Мировая атомная энергетика
Северный
(Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова
РЕФЕРАТ
АТОМНАЯ
ЭНЕРГЕТИКА.
Архангельск
2012
АТОМНАЯ
ЭНЕРГЕТИКА
Атомная энергетика - это отрасль
энергетики
<#"669582.files/image001.gif">
Рисунок 1 - Схема работы атомной
электростанции
На рисунке показана схема работы
атомной электростанции с двухконтурным водо-водяным энергетическим реактором
<http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AF%D0%B4%D0%B5%D1%80%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D1%80%D0%B5%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%BE%D1%80>.
Энергия, выделяемая в активной зоне реактора, передаётся теплоносителю первого
контура. Далее теплоноситель поступает в теплообменник (парогенератор
<http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B0%D1%80%D0%BE%D0%B3%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80>),
где нагревает до кипения воду второго контура. Полученный при этом пар
поступает в турбины <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B0%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B1%D0%B8%D0%BD%D0%B0>,
вращающие электрогенераторы
<http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%B3%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80>.
На выходе из турбин пар поступает в конденсатор
<http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D0%BD%D0%B4%D0%B5%D0%BD%D1%81%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80_(%D1%82%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D1%82%D0%B5%D1%85%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B0)>,
где охлаждается большим количеством воды, поступающим из водохранилища.
Компенсатор давления
<http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D0%BC%D0%BF%D0%B5%D0%BD%D1%81%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80_%D0%B4%D0%B0%D0%B2%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F>
представляет собой довольно сложную и громоздкую конструкцию, которая служит
для выравнивания колебаний давления в контуре во время работы реактора,
возникающих за счёт теплового расширения теплоносителя. Давление в 1-м контуре
может доходить до 160 атмосфер (ВВЭР-1000
<http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%92%D0%AD%D0%A0-1000>).
Помимо воды, в различных реакторах в
качестве теплоносителя могут применяться также расплавы металлов: натрий
<http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0%B0%D1%82%D1%80%D0%B8%D0%B9>,
свинец, эвтектический сплав свинца с висмутом и др. Использование
жидкометаллических теплоносителей позволяет упростить конструкцию оболочки
активной зоны реактора (в отличие от водяного контура, давление в
жидкометаллическом контуре не превышает атмосферное), избавиться от
компенсатора давления. Общее количество контуров может меняться для различных
реакторов, схема на рисунке приведена для реакторов типа ВВЭР
<http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%92%D0%AD%D0%A0> (Водо-Водяной
Энергетический Реактор). Реакторы типа РБМК
<http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%91%D0%9C%D0%9A> (Реактор Большой
Мощности Канального типа) использует один водяной контур, реакторы на быстрых
нейтронах
<http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D1%8B%D1%81%D1%82%D1%80%D1%8B%D0%B5_%D0%BD%D0%B5%D0%B9%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BD%D1%8B>
- два натриевых и один водяной контуры, перспективные проекты реакторных
установок СВБР-100 и БРЕСТ предполагают двухконтурную схему, с тяжелым
теплоносителем в первом контуре и водой во втором.
В случае невозможности использования
большого количества воды для конденсации пара, вместо использования
водохранилища вода может охлаждаться в специальных охладительных башнях
(градирнях
<http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D1%80%D0%B0%D0%B4%D0%B8%D1%80%D0%BD%D1%8F>),
которые благодаря своим размерам обычно являются самой заметной частью атомной
электростанции.
Главное преимущество - практическая
независимость от источников топлива из-за небольшого объёма используемого
топлива, например 54 тепловыделяющих сборки общей массой 41 тонна на один
энергоблок с реактором ВВЭР-1000 в 1-1,5 года (для сравнения, одна только
Троицкая ГРЭС мощностью 2000 МВт сжигает за сутки два железнодорожных состава
угля). Расходы на перевозку ядерного топлива, в отличие от традиционного,
ничтожны. В России это особенно важно в европейской части, так как доставка
угля из Сибири слишком дорога.
Огромным преимуществом АЭС является
её относительная экологическая чистота. На ТЭС суммарные годовые выбросы
вредных веществ, в которые входят сернистый газ, оксиды азота, оксиды углерода,
углеводороды, альдегиды и золовая пыль, на 1000 МВт установленной мощности
составляют от примерно 13 000 тонн в год на газовых и до 165 000 тонн на
пылеугольных ТЭС. Подобные выбросы на АЭС полностью отсутствуют. ТЭС мощностью
1000 МВт потребляет 8 миллионов тонн кислорода в год для окисления топлива, АЭС
же не потребляют кислорода вообще[8]. Кроме того, больший удельный (на единицу
произведенной электроэнергии) выброс радиоактивных веществ даёт угольная
станция. В угле всегда содержатся природные радиоактивные вещества, при
сжигании угля они практически полностью попадают во внешнюю среду. При этом
удельная активность выбросов ТЭС в несколько раз выше, чем для АЭС.
Единственный фактор, в котором АЭС уступают в экологическом плане традиционным
КЭС - тепловое загрязнение, вызванное большими расходами технической воды для
охлаждения конденсаторов турбин, которое у АЭС несколько выше из-за более
низкого КПД (не более 35 %), однако этот фактор важен для водных экосистем, а
современные АЭС в основном имеют собственные искусственно созданные
водохранилища-охладители или вовсе охлаждаются градирнями. Также некоторые АЭС
отводят часть тепла на нужды отопления и горячего водоснабжения городов, что
снижает непродуктивные тепловые потери, существуют действующие и перспективные
проекты по использованию «лишнего» тепла в энергобиологических комплексах
(рыбоводство, выращивание устриц, обогрев теплиц и пр.). Кроме того, в
перспективе возможно осуществление проектов комбинирования АЭС с ГТУ, в том числе
в качестве «надстроек» на существующих АЭС, которые могут позволить добиться
аналогичного с тепловыми станциями КПД.
Для большинства стран, в том числе и
России, производство электроэнергии на АЭС не дороже, чем на пылеугольных и тем
более газомазутных ТЭС. Особенно заметно преимущество АЭС в стоимости
производимой электроэнергии во время так называемых энергетических кризисов,
начавшихся с начала 70-х годов. Падение цен на нефть автоматически снижает
конкурентоспособность АЭС.
Затраты на строительство АЭС по
оценкам, составленным на основе реализованных в 2000-х годах проектов,
ориентировочно равны 2300 $ за кВт электрической мощности, эта цифра может
снижаться при массовости строительства (для ТЭС на угле 1200, на газе - 950
$)[15]. Прогнозы на стоимость проектов, осуществляемых в настоящее время,
сходятся на цифре 2000 $ за кВт (на 35 % выше, чем для угольных, на 45 % -
газовых ТЭС).
Главный недостаток АЭС - тяжелые
последствия аварий, для исключения которых АЭС оборудуются сложнейшими
системами безопасности с многократными запасами и резервированием,
обеспечивающими исключение расплавления активной зоны даже в случае
максимальной проектной аварии (местный полный поперечный разрыв трубопровода
циркуляционного контура реактора).
Серьёзной проблемой для АЭС является
их ликвидация после выработки ресурса, по оценкам она может составить до 20 %
от стоимости их строительства.
По ряду технических причин для АЭС
крайне нежелательна работа в манёвренных режимах, то есть покрытие переменной
части графика электрической нагрузки.
Одним из основных требований при
оценке возможности строительства АЭС является обеспечение безопасности её
эксплуатации для окружающего населения, которая регламентируется нормами
радиационной безопасности. Одним из мероприятий защиты окружающей среды -
территории и населения от вредных воздействий при эксплуатации АЭС является
организация вокруг неё санитарно-защитной зоны. При выборе места строительства
АЭС должна учитываться возможность создания санитарно-защитной зоны,
определяемой кругом, центром которого является вентиляционная труба АЭС. В
санитарно-защитной зоне запрещается проживать населению. Особое внимание должно
быть обращено на исследование ветровых режимов в районе строительства АЭС с
тем, чтобы располагать атомную электростанцию с подветренной стороны по
отношению к населённым пунктам. Исходя из возможности аварийной протечки
активных жидкостей, предпочтение отдается площадкам с глубоким стоянием
грунтовых вод. При выборе площадки для строительства атомной электростанции
большое значение имеет техническое водоснабжение. Атомная электростанция -
крупный водопользователь. Потребление воды АЭС незначительно, а использование
воды велико, то есть в основном вода возвращается в источник водоснабжения. К
АЭС, так же как и ко всем строящимся промышленным сооружениям, предъявляются
требования по сохранению окружающей среды При выборе площадки для строительства
атомной электростанции необходимо руководствоваться следующими требованиями:
земли, отводимые для сооружения АЭС,
непригодны или малопригодны для сельскохозяйственного производства;
грунты площадки допускают
строительство зданий и сооружений без проведения дополнительных дорогостоящих
мероприятий;
уровень грунтовых вод находится ниже
глубины заложения подвалов зданий и подземных инженерных коммуникаций и на
водопонижение при строительстве АЭС не требуется дополнительных затрат;
площадка имеет относительно ровную
поверхность с уклоном, обеспечивающим поверхностный водоотвод, при этом
земляные работы сведены к минимуму.
Площадки строительства АЭС, как
правило, не допускается располагать:
в зонах активного карста;
в районах тяжёлых (массовых)
оползней и селевых потоков;
в районах возможного действия
снежных лавин;
в районах заболоченных и
переувлажнённых с постоянным притоком напорных грунтовых вод,
в зонах крупных провалов в
результате горных выработок;
в районах, подверженных воздействию
катастрофических явлений, как цунами, землетрясение и т. п.
в районах залегания полезных
ископаемых;
Для определения возможности
строительства АЭС в намеченных районах и сравнения вариантов по геологическим,
топографическим и гидрометеорологическим условиям на стадии выбора площадки
проводятся конкретные изыскания по каждому рассматриваемому варианту размещения
электростанции.
Инженерно-геологические изыскания
проводятся в два этапа. На первом этапе собираются материалы по ранее
проведённым изысканиям в рассматриваемом районе и определяется степень
изученности предполагаемого места строительства. На втором этапе в случае
необходимости проводятся специальные инженерно-геологические изыскания с
бурением скважин и отбором грунтов, а также рекогносцировочное геологическое
обследование площадки. По результатам камеральной обработки собранных данных и
дополнительных изысканий должна быть получена инженерно-геологические
характеристика района строительства, определяющая:
рельеф и геоморфологию территории;
стратиграфию, мощность и
литологический состав коренных и четвертичных отложений, распространённых в
районе до глубины 50-100 м;
количество, характер, отметку
залегания и условия распространения отдельных водоносных горизонтов в пределах
общей глубины;
характер и интенсивность
физико-геологических процессов и явлений.
При проведении
инженерно-геологических изысканий на стадии выбора площадки собираются сведения
о наличии местных строительных материалов - разрабатываемых карьерах и
месторождениях камня, песка, гравия и других строительных материалов. В этот же
период определяются возможности использования подземных вод для
технологического и хозяйственно-питьевого водоснабжения. При проектировании
атомных электростанций, так же как и других крупных промышленных комплексов,
выполняются ситуационные планы строительства, схемы генеральных планов и
генеральные планы промышленной площадки АЭС.
Академик Анатолий Александров
считал, что «ядерная энергетика крупных масштабов явится величайшим благом для
человечества и разрешит целый ряд острых проблем».
Альтернативные способы получения
энергии, за счёт энергии приливов, ветра, Солнца, геотермальных источников и
др. на данный момент уступают по производительности традиционной энергетике.
Эти виды получения энергии негативно влияют на туризм, некоторые приливные электростанции
вызывают нарекания у виндсёрферов, «плантации» ветряных мельниц портят
естественный пейзаж. Кроме того, при групповом использовании ветрового поля
ветряки создают низкочастотную вибрацию, от которой могут страдать животные.
Россия приступила к строительству
первой в мире плавающей АЭС, позволяющей решить проблему нехватки энергии в
отдалённых прибрежных районах страны.
США и Япония ведут разработки
мини-АЭС, с мощностью порядка 10-20 МВт для целей тепло- и электроснабжения
отдельных производств, жилых комплексов, а в перспективе - и индивидуальных
домов. С уменьшением мощности установки растёт предполагаемый масштаб
производства. Малогабаритные реакторы (см., например, Hyperion АЭС) создаются с
использованием безопасных технологий, многократно уменьшающих возможность
утечки ядерного вещества.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1
Ядерная энергетика [Электронный ресурс] - Режим доступа:
<http://ru.wikipedia.org/wiki/Ядерная_энергетика>
Атомная
энергетика и ее безопасность [Электронный ресурс] - Режим доступа:
<http://molphys.ustu.ru/study/atom/>
Будущее
мировой атомной энергетики [Электронный ресурс] - Режим доступа:
http://russiancouncil.ru/inner/?id_4=389#top
<http://russiancouncil.ru/inner/?id_4=389>
Атомная
энергетика нового поколения [Электронный ресурс] - Режим доступа:
<http://www.nrcki.ru/pages/main/5354/5916/5903/index.shtml>