PHYS-C6360 Johdatus ydinenergiatekniikkaan (5op), kevät 2017

Samankaltaiset tiedostot
PHYS-C6360 Johdatus ydinenergiatekniikkaan (5op), kevät 2016

PHYS-C6360 Johdatus ydinenergiatekniikkaan (5op), kevät 2019

PHYS-C6360 Johdatus ydinenergiatekniikkaan (5op), kevät 2018

PHYS-C6360 Johdatus ydinenergiatekniikkaan (5op), kevät 2017

PHYS-C6360 Johdatus ydinenergiatekniikkaan (5op), kevät 2016

PHYS-C6360 Johdatus ydinenergiatekniikkaan (5op), kevät 2019

PHYS-C6360 Johdatus ydinenergiatekniikkaan (5op), kevät 2017

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

PHYS-C6360 Johdatus ydinenergiatekniikkaan (5op), kevät 2018

Energia- ja ilmastopolitiikan infografiikkaa. Elinkeinoelämän keskusliitto

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

SAFIR2014 Strategiaseminaari

Ajankohtaiset asiat TEM:stä. Jorma Aurela ATS:n vuosikokous

Nuclear power in 2015 Global and European perspectives 5/4/2015 1

Teollisuus- ja palvelutuotannon kasvu edellyttää kohtuuhintaista energiaa ja erityisesti sähköä

Rakennusten energiahuollon näkymiä

Toimintaympäristö: Fortum

EU FP7 EURATOM vuoden 2011 työohjelman valmistelu, mitä tiedetää. ään n? Reaktoriturvallisuus

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

Sähköntuotannon näkymiä. Jukka Leskelä Energiateollisuus ry Pyhäjoki

Energiavuosi Energiateollisuus ry Merja Tanner-Faarinen päivitetty:

Pienet modulaariset ydinreaktorit

Low-Carbon Finland Platform Energiajärjestelmäskenaariot. Antti Lehtilä Tiina Koljonen

SAFIR2010 loppuseminaari lehdistötilaisuus

Hanhikivi 1 -hanke. KIP Ympäristöpäivä Minttu Hietamäki, ydintekniikka-asiantuntija

Energiasektorin globaali kehitys. Parlamentaarinen energia- ja ilmastokomitea

Fennovoiman vastuullisuusohjelma

TVO:n kuulumiset ja OL4

Tuulivoiman rooli energiaskenaarioissa. Leena Sivill Energialiiketoiminnan konsultointi ÅF-Consult Oy

Vart är Finlands energipolitik på väg? Mihin on Suomen energiapolitiikka menossa? Stefan Storholm

Ydinvoimasäännöstöistä ja sopimuksista

Kestävä ja älykäs energiajärjestelmä

PHYS-C6360 Johdatus ydinenergiatekniikkaan (5op), kevät 2019

Suomen ydinenergian osaamisen nykytilanne ja tulevaisuus. SAFIR2010 -seminaari Espoo Jorma Aurela Energiaosasto

Parisiin sopimus vs. Suomen energia- ja ilmastostrategia 2030

fissio (fuusio) Q turbiinin mekaaninen energia generaattori sähkö

Kestävää energiaa maailmalle Voiko sähköä käyttää järkevämmin?

Sähköjärjestelmän käyttövarmuus & teknologia Käyttövarmuuspäivä

Ydinvoima kaukolämmön tuotannossa

Valtakunnallinen energiatase ja energiantuotannon rakenne Suomessa

Ydinjätteet ja niiden valvonta

Energia ja luonnonvarat: tulevaisuuden gigatrendit. Johtaja Tellervo Kylä-Harakka-Ruonala, EK

Energiayhtiön näkökulma aurinkoenergialiiketoimintaan

Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu VERSIO 3 Teknillisen fysiikan ja matematiikan koulutusohjelma tbh

Tasapainoisempi tuotantorakenne Venäjällä. Tapio Kuula Toimitusjohtaja Fortum

Sähköntuotannon tulevaisuus. Seppo Valkealahti Sähköenergiatekniikan professori Tampereen teknillinen yliopisto

Lisää uusiutuvaa - mutta miten ja millä hinnalla? VTT, Älykäs teollisuus ja energiajärjestelmät Satu Helynen, Liiketoiminnan operatiivinen johtaja

Suomi muuttuu Energia uusiutuu

Fennovoima Oy:n hakemus vuoden 2010 periaatepäätöksen täydentämiseksi Julkinen kuulemistilaisuus Pyhäjoen monitoimitalo

Lämpöpumput energiatilastoissa nyt ja tulevaisuudessa. Virve Rouhiainen Maalämpöpäivä , Heureka, Vantaa

ti Tfy Termodynamiikka tentinvalvonta PHYS K215 Tfy Fysiologia Tfy Signal Processing in Biomedical Engineering

Uuraisten energiatase Keski-Suomen Energiatoimisto/ Benet Oy

PHYS-C6360 Johdatus ydinenergiatekniikkaan (5op), kevät 2016

Keski-Suomen energiatase 2016

Aalto-yliopisto, Teknillisen fysiikan laitos PHYS-E0460 Reaktorifysiikan perusteet Harjoitus 1, mallivastaukset Syksy 2016

Sähkön tuotantorakenteen muutokset ja sähkömarkkinoiden tulevaisuus

Taskutieto Taskutieto 2010 TVO 1

Geoenergian tulevaisuuden visio. Jari Suominen

Jämsän energiatase Keski-Suomen Energiatoimisto/ Benet Oy

EKOENERGO OY SÄHKÖN JA LÄMMÖN TUOTANNON VAIHTOEHTOJEN VERTAILU HELSINGIN SEUDULLA Asko Vuorinen Ekoenergo Oy

KATSAUS YDINVOIMALAITOSTEN RAKENTAMISEEN MAAILMALLA

Sähkömarkkinoiden kehittäminen sähköä oikeaan hintaan Kuopio

Äänekosken energiatase Keski-Suomen Energiatoimisto/ Benet Oy

Luku 2 Sähköhuolto. Asko J. Vuorinen Ekoenergo Oy. Pohjana: Energiankäyttäjän käsikirja 2013

Finnish Solar Revolution

Sähköntuotanto ja ilmastonmuutoksen hillintä haasteet tuotannolle, jakelulle ja varastoinnille

Fortum Otso -bioöljy. Bioöljyn tuotanto ja käyttö sekä hyödyt käyttäjälle

Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu Versio 2 Teknillisen fysiikan ja matematiikan koulutusohjelma tbh

Ajankohtaista Fortumissa. ATS syysseminaari Jukka Päivärinta, henkilöstö- ja liiketoimintajohtaja, Loviisan voimalaitos

EU ja Ydinvoima: Mikä on Brysselin rooli? Sami Tulonen Director Institutional Affairs

Energiantuotanto, -kulutus ja kasvihuonekaasupäästöt

TUOMAS Tu m u Va n h a n e n

Kohti puhdasta kotimaista energiaa

Energia ja kasvihuonekaasupäästöt Suomessa. Parlamentaarinen energia- ja ilmastokomitea

Biomassan käyttö energian tuotannossa globaalit ja alueelliset skenaariot vuoteen 2050

1/800. Instructions Bauanleitung Instructions de montage Rakennusohjeet

Ydinvoima tulevaisuutta vai menneisyyttä?

Hiilineutraalin Turun toimenpiteet ja haaste Lounais-Suomen yhteinen ilmastohaaste, Rauma Turun kaupunginhallituksen puheenjohtaja Olli A

Kurssin koodi ja nimi Ryhmä Päivä Aika Sali

Fortumin sivutuotteet

Jätteiden energiahyötykäyttö ja maakaasu Vantaan Energian jätevoimala

Sähköautot osana älykästä energiajärjestelmää

Päästökuvioita. Ekokumppanit Oy. Tampereen energiatase ja kasvihuonekaasupäästöt 2010

Ruuan ja vesivarojen riittävyyden globaalit haasteet The world is thirsty because we are hungry?

Ydinenergia-alan tutkimusstrategia (YES)

Aurinkosähköä Suomeen. Jero Ahola LUT Energia

Viimeisimmät kuulumiset Pyhäjoen hankkeesta. Kalajokilaakson suurhankeseminaari - energiaseminaari Toni Hemminki, toimitusjohtaja 15.

Aurinkoenergia kehitysmaissa

METSÄT JA ENERGIA Kannattaako keskittyä hajautettuun? Pekka Peura

Energiaa kuin pienestä kylästä Keravan Energia Oy. Johanna Haverinen

kahdella rivillä Outi Pelkonen

Aurinkosähkö Suomessa TkT Mikko Juntunen, teknologiajohtaja Helsinki Mitä on aurinkosähkö

KIINTEISTÖALAN ROOLI ILMASTONMUUTOKSESSA

Toimitusjohtajan katsaus

Transkriptio:

PHYS-C6360 Johdatus ydinenergiatekniikkaan (5op), kevät 2017 Prof. Filip Tuomisto Johdantoluoento, maanantai 2.1.2017

Ydinenergiatekniikka lämmön- ja siten sähköntuotanto ydinreaktioiden avulla keitetään vettä ja höyry pyörittää turpiineja poikkeaa perinteisestä höyryturpiinilaitoksesta polttoaineen suuren tehotiheyden vuoksi lämpö syntyy ydinreaktioista, ei kemiallisesta palamisesta aiheuttaa ylimääräistä päänvaivaa polttoaineen palamisen hallinta edellyttää melko vaikean fysiikan ymmärtämistä (ei tällä kurssilla) ydinvoimalaitos on varsin monimutkainen järjestelmäkokonaisuus johtuu osittain turvallisuuden varmistamisesta

Kurssin tavoitteet Johdantokurssi ydinenergiatekniikkaan: kurssin jälkeen opiskelijalla on perustiedot ydinenergiaalan peruskäsitteistä sekä nähtävissä olevista ydinenergiatekniikan tulevaisuuden haasteista näillä pohjatiedoilla on hyvä lähteä opiskelemaan muita ydinenergia-alaan liittyviä aiheita, kuten reaktorifysiikkaa, materiaalitekniikkaa, energiatekniikkaa tai vaikkapa organisaatiopsykologiaa

Tavoitteet, osa II Valmiudet itseopiskeluun: opiskelija pystyy omaksumaan ydinenergiaan liittyvää tietoa tutkimusjulkaisuista syvennettyään tietämystään k.o. alalla. Muut valmiudet: opiskelija pystyy osallistumaan jokseenkin asiantuntevasti ydinenergia-alaan liittyvään yhteiskunnalliseen keskusteluun.

Tavoitteet, osa III esitietoja kurssille: lukion fysiikka tekniikan alan kandiohjelman fysiikan ja matematiikan perusopinnot (suositus) jatko kursseja: Teknillisen fysiikan pääainekurssit: Reaktorifysiikan perusteet Ydintekniikan jatkokurssi Reaktorifysiikan laboratoriokurssi (ulkomaanjakso) Aalto Nuclear Safety minor Maisteritason sivuainekokonaisuus, lisätietoja kevään mittaan

Sisältö III-periodi: käytössä oleva tekniikka johdanto: tehontuotanto Suomessa ja maailmalla fissiofysiikan ja -tekniikan perusteita polttoainekierto, ydinjätehuolto (säteily-)turvallisuus, erityiskysymykset, viranomaistoiminta IV-periodi: tulevaisuuden tekniikat ja haasteet ns. neljännen sukupolven laitokset (Generation IV) fuusiofysiikan ja tekniikan perusteita tekniikan haasteet: materiaalikysymykset

Sisältötoiveita aiemmilta vuosilta (huomioidaan soveltuvin osin) Ydinvoimalat sähkömarkkinoilla: joustavuus tehontuotannossa? Miten uudet voimalat vaikuttavat Suomen energiarakenteeseen? Maantieteellinen katsaus laitoksiin: mitä missäkin ja miksi Voimalainvestoinnit, kulurakenne, miksi niin vaikeaa (OL3)? Hanke-esittelyt: OL3, HK1, Posiva Miten Fukushiman omistajat pystyivät jatkamaan toimintaansa? Vaarallisimmat käytössä olevat voimalat? RBMK? Wikipedia? Ydinvoiman poliittinen aspekti Hyötöreaktorit: vain taloudellisesti kannattamattomia? Thorium? Tutkimus- ja sotilasreaktorityypit ja tapahtumat Ydinpommien rakenne, toimintatapa ja kehitys EI TULE

Käytännön asioita, osa I Tiedotus ja tehtävät: mycourses.aalto.fi Lähiopetus: maanantaisin klo 10.15 11.45 (ei taukoa), U3 / OK1 torstaisin klo 10.15 11.45 (ei taukoa), U3 / OK1 tarkasta aikataulusta tiedotetaan etukäteen (esim. ma 9.1. ja to 12.1. ei opetusta), seuraavat opetuskerrat to 5.1.2017 ja ma 16.1.2017 Pääasiallinen oppimateriaali: Jorma Sandbergin toimittama Säteilyturvakeskuksen (STUK) julkaisema Ydinturvallisuus -kirja (Karisto Oy, 2004). Gen IV technology and R&D roadmaps 2002, 2009, 2014. Kikuchi, Lackner, Tran: Fusion Physics (IAEA, 2012).

Käytännön asioita, osa II Kurssin suoritus: lähiopetus läsnäolo pakollinen: poissaoloista lisätehtäviä (yksi poissaolo annetaan anteeksi ) harjoitukset koostuvat kotitehtävistä, jotka palautetaan ennen luennon alkua kokonaismaksimi yhteensä n. 100 p, n. 2/3 tulee materiaaliin perehtymisen perusteella kirjoitetuista vastauksista (HUOM: vastauksissa on tarkoitus osoittaa, että on lukenut annetun tekstin). Loput tehtävät perustuvat luennoilla pohdiskeltuihin asioihin. arvosana määräytyy tehtävien pisteytyksen mukaan läpipääsyraja: 50 % maksimipisteistä (arvosanarajat 5: 90%, 4: 80%,. 3: 70%, 2: 60%, 1: 50%)

Kotitehtävä ensi torstaiksi Lue kappale 2.1 (Reaktorin ydinfysikaaliset perusteet, sivut 26-41) Jorma Sandbergin toimittamasta Säteilyturvakeskuksen (STUK) julkaisemasta Ydinturvallisuus -kirjasta (Karisto Oy, 2004). Kappale 1 on iltalukemista. Vastaa (mycourses) seuraaviin kysymyksiin (muista, että tehtävä on osoittaa lukeneensa nuo sivut!): mikä erottaa ydinreaktorin ydinpommista? Miten reaktorin kriittisyyttä hallitaan, miksi se on käytännössä mahdollista? mikä on reaktiivisuus, miten se kuvaa reaktorin toimintaa? mikä on reaktorimyrkky? mitä on jälkilämpö?

Energia laajassa mittakaavassa (1) 16 milj. Maapallon väkiluku nyt: ~7 miljardia YK2010 ennusteet 2100 10 milj. 6 milj.

Energia laajassa mittakaavassa (2) Globaali vuosittainen tehontuotanto nyt: ~20 000 TWh tästä ydinenergialla ~3 000 TWh (~15 %) vesivoima myös ~15% muut: nk. uusiutuvat 2 %, fossiiliset (öljy, hiili, kaasu) 70 % Globaalit haasteet: väestö kasvaa ja siinä samalla energian ja sen tuoman hyvinvoinnin tarve: elintaso, terveys, elinajan odote, sivistys, mahdollisuudet, jne nykykombo: CO 2 päästöt tukehduttaa meidät ei-niin-kovinpitkällä aikavälillä kaksi lopputuotetta : primäärienergia ja sähkö

Energia laajassa mittakaavassa (3) Mitä väestönkasvu ja elintaso tarkoittavat? Globaali energiankulutus: 142 500 TWh (vuonna 2008) Alue Kulutus Väestö Per lärvi USA 26 600 TWh 300 000 000 89 000 kwh EU-27 20 400 TWh 500 000 000 41 000 kwh Middle East 6 900 TWh 200 000 000 34 500 kwh China 24 800 TWh 1 300 000 000 19 000 kwh India 7 200 TWh 1 100 000 000 6 500 kwh Africa 7 700 TWh 1 000 000 000 7 700 kwh Latin America 6 700 TWh 460 000 000 14 600 kwh Others 42 200 TWh 1 800 000 000 23 400 kwh

Globaali energiankulutus sektoreittain Sektori USA Europe China India Africa Kotitaloudet 20 % 25 % 10 % 45 % 50 % Palvelut 20 % 15 % 15 % 10 % 5 % Teollisuus 30 % 25 % 65 % 35 % 30 % Kuljetus 30 % 35 % 10 % 10 % 15 % Kotitaloudet USA: 20 000 kwh/capita Europe: 10 000 kwh/capita CIA: 3 000 kwh/capita Teollisuus China: 16 000 TWh USA: 8 000 TWh Europe: 5 000 TWh India + Africa: 5 000 TWh

Pysähdytään miettimään Miltä tilanne voisi näyttää vuonna 2050? Ollaanko optimisteja, pessimistejä vai realisteja? Oletetaan väestönkasvuksi jotain Kuinka paljon kukakin tuolloin kuluttaa? Mikä on kehittyneiden ja kehittyvien alueiden kehitys? Mitä saadaan lopputulokseksi? Mitä tästä pitäisi ajatella?

Globaali energiankulutus sektoreittain Sektori USA Europe China India Africa Kotitaloudet 20 % 25 % 10 % 45 % 50 % Palvelut 20 % 15 % 15 % 10 % 5 % Teollisuus 30 % 25 % 65 % 35 % 30 % Kuljetus 30 % 35 % 10 % 10 % 15 % Kotitaloudet USA: 20 000 kwh/capita Europe: 10 000 kwh/capita CIA: 3 000 kwh/capita Teollisuus China: 16 000 TWh USA: 8 000 TWh Europe: 5 000 TWh India + Africa: 5 000 TWh

Energia Suomessa (1) Sähköntuotanto energialähteittäin 2015 Sähkön kokonaiskulutus 82,5 TWh! (häviöt n. 3 TWh) (kotimainen tuotanto 66,2 TWh)

Energia Suomessa (2) Tilanne tänään aamulla klo 9:45: tuonti ~3.4 GW

Ydinenergia Suomessa Fortumin laitokset: Loviisa 1 & 2 painevesireaktoreita (Atomenergoeksport, VVER-440) nettosähköteho n. 490 MW / reaktori (alun perin 440 MW) rakentaminen aloitettu 71 ja 72, kaupallinen tuotanto 77 ja 81 Teollisuuden voima Oy:n laitokset: Olkiluoto 1 & 2 Kiehutusvesireaktoreita (Asea-atom, BWR) nettosähköteho n. 870 MW / reaktori rakentaminen aloitettu 74 ja 75, kaupallinen tuotanto 79 ja 82

Ydinenergia Suomessa: 2000-luvun suuret projektit Posiva: ydinjätehuolto Rakentamislupa OK, rakennustyöt aloitettu (kapselointi- ja loppusijoituslaitos) TVO: Olkiluoto 3 AREVA, EPR (European pressurized water reactor) nettosähköteho 1600 MW rakentaminen aloitettu 2005 (periaatepäätös 2002), verkossa ehkä 2018? Fennovoima: Hanhikivi 1 Periaatepäätös 2010, rakennusluvanhakufarssi jonkinlaiseen päätökseen v. 2015, varsinainen lupa v. 2018, verkossa 2024?

Ydinenergian erityispiirteitä Pääomaintensiivinen kulurakenne Polttoaine verrattain halpaa, sen sijaan rakentaminen, käytöstäpoisto ja jätehuolto eivät Puhtaasti markkinaehtoista toimintaa Turvallisuuskriittistä tehontuotantoa vahvasti viranomaissäädelty (Suomessa TEM ja STUK) moninkertaiset turvallisuusjärjestelmät inhimillinen tekijä! Tiedon jakaminen tärkeämpää kuin liikesalaisuudet Julkinen mielipide tuntemattoman (ja näkymöttämän) pelko ydinvoimavastaiset liikkeet historiallinen yhteys joukkotuhoaseisiin

Ydinenergian vaatimukset nyt ja tulevaisuudessa? Kestävää Kilpailukykyistä Turvalliset ja luotettavat järjestelmät Ydinasemateriaalien leviämisen tehokas estäminen

Yhteenveto Ydinenergia: päästötöntä, laajan mittakaavan sähköntuotantoa, osa kokonaisratkaisua tärkeää: yhteiskunnan kokonaisetu! Tulevaisuuden haasteet: entistä turvallisempaa, vähemmän jätettä, lämmön (ja vedyn) sekä sähkön yhteistuotanto grand challenge : politiikka ultimate grand challenge : fuusioteknologia

Kotitehtävä ensi torstaiksi Lue kappale 2.1 (Reaktorin ydinfysikaaliset perusteet, sivut 26-41) Jorma Sandbergin toimittamasta Säteilyturvakeskuksen (STUK) julkaisemasta Ydinturvallisuus -kirjasta (Karisto Oy, 2004). Kappale 1 on iltalukemista. Vastaa (mycourses) seuraaviin kysymyksiin (muista, että tehtävä on osoittaa lukeneensa nuo sivut!): mikä erottaa ydinreaktorin ydinpommista? Miten reaktorin kriittisyyttä hallitaan, miksi se on käytännössä mahdollista? mikä on reaktiivisuus, miten se kuvaa reaktorin toimintaa? mikä on reaktorimyrkky? mitä on jälkilämpö?

Kestävä* ydinenergia: luonnonvarat ja jätehuolto extend the nuclear fuel supply into future centuries by recycling used fuel to recover its energy content, and by converting 238 U to new fuel a positive impact on the environment through the replacement of polluting energy and transportation sources by nuclear electricity generation and nuclear-produced hydrogen allow geologic waste repositories to accept the waste of many more plant-years of nuclear plant operation through substantial reduction in the amount of waste and their decay heat greatly simplify the scientific analysis and demonstration of safe repository performance for very long time periods (beyond 1000 years), by a large reduction in the lifetime and toxicity of the residual radioactive waste sent to repositories for final geologic disposal * vastaa nykyisten sukupolvien tarpeisiin samalla kun parantaa tulevien sukupolvien mahdollisuuksia vastata yhteiskunnan tarpeisiin mittaamattoman pitkälle tulevaisuuteen

Kilpailukykyinen ydinenergia achieve economic life-cycle and energy production costs through innovative advances in plant and fuel cycle efficiency, design simplifications, and plant sizes reduce economic risk to nuclear projects through the development of plants built using innovative fabrication and construction techniques, and possibly modular designs allow the distributed production of hydrogen, fresh water, district heating, and other energy products to be produced where they are needed

Turvalliset ja luotettavat järjestelmät maintaining and enhancing the safe and reliable operation is an essential priority in the development of future nuclear power systems and in the regular upgrades of present systems safety and reliability goals: safe and reliable operation, improved accident management and minimization of consequences, investment protection, and reduced need for offsite emergency response increase the use of inherent safety features, robust designs, and transparent safety features that can be understood by nonexperts enhance public confidence in the safety of nuclear energy

Ydinasemateriaalien leviämisen esto means for controlling and securing nuclear material and nuclear facilities provide continued effective proliferation resistance of nuclear energy systems through improved design features and other measures increase physical protection against terrorism by increasing the robustness of new facilities