12 PÁLFI LÁSZLÓ: 13 OLESSÁK-

SZABÓ: 14 KISSNÉ-QUALLICH ESZTER: 120 Az energetika szervezése és tervezése Műszaki Könyvkiadó Budapest 1981. Kísérlet, elmélet, gyakorlat Gondolat Kiadó Budapest 1982. Kazánfűtés Műszaki Könyvkiadó Budapest 1984. Korszerű kazánberendezések Műszaki Könyvkiadó Budapest 1977. Villamosenergia-gazdálkodás Műszaki Könyvkiadó Budapest 1981. Energia hulladékból Műszaki Könyvkiadó Budapest 1984. A biogáz Mezőgazdasági Könyvkiadó Budapest 1983. 15 MAKRA ZSIGMOND: 16 FLOROV- IJLINOV: 17 DÉRI JÓZSEF: 18 SZŰCS ERVIN: 19 SZŰCS- SCHILLER: 20 21 VAJDA GYÖRGY: Sugárözönben élünk Gondolat Zsebkönyvek Gondolat Kiadó Budapest 1983. Úton a szupernehéz elemek felé Gondolat Zsebkönyvek Gondolat Kiadó Budapest 1981 Géprendszertan Tudománykiadó Budapest 1986. Technika és energia Egyetemi jegyzet (ELTE) Tankönyvkiadó Budapest 1984. Technika és energia II. Egyetemi jegyzet (ELTE) Tankönyvkiadó Budapest 1987. Energia BI.

Taschenlexikon VEB Bibliografisches Institut Leipzig 1989. Energetika I. Akadémiai Kiadó Budapest 121 22 VAJDA GYÖRGY: 23 KAPOLYI LÁSZLÓ: 24 BÜKI-ŐSZ-ZSEBIK: 25 BÜKI GERGELY: 26 LÉVAI ANDRÁS: 27 BÜKI GERGELY: 122 1981. Energetika II. Akadémiai Kiadó Budapest 1984. Nyersanyag és energiagazdálkodásunk Közgazdasági és Jogi Kiadó Budapest 1984. Energetikai számítások Egyetemi jegyzet (BME) Tankönyvkiadó Budapest 1992. Erőművi berendezések Egyetemi jegyzet (BME) Tankönyvkiadó Budapest 1987. Hőerőművek II. Egyetemi jegyzet (BME) Tankönyvkiadó Budapest 1987. Energiatermelés, atomtechnika Egyetemi jegyzet (BME) Tankönyvkiadó Budapest 1992. 28 29 BÁNHIDI ANDRÁS: /Ember, épület, energia Akadémiai Kiadó Budapest 1994. Tematikus szám az energiáról Tudomány 1990 november 123 Kiegészítő ábrák Ábrajegyzék 1. A villamos energiatermelésre és hőszolgáltatásra felhasznált összes tüzelőanyag az elmúlt három

évtizedben 2. Megújuló erőforrások 3. Hőerőmű távlati képe 4. Gőzturbina forgórésze 5. Nukleáris fűtőanyagcella 6. A Paksi Atomerőmű gépháza 7. A Paksi Atomerőmű 2 blokkjának vezérlőterme 8. Napelem tetőcserép (Japán) 9. Napenergia-ház (Japán) 10.Fényelektromos hatás 11.Napelem 12.A jövő században várható energiahelyzet "derűlátó" értékelése 124