Перспективы развития атомной энергетики. Мировой опыт и перспективы развития ядерной энергетики
Атомная энергетика – получение электрической энергии с использованием ядерных реакторов, на которых улавливается тепловая энергия радиоактивного распада ядерного «топлива» – обогащенного урана и некоторых других радиоактивных материалов.
География атомной энергетики. Первое «ядерное электричество» было получено в США в 1952 г., с этого времени производство электроэнергии на атомных электростанциях (АЭС) неуклонно увеличивается, хотя после тяжелых аварий на АЭС в мире наблюдается осторожное отношение к этому варианту энергетики. В настоящее время в 88 странах мира работает 437 ядерных энергоблоков и строится еще около 50. Характеристика атомной энергетики стран, в которых этот вариант получения энергии наиболее развит, приведена в табл. 21.
Таблица 21
Характеристика атомной энергетики некоторых стран
| Страна | Площадь, тыс. км 2 | Население | АЭС | Доля в производстве электроэнергии | ||||
| млн. чел. | чел. на 1 км 2 | Число блоков | Мощность, МВт (нетто) | Удельная мощность, МВт | ||||
| на 1 чел. | на 1 км 2 | |||||||
| Канада | 9976,1 | 27,3 | 577,1 | 1,6 | 17,3 | |||
| США | 9372,6 | 252,7 | 390,9 | 10,5 | 22,5 | |||
| Корея | 99,0 | 43,3 | 166,7 | 72,9 | 36,1 | |||
| Япония | 377,8 | 123,9 | 306,9 | 100,7 | 33,4 | |||
| РФ | 17110,0 | 148,7 | 133,4 | 1,2 | 11,8 | |||
| Украина | 603,7 | 51,9 | 244,6 | 21,0 | 37,8 | |||
| Бельгия | 30,5 | 10,0 | 522,7 | 181,2 | 55,5 | |||
| Болгария | 110,9 | 9,0 | 393,1 | 31,9 | 46,4 | |||
| Великобритания | 244,1 | 57,6 | 206,8 | 48,8 | 25,0 | |||
| Германия | 357,0 | 80,1 | 282,9 | 63,5 | 29,1 | |||
| Испания | 504,8 | 39,3 | 180,8 | 14,1 | 34,1 | |||
| Финляндия | 338,1 | 5,0 | 462,0 | 6,8 | 29,9 | |||
| Франция | 551,5 | 57,0 | 1035,7 | 107,1 | ||||
| Швеция | 450,0 | 8,6 | 1163,0 | 22,2 | 46,6 | |||
| Швейцария | 41,3 | 6,8 | 439,0 | 72,3 | 39,9 |
Плюсы и минусы атомной энергетики. Главные аргументы в пользу развития атомной энергетики – это сравнительная дешевизна энергии и небольшое количество отходов. В пересчете на единицу производимой энергии отходы от АЭС в тысячи раз меньше, чем на угольных ТЭС (1 стакан урана-235 дает столько же энергии, сколько 10 тыс. т угля). Достоинством АЭС является и отсутствие выбросов в атмосферу диоксида углерода, которое сопровождает производство электроэнергии при сжигании углеродистых энергоносителей.
Сегодня уже совершенно очевидно, что при нормальной работе АЭС экологический риск получения энергии несравненно ниже, чем в угольной промышленности (табл. 22).
Таблица 22
Число преждевременных смертей, связанных с годом работы
блока мощностью 1 ГВт в угольном и атомном топливном циклах
(по Акимовой и др., 2001)
По примерным расчетам, закрытие уже существующих АЭС потребовало бы дополнительно сжигать ежегодно 630 млн. т угля, что привело бы к поступлению в атмосферу 2 млрд. т диоксида углерода и 4 млн. т токсичной и радиоактивной золы. Замена АЭС на ТЭС привела бы к 50-кратному увеличению смертности от атмосферного загрязнения. Для извлечения из атмосферы этого дополнительного диоксида углерода потребовалось бы посадить лес на площади, которая в 4-8 раз превышает территорию ФРГ.
У атомной энергетики есть серьезные оппоненты. Как неконкурентоспособную ее рассматривает в последних работах Л.Браун (Brown, 2001). Аргументами против развития атомной энергетики являются сложность обеспечения полной безопасности ядерного топливного цикла, а также риск аварий на АЭС. Историю развития атомной энергетики омрачают тяжелые аварии, которые произошли в Кыштыме и Чернобыле. Однако, вероятность аварий на современных АЭС крайне низка. Так, в Великобритании она составляет не более чем 1:1 000 000. В Японии строятся новые АЭС (в том числе и самая крупная в мире «Фукусама») в сейсмически опасных районах на берегу океана.
Перспективы атомной энергетики. Исчерпание углеродистых энергоносителей, ограниченные возможности энергетики на основе ВИЭ и возрастающая потребность в энергии подталкивает большинство стран мира к развитию атомной энергетики, причем строительство АЭС начинается в развивающихся странах Южной Америки, Азии и Африки. Возобновляется ранее приостановленное строительство АЭС даже в странах, пострадавших от Чернобыльской катастрофы – Украине, Белоруссии, РФ. Возобновляется работа АЭС в Армении.
Повышаются технологический уровень атомной энергетики и ее экологическая безопасность. Уже разработаны проекты внедрения новых, более экономичных реакторов, способных расходовать на получение единицы электроэнергии в 4-10 раз меньше урана, чем современные. Обсуждается вопрос об использовании в качестве «топлива» тория и плутония. Японские ученые считают, что плутоний можно сжигать без остатка, и АЭС на плутонии могут быть самыми экологически чистыми, так как не дают радиоактивных отходов (РАО). По этой причине Япония активно скупает плутоний, освобождающийся при демонтаже ядерных боеголовок. Однако для перевода АЭС на плутониевое топливо нужна дорогостоящая модернизация ядерных реакторов.
Меняется ядерный топливный цикл, т.е. совокупность всех операций, сопровождающих добычу сырья для ядерного топлива, его подготовку к сжиганию в реакторах, процесс получения энергии и переработку, хранение и захоронение РАО. В некоторых странах Европы и в РФ осуществляется переход к закрытому циклу, при котором образуется меньше РАО, т.к. значительная часть их после переработки дожигается. Это позволяет не только снизить риск радиоактивного загрязнения среды (см. 6.2.5), но в сотни раз уменьшить расходы урана, ресурсы которого исчерпаемы. При открытом цикле РАО не перерабатываются, а захораниваются. Он более экономичен, но экологически не оправдан. По этой схеме пока работают АЭС США.
В целом вопросы переработки и безопасного захоронения РАО технически разрешимы. В пользу развития атомной энергетики в последние годы высказывается и «Римский клуб», эксперты которого сформулировали следующее положение: «Нефть – слишком дорого, уголь – слишком опасно для природы, вклад ВИЭ – слишком незначителен, единственный шанс – придерживаться ядерного варианта».
В заключение обсуждения перспектив развития энергетики приведем табл. 23, в которой показана площадь, необходимая для электростанций, работающих на разных энергоносителях.
Таблица 23
Площади отчуждаемых земель (в среднем), необходимые для производства
1 МВт электроэнергии в год на электростанциях разного типа
(по Лаврову, Гладкому, 1999)
Контрольные вопросы
1. В каких странах наиболее развита атомная энергетика?
2. В чем состоят экологические «плюсы» и «минусы» атомной энергетики?
3. Возможна ли безопасная атомная энергетика?
Энергосбережение
Энергосбережение – это важнейший дополнительный энергосырьевой источник, один из важных элементов стратегии создания общества УР. За последние 20 лет удельное энергопотребление в мире на единицу ВВП уменьшилось более чем на 25%. Необходимо дальнейшее энергосбережение во всех сферах жизни: в промышленности, на транспорте, в сельском и жилищно-коммунальном хозяйстве.
Энергосбережение в промышленности. Эта область хозяйства обладает воистину неисчерпаемыми ресурсами энергосбережения. Оно включает:
– использование энергосберегающих технологий. Так, к примеру, в металлургии переход от мартеновского способа плавки стали к конверторному способу позволяет затрачивать на производство 1 т готового продукта в 2 раза меньше энергии. Во многих случаях энергосбережение достигается за счет использования вторичных ресурсов. Так, в 10 раз экономится энергия, если сталь выплавляется не из чугуна (а тот – из руды), а из металлолома. В 3 раза меньше затрачивается энергии на производство стекла из битой посуды, по сравнению с процессом варки его из первичного сырья;
– снижение тепловых потерь при децентрализации производства электроэнергии. Небольшие блок-ТЭЦ мощностью от 100 кВт до 10 МВт, расположенные в подвальных этажах жилых зданий, позволяют использовать тепловые отходы для отопления. Блок-ТЭЦ вызывают незначительное загрязнение атмосферы;
– оптимизацию территориальной структуры производства и уменьшение длины перевозок: переработка металлолома без транспортировки на металлургические комбинаты, замена больших хлебозаводов минипекарнями, гигантов пивоваренной промышленности минипивоварнями и т.д.
Энергосбережение на транспорте. Этот ресурс энергосбережения может быть реализован путем экологизации автомобильного транспорта (см. 7.2) и повышения КПД тепловозов, теплоходов, электровозов, самолетов и т.д.
Энергосбережение в сельском хозяйстве. Возможно существенное уменьшение затраты антропогенной энергии на каждую единицу производимого сельскохозяйственного продукта. Высокий потенциал энергосбережения может быть раскрыт при:
– полном использовании внутреннего биологического потенциала агроэкосистем (биологической азотфиксации, использования органических удобрений, применения получаемого из навоза биогаза для обогрева животноводческих помещений, сухого земледелия, разведения холодостойких пород животных и т.д., см. 5.2);
– использовании новой сельскохозяйственной техники (более легкой, с широкозахватными и комплексными агрегатами, снижающими количество проходов техники по полю);
– внедрении энергосберегающих технологий обработки почвы (безотвальной и особенно минимальной обработки) и первичной переработки сельскохозяйственной продукции (сушка зерна, хранение овощей и фруктов и т.д.);
– уменьшении транспортных расходов за счет приближения ферм к полям, переработки и хранения сельскохозяйственной продукции непосредственно в хозяйстве.
Энергосбережение в жилищно-коммунальном хозяйстве. Много энергии можно сэкономить в быту, так как большую часть энергии человек затрачивает на систему жизнеобеспечения (энергия пищи составляет не более 5-7%). Так, флюоресцентная лампочка мощностью в 18 Вт дает столько же света, сколько лампочка накаливания в 75 Вт. Замена ими ламп накаливания позволит сократить потребление электроэнергии на освещение примерно в 4 раза. Кроме того, новые лампочки в 7 раз долговечнее, чем старые, что позволит экономить и ресурсы.
Теплоизоляция стен даже в самых холодных районах позволит резко сократить расходы энергии на обогрев жилья. Вместо печи будет достаточно одного небольшого электронагревателя. Имеется принципиальная возможность сократить примерно в 2 раза расход электроэнергии при использовании холодильников, телевизоров и т.д. Сегодня самым жестким является шведский стандарт, который допускает теплопотери зданий не более 50-60 кВт-час/год на 1м 2 , а в Германии он равен 200. В принципе, можно сократить порог теплопотерь до 15 кВт-час/год (Кондратьев, 1998).
Трудно даже представить, какую экономию энергии можно получить при ликвидации расточительства тепла в жилищах россиян.
В США в 1972 г. энергопотребление среднего холодильника составляло 3,36 Втч/год, в 1993 г. стандарт был снижен до 1,16 Вт-час/год. В Дании сегодня это значение составляет 0,45, причем, планируется его уменьшение до 0,26 (Вайцзеккер и др., 2000).
Весьма любопытно, что в развивающихся странах, где основными источниками энергии являются некоммерческие (в первую очередь древесина), ставится вопрос об улучшении конструкций домашних очагов. При открытых очагах КПД использования энергии составляет всего 10%, более совершенная закрытая конструкция позволяет повысить КПД в 2-3 раза, что способствует сохранению лесов.
Возможности энергосбережения весьма велики, что можно проиллюстрировать табл. 24, в которой показана энергоемкость ВВП в разных странах.
Таблица 24
Показатели энергоемкости производства (т нефтяного эквивалента на 100 долларов ВВП) в некоторых странах мира
Цифры таблицы свидетельствуют, что ресурсы энергосбережения особенно велики в России, где на единицу ВВП затрачивается энергии в 2-3 раза больше, чем в развитых странах.
Контрольные вопросы
1. Перечислите основные пути развития энергосбережения в промышленности.
2. Какие резервы экономии энергии имеются в сельском хозяйстве?
3. Как можно снизить затраты энергии в жилищно-коммунальном хозяйстве?
4. Сравните энергоемкость производства в РФ и в развитых странах.
Заключение
Развитие цивилизации сопровождалось повышением энерговооруженности человека. В настоящее время на одного жителя земли в среднем приходится 2 кВт энергии, на жителя США – 10 кВт. В целом валовое производство энергии в будущем возрастет незначительно. Прирост энергопотребления в развитых странах в течение ближайших 20 лет не превысит 1,5% в год, в развивающихся странах он будет в 2 раза выше. После этого ожидается стабилизация энергопотребления за счет широкого внедрения энергосберегающих технологий в промышленности, сельском и жилищно-коммунальном хозяйстве, на транспорте.
В начале XXI столетия в мировой энергетике преобладала теплоэнергетика на основе использования нефти, угля и газа, хотя в последние десятилетия возросла доля гидроэнергетики и атомной энергетики, вклад которых сегодня примерно одинаков и составляет около 7%.
Поскольку энергоносители, составляющие основу теплоэнергетики, исчерпаемы (особенно нефть и газ), вклад этой отрасли в энергетический бюджет будет неминуемо снижаться. Энергетика на основе угля, запасы которого достаточно велики, может развиваться в том случае, если удастся разработать технологию конкурентоспособного безопасного использования этого наиболее «грязного» топлива, в первую очередь путем подземной газификации.
Гидроэнергетика во многом исчерпала свои возможности, дальше она будет развиваться в основном за счет использования малых водотоков. До 10-30% в течение столетия может увеличиться вклад нетрадиционной энергетики на основе использования ВИЭ, однако в ближайшие 30 лет ее вклад в энергетический бюджет мира вряд ли превысит 3%. Имеется множество технических проблем, которые сдерживают развитие нетрадиционной энергетики, и в первую очередь – высокая материалоемкость. Так, для ВЭУ нужно большое количество алюминия, производство которого дорого и небезопасно для окружающей среды; для СЭС – много цемента и железа; для солнечных элементов – химически чистый кремний, который очень дорог. Кроме того, поскольку ВИЭ рассредоточены, для их концентрирования нужны большие площади. Наконец, районы, где возможно использование ВИЭ, удалены от тех территорий, где энергия будет использоваться. Это ставит вопрос о необходимости новых технологий передачи электроэнергии на большие расстояния (например, по водородопроводам).
Единственная реальная возможность компенсировать снижение производства энергии теплоэнергетикой – развитие атомной энергетики. В этом случае практически неисчерпаемы запасы энергоносителей, энергетические установки компактны и не загрязняют атмосферу диоксидом углерода, невелик объем жидких и твердых отходов. Однако при всей перспективности атомной энергетики она является самой опасной. Ее история омрачена катастрофами в Кыштыме и Чернобыле.
Тем не менее, у человечества нет другого пути, как развивать атомную энергетику, обеспечивая ее безопасность. Как показывает опыт Франции, Великобритании и Японии, это вполне возможно.
Разумеется, основой энергетической политики в обществе УР будет энергосбережение.
В настоящее время более 18% электроэнергии, вырабатываемой в мире, производится на ядерных реакторах, которые, к тому же, в отличие от электростанций, работающих на органическом топливе, не загрязняют атмосферу. Неоспоримый плюс ядерной энергии – ее стоимость, которая ниже, чем на большинстве электростанций иных типов. По разным оценкам, в мире насчитывается около 440 ядерных реакторов обшей мощностью свыше 365 тыс. МВт, которые расположены более чем в 30 странах.
Атомная энергетика является одним из основных мировых источников энергообеспечения. В 2000–2005 гг. в строй было введено 30 новых реакторов. Основные генерирующие мощности сосредоточены в Западной Европе и США.
Для обеспечения прогнозируемых уровней электро- и теплопотребления в максимальном варианте спроса необходим ввод генерирующих мощностей АЭС до 6 ГВт в текущем десятилетии (энергоблок 3 Калининской АЭС, энергоблок 5 Курской АЭС, энергоблок 2 Волгодонской АЭС, энергоблоки 5 и 6 Балаковской АЭС, энергоблок 4 Белоярской АЭС) и не менее 15 ГВт до 2020 года (с учетом воспроизводства энергоблоков первого поколения – 5,7 ГВт), а также до 2 ГВт АТЭЦ. В результате суммарная установленная мощность атомных станций России должна увеличиться до 40 ГВт при среднем КИУМ порядка 85% (уровень ведущих стран с развитой атомной энергетикой).
В соответствии с этим основными задачами развития атомной энергетики являются:
модернизация и продление на 10–20 лет сроков эксплуатации энергоблоков действующих АЭС;
повышение эффективности энергопроизводства и использования энергии АЭС;
создание комплексов по переработке радиоактивных отходов АЭС и системы обращения с облученным ядерным топливом;
| Изм. |
| Лист |
| № документа |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| 2201.ДП.02.00.000.ПЗ |
| Изм. |
| Лист |
| № документа |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| 2201.ДП.02.00.000.ПЗ |
воспроизводство выбывающих энергоблоков первого поколения, в том числе путем реновации после завершения продленного срока их эксплуатации (при своевременном создании заделов);
расширенное воспроизводство мощностей (средний темп роста – примерно 1 ГВт в год) и строительные заделы будущих периодов;
освоение перспективных реакторных технологий (БН-800, ВВЭР-1500, АТЭЦ и др.) при развитии соответствующей топливной базы.
Важнейшими факторами развития атомной энергетики являются повышение эффективности выработки энергии на АЭС за счет снижения удельных затрат на производство (внутренние резервы) и расширение рынков сбыта энергии атомных станций (внешний потенциал).
К внутренним резервам АЭС (около 20% энерговыработки) относятся:
повышение НИУМ до 85% с темпом роста в среднем до 2% в год за счет окращения сроков ремонтов и увеличения межремонтного периода, удлинения топливных циклов, снижения числа отказов оборудования при его модернизации и реновации, что обеспечит дополнительное производство электроэнергии на действующих АЭС около 20 млрд кВтч в год (эквивалентно вводу установленной мощности до 3 ГВт при удельных капитальных затратах до 150 долл./кВт);
повышение КПД энергоблоков за счет улучшения эксплуатационных характеристик и режимов с дополнительной выработкой на действующих АЭС более 7 млрд кВтч в год (равноценно вводу мощности 1 ГВт при удельных капитальных затратах порядка 200 долл./кВт);
снижение производственных издержек, в том числе за счет сокращения расхода энергии на собственные нужды (до проектных значений, составляющих около 6%) и уменьшения удельной численности персонала.
Внешний потенциал – расширение действующих и создание новых рынков использования энергии и мощности АЭС (более 20% энерговыработки):
развитие производства тепловой энергии и теплоснабжения (в том числе создание АТЭЦ), электроаккумуляция тепла для теплоснабжения крупных городов, использование сбросного низкопотенциального тепла;
| Изм. |
| Лист |
| № документа |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| 2201.ДП.02.00.000.ПЗ |
развитие энергоемких производств алюминия, сжиженного газа, синтетического жидкого топлива, водорода с использованием энергии АЭС.
Достижение установленных параметров стратегического развития атомной энергетики России предусматривает реализацию:
потенциала максимального повышения эффективности АЭС, воспроизводства (реновации) и развития мощностей атомных станций;
долгосрочной инвестиционной политики в государственном атомноэнергетическом секторе экономики;
эффективных источников и механизмов достаточного и своевременного обеспечения инвестициями.
Потенциальные возможности, основные принципы и направления перспективного развития атомной энергетики России с учетом возможностей топливной базы определены Стратегией развития атомной энергетики России в первой половине XXI века, одобренной в 2000 году Правительством Российской Федерации.
Перспективы долгосрочного развития атомной энергетики связаны с реальной возможностью возобновления и регенерации ядерных топливных ресурсов без потери конкурентоспособности и безопасности атомной энергетики. Отраслевая технологическая политика предусматривает эволюционное внедрение в 2010–2030 годах новой ядерной энерготехнологий четвертого поколения на быстрых реакторах с замыканием ядерного топливного цикла и уран-плутониевым топливом, что снимает ограничения в отношении топливного сырья на обозримую перспективу.
Развитие атомной энергетики позволит оптимизировать баланс топливно-энергетических ресурсов, сдержать рост стоимости электрической и тепловой энергии для потребителей, а также будет способствовать эффективному росту экономики и ВВП, наращиванию технологического потенциала для долгосрочного развития энергетики на основе безопасных и экономически эффективных атомных станций.
| Изм. |
| Лист |
| № документа |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| 2201.ДП.02.00.000.ПЗ |
Даже если атомная электростанция работает идеально и без малейших сбоев, ее эксплуатация неизбежно ведет к накоплению радиоактивных веществ. Поэтому людям приходится решать очень серьезную проблему, имя которой – безопасное хранение отходов.
Отходы любой отрасли промышленности при огромных масштабах производства энергии, различных изделий и материалов создают огромной проблемой. Загрязнение окружающей среды и атмосферы во многих районах нашей планеты внушает тревогу и опасения. Речь идет о возможности сохранения животного и растительного мира уже не в первозданном виде, а хотя бы в пределах минимальных экологических норм.
Радиоактивные отходы образуются почти на всех стадиях ядерного цикла. Они накапливаются в виде жидких, твердых и газообразных веществ с разным уровнем активности и концентрации. Большинство отходов являются низкоактивными: это вода, используемая для очистки газов и поверхностей реактора, перчатки и обувь, загрязненные инструменты и перегоревшие лампочки из радиоактивных помещений, отработавшее оборудование, пыль, газовые фильтры и многое другое.
Газы и загрязненную воду пропускают через специальные фильтры, пока они не достигнут чистоты атмосферного воздуха и питьевой воды. Ставшие радиоактивными фильтры перерабатывают вместе с твердыми отходами. Их смешивают с цементом и превращают в блоки или вместе с горячим битумом заливают в стальные емкости.
Труднее всего подготовить к долговременному хранению высокоактивные отходы. Лучше всего такой «мусор» превращать в стекло и керамику. Для этого отходы прокаливают и сплавляют с веществами, образующими стеклокерамическую массу. Рассчитано, что для растворения 1 мм поверхностного слоя такой массы в воде потребуется не менее 100 лет.
В отличие от многих химических отходов, опасность радиоактивных отходов со временем снижается. Бoльшая часть радиоактивных изотопов имеет период
| Изм. |
| Лист |
| № документа |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| 2201.ДП.02.00.000.ПЗ |
Необходимо учитывать, что высокоактивные отходы долгое время выделяют значительное количество теплоты. Поэтому чаще всего их удаляют в глубинные зоны земной коры. Вокруг хранилища устанавливают контролируемую зону, в которой вводят ограничения на деятельность человека, в том числе бурение и добычу полезных ископаемых.
Предлагался еще один способ решения проблемы радиоактивных отходов – отправлять их в космос. Действительно, объем отходов невелик, поэтому их можно удалить на такие космические орбиты, которые не пересекаются с орбитой Земли, и навсегда избавиться радиоактивного загрязнения. Однако этот путь был отвергнут из-за опасности непредвиденного возвращения на Землю ракеты-носителя в случае возникновения каких-либо неполадок.
В некоторых странах серьезно рассматривается метод захоронения твердых радиоактивных отходов в глубинные воды океанов. Этот метод подкупает своей простотой и экономичностью. Однако такой способ вызывает серьезные возражения, основанные на коррозионных свойствах морской воды. Высказываются опасения, что коррозия достаточно быстро нарушит целостность контейнеров, и радиоактивные вещества попадут в воду, а морские течения разнесут активность по морским просторам.
Эксплуатация АЭС сопровождается не только опасностью радиационного загрязнения, но и другими видами воздействия на окружающую среду. Основным является тепловое воздействие. Оно в полтора-два раза выше, чем от тепловых электростанций.
При работе АЭС возникает необходимость охлаждения отработанного водяного пара. Самым простым способом является охлаждение водой из реки, озера, моря или специально сооруженных бассейнов. Вода, нагретая на 5–15 °С, вновь возвращается в тот же источник. Но этот способ несет с собой опасность ухудшения экологической обстановки в водной среде в местах расположения АЭС.
| Изм. |
| Лист |
| № документа |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| 2201.ДП.02.00.000.ПЗ |
В последние годы стали применять систему воздушного охлаждения водяного пара. В этом случае нет потерь воды, и она наиболее безвредна для окружающей среды. Однако такая система не работает при высокой средней температуре окружающего воздуха. Кроме того, себестоимость электроэнергии существенно возрастает.
Заключение
Энергетическая проблема – одна из важнейших проблем, которые сегодня приходится решать человечеству. Уже стали привычными такие достижения науки и техники, как средства мгновенной связи, быстрый транспорт, освоение космического пространства. Но все это требует огромных затрат энергии. Резкий рост производства и потребления энергии выдвинул новую острую проблему загрязнения окружающей среды, которое представляет серьезную опасность для человечества.
Мировые энергетические потребности в ближайшее десятилетия будут интенсивно возрастать. Какой-либо один источник энергии не сможет их обеспечить, поэтому необходимо развивать все источники энергии и эффективно использовать энергетические ресурсы.
На ближайшем этапе развития энергетики (первые десятилетия XXI в.) наиболее перспективными останутся угольная энергетика и ядерная энергетика с реакторами на тепловых и быстрых нейтронах. Однако можно надеяться, что человечество не остановится на пути прогресса, связанного с потреблением энергии во всевозрастающих количествах.
Список используемой литературы
1) Кесслер «Ядерная энергетика» Москва: Энергоиздат, 1986 г.
2) Х. Маргулова «Атомная энергетика сегодня и завтра» Москва: Высшая школа, 1989 г.
3) Дж. Коллиер, Дж. Хьюитт «Введение в ядерную энергетику» Москва: Энергоатомиздат, 1989 г.
| Изм. |
| Лист |
| № документа |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| 2201.ДП.02.00.000.ПЗ |
©2015-2019 сайт
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-04-11
Авария на АЭС «Фукусима-1» обратила взоры всего мира на вопросы ядерной безопасности. В Европе поднялась волна протестов против использования атомных электростанций, в Германии, Франции и Италии прошли антиядерные демонстрации. Во многих странах приостановились проекты по разработке АЭС. Германия объявила о закрытии семи станций, которые были введены в эксплуатацию до 1980 года, а также временном приостановлении продления срока использования АЭС. Швейцария, Республика Корея, Индия и Китай решили вторично утвердить проекты по развитию собственных атомных электростанций.
Будучи серьезной ядерной катастрофой за последние 50 лет, уступающей только Чернобыльской аварии, инцидент на АЭС «Фукусима-1» бросил тень на развитие глобальной ядерной энергетики, а также заставил людей задуматься: как будет развиваться путь новых источников энергии в будущем?
Возрождение ядерной энергии с целью ослабления давления с мировыми поставками источников энергии и климатическими изменениями
В мировых масштабах на сегодня 13-15% поставок электроэнергии приходится на ядерную. Главные страны – энергетические потребители в большей степени зависят от ядерной энергии, доля которой составляет: Франция – 77%, Республика Корея – 38%, Германия – 32%, Япония – 30%, США – 20%, Великобритания – 20%, Россия – 16%. По сравнению с этими странами, доля ядерной энергии в общей энергетической структуре Китая мала. Вплоть до марта 2011 года всего 13 станций были введены в эксплуатацию на территории КНР, которые по установленной мощности составляют около 1,8% от общего показателя.
Главной движущей для развития ядерной энергии силой является гарантия энергетических поставок, ответ на климатические изменения, сокращение выбросов парниковых газов. Ядерная энергия рассматривается в качестве отличной альтернативы для ископаемых видов топлива, а также в качестве важного средства по масштабному сокращению выбросов парниковых газов.
В связи с этим, хотя аварии на Чернобыле и Три-Майл Айланде в свое время стали причиной остановки строительства АЭС по всему миру на несколько десятилетий, поскольку сейчас постоянно растут потребности в источниках энергии, неотложной задачей является сокращение эмиссии парниковых газов, сегодняшней тенденцией стало развитие новых источников энергии, в том числе и ядерной, и она не изменится из-за случайных несчастных случаев. После аварии на АЭС «Фукусима-1», США, Франция, Великобритания и другие страны отчетливо заявили, что не будут отказываться от развития ядерной энергии из-за произошедшего.
Возобновляемые источники энергии: еще нет хороших альтернатив ядерной энергии
Согласно докладу «Инвестиционные тенденции устойчивого развития источников энергии в 2010 году», опубликованному Программой ООН по окружающей среде, в 2009 году возобновляемые источники энергии составляли 18% от общего показателя в мире, в том числе гидроэлектроэнергия занимала 15%, энергия ветра, солнца и биомассы – 3%. В Китае в 2009 году энергия угля была равна 75%, гидроэлектроэнергия составляла 22,5%, а доля энергии ветра, солнца и биомассы не достигала и 1%. Развитие различных видов возобновляемых источников энергии имеет свои ограничения, пока не найдена хорошая альтернатива ядерной энергии.
Гидроэлектроэнергия – наиболее зрелая технология использования возобновляемых источников энергии, широко используется по всему миру. В настоящее время водно-энергетические ресурсы развитых стран в основном разведаны, роста гидроэнергетического потенциала не ожидается. Строительство гидроэнергостанций в основном сконцентрировано в развивающихся странах. План 12-й пятилетки Китая также ставит цель масштабного развития гидроэлектроэнергии. По оценкам экспертов области, в будущие пять лет КНР ежегодно будет завершать строительство одной подобной ГЭС «Санься» станции, лишь так стране удастся осуществить намеченные цели. При снижении темпов развития ядерной энергии необходимо будет ускорять освоение гидроэлектроэнергии, задача непростая. С точки зрения долгосрочной перспективы, встает вопрос с недостатком водных ресурсов развивающихся стран, большой спор вызывают проблемы, связанные с загрязнением окружающей среды и экологическим ущербом в результате строительства ГЭС.
Использование энергии ветра и солнца легко может подвергаться ограничениям, имеющим отношение к географическим факторам и климату. В некоторых странах с благоприятными географическими и климатическими условиями, где преобладает небольшой спрос на энергоносители, энергия ветра и солнца могут стать основными источниками энергии. Однако для крупных стран-энергопотребителей, ветряную и солнечную энергию целесообразнее использовать в отдельных районах с благоприятным географическим положением и климатом, таким образом, образуется система распределенного энергоснабжения.
Энергия биомассы не подвергается ограничениям, связанным с географией и климатом, но здесь существуют другие проблемы, касающиеся недостатка биологических ресурсов, плохого их качества.
Атомная энергетика: продвигать развитие новых стратегических отраслей
Кроме гарантии поставок энергоносителей, ядерная энергетика оказывает заметное стимулирующее воздействие на общий промышленный уровень государства. Мировые ядерные державы, без сомнений, являются промышленно развитыми странами. Для развития ядерной энергетики необходимы огромные капиталовложения и высокие технологии, которые свидетельствуют о комплексной силе и стратегических возможностях того или иного государства. В определенной степени, наличие масштабной и передовой индустрии ядерной энергетики означает вступление страны в клуб мировых держав.
Атомная энергетика – отрасль, которая сосредотачивает в себе технологии и денежные средства, затрагивает развитие нескольких десятков других отраслей, в том числе и механики, металлургии, электроники, химии, аппаратов, инструментов и материалов. В связи с этим, развитие передовой ядерной энергетики предполагает приведение в действие лучших технологий других индустрий, всесторонне поднимает технический и инновационный уровень государства, способствует повышению уровня промышленного производства, тем самым, стимулирует промышленную модернизацию и развитие новых стратегических отраслей.
В настоящее время мир уже вступил в эпоху инноваций и промышленного возрождения, по-новому оформляется производственная цепочка в глобальной экономике. С одной стороны, основные страны мира с целью скорейшего выхода из международного финансового кризиса развивают индустрии стратегического характера, ищут новые научно-технические опоры для продвижения экономического роста; с другой стороны, со вступлением в 21-й век, в ядерной энергетике также прослеживаются признаки крупных научно-технических инноваций, например, строительство АЭС третьего поколения, предполагается, что ядерные технологии четвертого поколения вступят в стадию коммерциализации к 2030 году. В связи с этим, основные страны мира продвигают развитие ядерной энергетики, тем самым, стимулируют научно-технические инновации в стране, повышают уровень производства оборудования, а также делают упор на достижение экономического роста в будущем.
Будущее направление: более безопасная ядерная энергия
Авария на АЭС «Фукусима-1» не изменит будущие тенденции развития ядерной энергетики. Одновременно с этим, человечество вынесло для себя урок из произошедшей трагедии: необходимо больше уделять внимания ядерной безопасности, а также способствовать обновлению технологий. Авария на АЭС «Фукусима-1» ускорила закрытие старых электростанций в разных странах, а также способствовала использованию передовых и безопасных ядерных технологий третьего поколения. Всесторонне были подняты нормы безопасности на АЭС. После катастрофы в Японии, атомным электростанциям в мире были предъявлены более высокие требования в безопасности. Кроме того, усилился контроль над безопасностью на АЭС, тщательно выбирается место для строительства станций. Например, проекты по созданию АЭС в Хунане, Чунцине, Шэньси, Ганьсу и других местах, которые расположены в сейсмически опасных зонах, будут пересмотрены. -о-
Российской академии наук прошла международная научно-техническая конференция "Развитие атомной энергетики на основе реакторов на быстрых нейтронах с замкнутым топливным циклом", организованная концерном "Росэнергоатом" при поддержке Федерального агентства по атомной энергии, МАГАТЭ и РАН.
В работе форума приняли участие около 200 человек - члены Совета Федерации, депутаты Государственной Думы РФ, представители научно-исследовательских институтов, конструкторских бюро, предприятий отрасли, средств массовой информации, общественных объединений и организаций, зарубежные гости из Франции, Индии и Украины.
С приветственными словами на конференции выступили вице-президент РАН, академик Н. П. Лаверов, член Комитета по энергетике, транспорту и связи Госдумы В. С. Опекунов. Они охарактеризовали общий круг проблем, которые предстоит решать в ближайшие годы, касающиеся развития атомной энергетики, хранения облученного сырья, радиоактивных отходов, совершенствования технологий создания и эксплуатации реакторов на быстрых нейтронах, разработки новых видов ядерного топлива.
"Впервые, - заметил В. С. Опекунов, - в российском бюджете заложена строка о финансировании строительства энергоблока БН-800 в размере миллиарда рублей, и в течение следующего года при корректировках бюджета эта цифра может быть увеличена. Важно, чтобы идеологией "быстрой" энергетики прониклись не только депутаты Госдумы, но и правительственный блок".
За два дня участники форума заслушали более 20 докладов. Так, начальник управления Росатома В. И. Рачков отметил, что отрасль, которую он представляет, является наиболее динамично развивающейся. Еще в 2000 г. удалось преодолеть кризис 1990-х годов - впервые после распада СССР выработка электроэнергии на АЭС превысила максимальный доперестроечный объем. Рост спроса на нее в 1999 - 2004 гг. в России (в среднем 17 млрд. кВт · ч в год) наполовину обеспечивался за счет увеличения энерговыработки атомных станций с темпом около 9 млрд. кВт · ч в год (ежегодно - 5%).
Однако такая динамика не соответствует основным требованиям времени - увеличению энергонапряженности и сокращению запасов разведанного углеводородного сырья, необходимости ограничения выбросов двуокиси углерода в атмосферу. Атомная же энергетика не зависит от пределов наличия сырья и уровня загрязненности окружающей среды. Ведь существуют варианты опережающего развития "быстрых" технологий с замкнутым топливным циклом. Докладчик дал прогноз развития электроэнергетики России до 2020 г. - в соответствии с этим доля ее атомной составляющей увеличится до 23%. Рост последней будет осуществляться за счет внедрения перспективных инновационных проектов на основе ВВЭР-1000 и ВВЭР-1500, а также АТЭЦ, предназначенных для комбинированного производства электроэнергии и тепла в разных регионах нашей страны. При совершенствовании быстрых реакторов планируется постепенный переход на качественно новый уровень технологий, обеспечивающих надежную безопасность, эффективное топливоиспользование и правильное обращение с радиоактивными отходами.
Докладчики конференции на встрече с журналистами (слева направо): члены Госдумы РФ В. Б. Иванов, В. С. Опекунов и заместитель генерального директора "Росэнергоатома" О. М. Сараев.
Реактор на быстрых нейтронах.
Реакторные установки для кораблей ВМФ.
Высокотемпературные газоохлаждаемые реакторы.
Говоря о финансировании ядерной энергетики России, Рачков, в частности, заявил: потребность в ее инвестициях до 2020 г. составит 32 млрд. дол. Основным их источником на сегодняшний день являются собственные средства компаний. По его мнению, у нас, к сожалению, нет четко проработанного механизма привлечения капиталов в отрасль. Не исключено, что ее собственные резервы в скором времени будут исчерпаны.
И все же с учетом мирового кризиса на тепловые ресурсы отношение к АЭС существенно меняется. Докладчик сослался на министра США С. Бодмана, считающего, что сейчас решаются проблемы перехода к водородной энергетике и получения H 2 из воды. Что же касается России, то ей требуется пятикратное увеличение мощностей АЭС и получение на них не менее 50% водорода.
С большим вниманием участники конференции заслушали доклад вице-президента РНЦ "Курчатовский институт" академика Н. Н. Пономарева-Степного. Он отметил, что из "быстрых" технологий сегодня наиболее усовершенствованы реакторы с натриевым носителем, в разработку которых наша страна вложила, с учетом доперестроечного задела, 10 млрд. дол. и создала соответствующие конструкторские и инженерные школы, а также уникальную экспериментальную базу.
Быстрый реактор БН-600 - ныне единственное в мире успешно эксплуатируемое устройство, особенность которого заключается в том, что оно несет основную научно-технологическую нагрузку совершенствования ядерной энергетики. Докладчик подчеркнул: под последней следует понимать весь комплекс мероприятий, все его звенья - от добычи сырья до захоронения радиоактивных отходов, а также полный жизненный цикл атомных станций - от их разработки до вывода из эксплуатации.
Ученый обратил внимание и на то, что страна неизбежно столкнется с ограниченностью ресурсов дешевого урана. И тогда придется реализовывать возможности ядерной энергетики по замыканию топливного цикла, сжиганию плутония, а затем и по расширенному воспроизводству топлива, используя в качестве его уран и торий. С внедрением инновационных технологий проблема сырья может быть вообще снята.
Существенно дополнили разговор об актуальности разработки и создания реакторов на быстрых нейтронах с замкнутым топливным циклом для развития атомной энергетики ряд других российских и зарубежных специалистов.
И. КИСЕЛЕВ, А. КУЗНЕЦОВ
В настоящее время из 15 атомных электростанций, построенных в СССР, 9 находятся на территории России; установленная мощность их 29 энергоблоков составляет 21242 мегаватта. Среди действующих энергоблоков 13 имеют корпусные реакторы ВВЭР (водо-водяной энергетический реактор, активная зона которого размещается в металлическом или из предварительно напряженного бетона корпусе, рассчитанном на полное давление теплоносителя), 11 блоков- канальные реакторы РМБК-1000(РМБК - графито-водяной реактор без прочного корпуса. Теплоноситель в этом реакторе протекает через трубы, внутри которых находятся тепловыделяющие элементы), 4 блока- ЭГП (водо-графитовый канальный реактор с кипящим теплоносителем) по 12 мегаватт каждый установлены на Билибинской АТЭС и еще один энергоблок снабжен реактором БН-600 на быстрых нейтронах. Следует заметить, что основной парк корпусных реакторов последнего поколения был размещен на Украине (10 блоков ВВЭР-1000 и 2 блока ВВЭР-440).
Новые энергоблоки.
Сооружение нового поколения энергоблоков с корпусными реакторами (с водой под давлением) начинается в этом десятилетии. Первыми из них станут блоки ВВЭР-640, конструкция и параметры которых учитывают отечественный и мировой опыт, а также блоки с усовершенствованным реактором ВВЭР-1000 с существенно повышенными показателями безопасности. Головные энергоблоки ВВЭР-640 размещаются на площадках г. Сосновый Бор Ленинградской области и Кольской АЭС, а на базе ВВЭР-1000 - на площадке Нововоронежской АЭС.
Разработан также проект корпусного реактора ВПБЭР-600 средней мощности с интегральной компоновкой. АЭС с такими реакторами смогут сооружаться несколько позже.
Названные типы оборудования при своевременном выполнении всех научно-исследовательских и опытных работ обеспечат основные потребности атомной энергетики на прогнозируемый 15-20-летний период.
Существуют предложения продолжать работы по графито-водяным канальным реакторам, перейти на электрическую мощность 800 мегаватт и создать реактор, не уступающий реактору ВВЭР по безопасности. Такие реакторы могли бы заменить действующие реакторы РБМК. В перспективе возможно строительство энергоблоков с современными безопасными реакторами БН-800 на быстрых нейтронах. Эти реакторы могут быть использованы и для вовлечения в топливный цикл энергетического и оружейного плутония, для освоения технологий выжигания актиноидов (радиоактивных элементов-металлов, все изотопы которых радиоактивны).
Перспективы развития атомной энергетики.
При рассмотрении вопроса о перспективах атомной энергетики в ближайшем (до конца века) и отдаленном будущем необходимо учитывать влияние многих факторов: ограничение запасов природного урана, высокая по сравнению с ТЭС стоимость капитального строительства АЭС, негативное общественное мнение, которое привело к принятию в ряде стран (США, ФРГ, Швеция, Италия) законов, ограничивающих атомную энергетику в праве использовать ряд технологий (например, с использованием Рu и др.), что привело к свертыванию строительства новых мощностей и постепенному выводу отработавших без замены на новые. В то же время наличие большого запаса уже добытого и обогащенного урана, а также высвобождаемого при демонтаже ядерных боеголовок урана и плутония, наличие технологий расширенного воспроизводства (где в выгружаемом из реактора топливе содержится больше делящихся изотопов, чем загружалось) снимают проблему ограничения запасов природного урана, увеличивая возможности атомной энергетики до 200-300 Q. Это превышает ресурсы органического топлива и позволяет сформировать фундамент мировой энергетики на 200-300 лет вперед.
Но технологии расширенного воспроизводства (в частности, реакторы-размножители на быстрых нейтронах) не перешли в стадию серийного производства из-за отставания в области переработки и рецикла (извлечения из отработанного топлива «полезного» урана и плутония). А наиболее распространенные в мире современные реакторы на тепловых нейтронах используют лишь 0,50,6% урана (в основном делящийся изотоп U238 , концентрация которого в природном уране 0,7%). При такой низкой эффективности использования урана энергетические возможности атомной энергетики оцениваются только в 35 Q. Хотя это может оказаться приемлемым для мирового сообщества на ближайшую перспективу, с учетом уже сложившегося соотношения между атомной и традиционной энергетикой и постановкой темпов роста мощностей АЭС во всем мире. Кроме того, технология расширенного воспроизводства дает значительную дополнительную экологическую нагрузку. .Сегодня специалистам вполне понятно, что ядерная анергия, в принципе, является единственным реальным и существенным источником обеспечения электроэнергией человечества в долгосрочном плане, не вызывающим такие отрицательные для планеты явления, как парниковый эффект, кислотные дожди и т.д. Как известно, сегодня энергетика, базирующаяся на органическом топливе, то есть на сжигании угля, нефти и газа, является основой производства электроэнергии в мире Стремление сохранить органические виды топлива, одновременно являющиеся ценным сырьем, обязательство установить пределы для выбросов СО; или снизить их уровень и ограниченные перспективы широкомасштабного использования возобновляемых источников энергии все это свидетельствует о необходимости увеличения вклада ядерной энергетики.
Учитывая все перечисленное выше, можно сделать вывод, что перспективы развития атомной энергетики в мире будут различны для разных регионов и отдельных стран, исходя из потребностей и электроэнергии, масштабов территории, наличия запасов органического топлива, возможности привлечения финансовых ресурсов для строительства и эксплуатации такой достаточно дорогой технологии, влияния общественного мнения в данной стране и ряда других причин.
Отдельно рассмотрим перспективы атомной энергетики в России. Созданный в России замкнутый научно-производственный комплекс технологически связанных предприятий охватывает все сферы, необходимые для функционирования атомной отрасли, включая добычу и переработку руды, металлургию, химию и радиохимию, машино- и приборостроение, строительный потенциал. Уникальным является научный и инженерно-технический потенциал отрасли. Промышленно-сырьевой потенциал отрасли позволяет уже в настоящее время обеспечить работу АЭС России и СНГ на много лет вперед, кроме того, планируются работы по вовлечению в топливный цикл накопленного оружейного урана и плутония. Россия может экспортировать природный и обогащенный уран на мировой рынок, учитывая, что уровень технологии добычи и переработки урана по некоторым направлениям превосходит мировой, что дает возможность в условиях мировой конкуренции удерживать позиции на мировом урановом рынке.
Но дальнейшее развитие отрасли без возврата к ней доверия населения невозможно. Для этого нужно на базе открытости отрасли формировать позитивное общественное мнение и обеспечить возможность безопасного функционирования АЭС под контролем МАГАТЭ. Учитывая экономические трудности России, отрасль сосредоточится в ближайшее время на безопасной эксплуатации существующих мощностей с постепенной заменой отработавших блоков первого поколения наиболее совершенными российскими реакторами (ВВЭР-1000, 500, 600), а небольшой рост мощностей произойдет за счет завершения строительства уже начатых станций. На длительную перспективу в России вероятен рост мощностей в переходом на АЭС новых поколений, уровень безопасности и экономические показатели которых обеспечат устойчивое развитие отрасли на перспективу.
В диалоге сторонников и противников атомной энергетики необходимы полная и точная информация по состоянию дел в отрасли как в отдельной стране, так и в мире, научно обоснованные прогнозы развития и потребности в атомной энергии. Только на пути гласности и информированности могут быть достигнуты приемлемые результаты. Более 400 блоков во всем мире (по данным, содержащимся в Информационной системе МАГАТЭ по энергетическим реакторам на конец 1994 года, в 30 странах эксплуатируется 432 АЭС общей мощностью приблизительно 340 ГВт) обеспечивают весомую долю потребностей общества в энергии. Миллионы людей в мире добывают уран, обогащают его, создают оборудование и строят атомные станции, десятки тысяч ученых работают в отрасли. Это одна из наиболее мощных отраслей современной индустрии, ставшая уже ее неотъемлемой частью. И хотя взлет атомной энергетики сейчас сменяется периодом стабилизации мощностей, учитывая позиции, завоеванные атомной энергетикой за 40 лет, есть надежда, что она сможет сохранить свою долю в мировом производстве электроэнергии на довольно длительную перспективу, пока не будет сформирован единый взгляд в мировом сообществе на необходимость и масштабы использования атомной энергетики в мире.
Список литературы :
1.”Ядерная энергетика в альтернативных энергетических сценариях” Энергия 1997 №4
2.”Некоторые экономические аспекты современного развития атомной энергетики”Вестник МГУ 1997 №1
3.”Положение и перспективы развития электроэнергетики России”БИКИ 1997 №8
4.Международная жизнь 1997 №5,№6
5.ВЕК 1996 №18, №13
6.Независимая газета 30.01.97
8.”Стратегия ядерной энергии” Международная жизнь 1997 №7
9 “О перспективах атомной энергетики в России” июнь 1995