Ele-prof.ru

Электро отопление
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Атомная электростанция: устройство и влияние на окружающую среду

Атомная электростанция: устройство и влияние на окружающую среду

"Фукусима-1"

Угрозы для жизни на планете

АЭС: от прошлого до настоящего

Атомная электростанция – предприятие, представляющее собой совокупность оборудования и сооружений для выработки электрической энергии. Специфика данной установки заключается в способе получения тепла. Необходимая для выработки электроэнергии температура возникает в процесса распада атомов.

Роль топлива для АЭС выполняет чаще всего уран с массовым числом 235 (235U). Именно потому, что этот радиоактивный элемент способен поддерживать цепную ядерную реакцию, он используется на атомных электрических станциях, а также применяется в ядерном оружии.

Страны с наибольшим количеством АЭС

Крупнейшие АЭС

Крупнейшие АЭС мира

На сегодняшний день в 31 стране мира функционируют 192 атомные электростанции, использующие 451 энергетический ядерный реактор общей мощностью 394 ГВт. Подавляющее большинство АЭС находится в странах Европы, Северной Америки, Дальневосточной Азии и на территории бывшего СССР, в то время как в Африке их почти нет, а в Австралии и Океании их нет вообще. Еще 41 реактор не производил электричества от 1,5 до 20 лет, причём 40 из них находятся в Японии.

За последние 10 лет в мире в эксплуатацию было введено 47 энергоблоков, почти все из них находятся либо в Азии (26 — в Китае), либо в Восточной Европе. Две трети строящихся на данный момент реакторов приходятся на Китай, Индию и Россию. КНР осуществляет самую масштабную программу строительства новых АЭС, ещё около полутора десятка стран мира строят АЭС или развивают проекты их строительства.

Помимо США, к списку наиболее продвинутых в области ядерной энергетики стран относят:

  • Францию;
  • Японию;
  • Россию;
  • Южную Корею.

В 2007 году Россия приступила к строительству первой в мире плавучей АЭС, позволяющей решить проблему нехватки энергии в отдалённых прибрежных районах страны [12] . Строительство столкнулось с задержками. По разным оценкам, первая плавающая АЭС заработает в 2020—2019 годах.

Несколько стран, включая США, Японию, Южную Корею, Россию, Аргентину, 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. Предполагается, что малогабаритные реакторы (см., например, Hyperion АЭС) могут создаваться с использованием безопасных технологий, многократно уменьшающих возможность утечки ядерного вещества [13] . Строительство одного малогабаритного реактора CAREM25 ведётся в Аргентине. Первый опыт использования мини-АЭС получил СССР (Билибинская АЭС).

Принцип работы АЭС

Принцип работы атомной электростанции основан на действии ядерного (иногда называемого атомным) реактора – специальной объёмной конструкции, в которой происходит реакция расщепления атомов с выделением энергии.

Существуют различные виды ядерных реакторов:

  1. PHWR (также имеет название «pressurised heavy water reactor» – «тяжеловодный ядерный реактор»), используемый преимущественно на территории Канады и в городах Индии. В его основе используется вода, формула которой – D2O. Она выполняет функцию как теплоносителя, так и замедлителя нейтронов. Коэффициент полезного действия близится к 29%;
  2. ВВЭР (водо-водяной энергетический реактор). В настоящее время ВВЭР эксплуатируют только в СНГ, в частности, модель ВВЭР-100. Реактор имеет КПД равный 33%;
  3. GCR, AGR (графитоводный). Жидкость, содержащаяся в таком реакторе, выступает в роли теплоносителя. В данной конструкции замедлитель нейтронов – графит, отсюда и название. КПД составляет около 40%.

По принципу устройства реакторы также делят на:

  • PWR (pressurised water reactor) – устроен так, что вода, находящаяся под определенным давлением, замедляет реакции и подает тепло;
  • BWR (сконструирован таким образом, что пар и вода находятся в главной части устройства, не имея водяного контура);
  • РБМК (канальный реактор, имеющий особенно большую мощность);
  • БН (система работает за счет быстрого обмена нейтронами).

Устройство и структура атомной электростанции. Как работает АЭС?

Устройство АЭС

Устройство АЭС

Типичная атомная электростанция состоит из блоков, внутри каждого из которых размещены различные технические приспособления. Самый значимый из таких блоков – комплекс с реакторным залом, обеспечивающий работоспособность всей АЭС. Он состоит из следующих устройств:

  • реактора;
  • бассейна (именно в нем хранят ядерное топливо);
  • машины, перегружающие топливо;
  • БЩУ (щит управления в блоках, с помощью него за процессом деления ядра могут наблюдать операторы).

За данным корпусом следует зал. В нем обустроены парогенераторы и находится основная турбина. Сразу же за ними располагаются конденсаторы, а также линии передачи электричества, выходящие за границы территории.

Помимо прочего, имеется блок с бассейнами для отработанного топлива и специальные блоки, предназначенные для охлаждения (они называются градирнями). Кроме того, для охлаждения применяются распылительные бассейны и природные водоемы.

Принцип работы АЭС

На всех без исключения АЭС существует 3 этапа преобразования электрической энергии:

  • ядерная с переходом в тепловую;
  • тепловая, переходящая в механическую;
  • механическая, преобразовывающаяся в электрическую.

Уран отдает нейтроны, вследствие чего происходит выделение тепла в огромных количествах. Горячая вода из реактора прокачивается насосами через парогенератор, где отдает часть тепла, и снова возвращается в реактор. Поскольку эта вода находится под большим давлением, она остается в жидком состоянии(в современных реакторах типа ВВЭР около 160 атмосфер при температуре

330 °C [7] ). В парогенераторе это тепло передается воде второго контура, которая находится под гораздо меньшим давлением (половина давления первого контура и менее), поэтому закипает. Образовавшийся пар поступает на паровую турбину, вращающую электрогенератор, а затем в конденсатор, где пар охлаждают, он конденсируется и снова поступает в парогенератор. Конденсатор охлаждают водой из внешнего открытого источника воды (например, пруда-охладителя).

И первый и второй контур замкнуты, что снижает вероятность утечки радиации. Размеры конструкций первого контура минимизированы, что также снижает радиационные риски. Паровая турбина и конденсатор не взаимодействуют с водой первого контура, что облегчает ремонт и уменьшает количество радиоактивных отходов при демонтаже станции.

Защитные механизмы АЭС

Все атомные электростанции в обязательном порядке оснащаются комплексными системами безопасности, например:

  • локализующие – ограничивают распространение вредоносных веществ в случае аварии, повлекшей выброс радиации;
  • обеспечивающие – подают определённое количество энергии для стабильной работы систем;
  • управляющие – служат для того, чтобы все защитные системы функционировали нормально.

Кроме того, реактор может аварийно остановиться в случае чрезвычайной ситуации. В этом случае автоматическая защита прервет цепные реакции, если температура в реакторе продолжит подниматься. Эта мера впоследствии потребует серьезных восстановительных работ для возвращения реактора в строй.

Читайте так же:
Шнайдер электрик usb розетка unica

После того как в Чернобыльской АЭС произошла опасная авария, причиной которой оказалось несовершенство конструкции реактора, стали больше внимания уделять защитным мерам, а также провели конструкторские работы для обеспечения большей надежности реакторов.

Катастрофа ХХІ века и её последствия

"Фукусима-1"

“Фукусима-1”

В марте 2011 года северо-восток Японии поразило землетрясение, вызвавшее цунами, которая в итоге повредила 4 из 6 реакторов АЭС «Фукусима-1».

Менее чем через два года после трагедии официальное количество погибших в катастрофе превышало 1500 человек, в то время как 20 000 человек до сих пор считаются пропавшими без вести, а еще 300 000 жителей были вынуждены оставить свои дома.

Были и пострадавшие, которые оказались не способны покинуть место происшествия из-за огромной дозы излучения. Для них была организована незамедлительная эвакуация, продолжавшаяся 2 дня.

Тем не менее, с каждым годом методы предотвращения аварий на АЭС, а также нейтрализации ЧП совершенствуются – наука неуклонно идёт вперёд. Тем не менее, будущее явно станет временем расцвета альтернативных способов получения электроэнергии – в частности, логично ожидать появления в ближайшие 10 лет орбитальных солнечных батарей гигантского размера, что вполне достижимо в условиях невесомости, а также прочих, в том числе революционных технологий в энергетике.

Атомная электростанция — принцип работы простыми словами

Принцип работы атомной электростанции заключается в получении электроэнергии путем контролируемой (т. е. невзрывной) ядерной реакции.

Атомные электростанции используют ядерные реакции деления в реакторах. Реакторы нагревают воду для производства пара, который затем используется для выработки электроэнергии.

Франция около трех четвертей своей мощности получает от атомной энергетики, в то время как Бельгия, Болгария, Чехия, Венгрия, Словакия, Южная Корея, Швеция, Швейцария, Словения и Украина получают одну треть или больше. Япония, Германия и Финляндия получают более четверти своей мощности от атомной энергетики, в то время как в США одну пятую.

Италия приостановила свою ядерную энергетику. Среди стран, не имеющих атомных электростанций Австрия, Дания, Греция, Ирландия, Латвия, Норвегия, Филиппины, Португалия, Уругвай.

Основные части атомной электростанции

Принцип работы атомной электростанции

Принцип работы атомной электростанции основан и состоит из управляемого атомного реактора из стержней, которые изготовлены из стали, содержащей высокий процент материала, способного поглощать нейтроны, например бор. Стержни управления находятся в активной зоне реактора. Они контролируют количество реакции и, следовательно, количество вырабатываемой тепловой энергии. Кроме того для регулирования скорости синтеза применяются замедлители. Типичными замедлителями являются вода, графит или тяжелая вода (D2O). Только нейтроны с достаточно низкой скоростью могут производить деление ядер урана.

Ядерная реакция производит тепло, которое уносится теплоносителем. Типичными хладагентами являются вода, углекислый газ, жидкий натрий. Пар, вырабатываемый в парогенераторе пар переходит в паровую турбину. Сила паровой струи заставляет турбину вращаться. Турбина связана с генератором, который производит электричество.

Ядерное топливо

Ядерное топливо-это любой материал, который может быть использован для получения ядерной энергии. Наиболее распространенным типом ядерного топлива являются делящиеся элементы, которые могут подвергаться цепным реакциям ядерного деления в реакторе. Наиболее распространенными ядерными топливами являются 235U и 239Pu. Природный уран содержит 0,7% 235U. Но его количество должно быть увеличено на заводах-обогатителях примерно до 3%, чтобы быть более полезным в ядерной области.

Когда нейтрон ударяется об атом урана, уран расщепляется на два более легких атома и одновременно выделяет тепло. Деление тяжелых элементов-это экзотермическая реакция, которая может высвобождать большое количество энергии как в виде электромагнитного излучения, так и в виде кинетической энергии осколков. Цепная реакция относится к процессу, в котором нейтроны, высвобожденные при делении, производят дополнительное деление по крайней мере еще в одном ядре. Это ядро, в свою очередь, производит нейтроны, и процесс повторяется. Контролируемый процесс используется в ядерной энергетике, неконтролируемый в ядерном оружии.

Принцип работы атомной электростанции строится в расщеплении атома ядерного топлива. Когда атом урана расщепляется, часть энергии, которая удерживала его вместе, высвобождается в виде излучения тепла. Поскольку энергия и масса зависимы, высвобожденная энергия — это также высвобожденная масса.

235U + 1 нейтрон = 2 нейтрона + 92Kr (криптон) + 142Ba (барий) + ЭНЕРГИЯ

Таким образом, общая масса действительно немного уменьшается во время реакции.

Типы атомных электростанций

Существуют следующие основные типы реакторов

Реактор с кипящей водой

Реактор с кипящей водой работает как электростанция, вырабатывающая ископаемое топливо. Вода кипит внутри сосуда высокого давления, и образуется пароводяная смесь. Теплоноситель реактора движется вверх по активной зоне, поглощая тепло.

Когда пар поднимается к верхней части сосуда высокого давления, то направляется в турбогенератор для поворота турбины. Существует только один контур с водой при низком давлении, так что вода кипит в ядре при достаточно низком давлении.

Водяной реактор под давлением

Реактор с водой под давлением отличается тем, что здесь пар для работы турбины вырабатывается в парогенераторе. Блок наддува удерживает воду, протекающую через корпус реактора, под очень высоким давлением, чтобы предотвратить ее кипение. Затем горячая вода поступает в парогенератор, где преобразуется в пар. Пар проходит через турбину, которая производит электричество. Около 60% коммерческих энергетических реакторов в мире являются реакторами с водой под давлением. Очевидным преимуществом этого типа является то, что утечка топлива в активной зоне не приведет к попаданию радиоактивных загрязнений в турбину и конденсатор.

Контрольно-измерительных приборы атомной электростанции

безопасность

Архитектура системы контрольно-измерительных приборов вместе с эксплуатационным персоналом станции служит «центральной нервной системой» атомной электростанции.

Через их различные составные элементы (например, оборудование, модули, датчики, передатчики, резервирование, исполнительные механизмы и т. д.), система ввода-вывода установки определяет основные физические параметры, контролирует производительность, интегрирует информацию и при необходимости автоматически корректирует работу установки. Система реагирует на сбои и ненормальные события, обеспечивает цели эффективного производства электроэнергии и безопасности, а также обеспечивает безопасную и надежную выработку электроэнергии. Большое значение следует придавать проектам, связанным с проектированием, испытанием, эксплуатацией, техническим обслуживанием, лицензированием, эксплуатацией и модернизацией систем ввода-вывода.

Система мониторинга реактора

Система контроля реактора является особенностью атомных электростанций и представляет собой систему нейтронного контроля для измерения нейтронов внутри реактора и систему радиационного контроля для измерения излучения внутри установки.

Система нейтронного мониторинга необходима для мониторинга активной зоны.

Безопасность атомных электростанций

Безопасность серьезно воспринимается теми, кто работает в ядерной сфере. Основной проблемой безопасности является выброс неконтролируемого излучения в окружающую среду, которое может нанести вред человеку и природе как на площадке реактора, так и за ее пределами.

Читайте так же:
Заземление розеток с нуля

Принцип работы атомной электростанции

Существует ряд физических барьеров между радиоактивным ядром и окружающей средой. Реакторы заключены в массивный железобетон толщиной 1,8 метра. Рабочие защищены от радиации внутренними бетонными стенами. Вакуумный корпус соединен с корпусами реакторов каналом сброса давления.

Вакуумное здание представляет собой бетонную конструкцию высотой порядка 70 м и находится под отрицательным атмосферным давлением. Это означает, что если бы какая-либо радиация просочилась из реактора, она была бы засосана в вакуумное здание и, следовательно, предотвращена от выброса в окружающую среду. Конструкция реактора также включает в себя несколько резервных компонентов, независимые системы, контроль контрольно-измерительных приборов и предотвращение выхода из строя одного типа оборудования, влияющего на любой другой. Безопасность важна и для работников атомных электростанций.

Дозы облучения контролируются с помощью пультов в активной зоне реактора.

Соблюдается жесткое физическое экранирование и ограничение по времени пребывания рабочего в зонах со значительным уровнем радиации.

Техническое обслуживание охлаждения активной зоны

В любом ядерном реакторе необходимо охлаждение. Обычно ядерные реакторы используют воду в качестве теплоносителя. Некоторые реакторы, которые не могут использовать воду, используют натрий или натриевые соли.

Контроль радиоактивности

Контроль нейтронного потока очень важен. Если мы уменьшаем поток нейтронов, мы уменьшаем радиоактивность. Наиболее распространенным способом уменьшения потока нейтронов является включение поглощения нейтронов через стержни управления.

Управляющие стержни важны, потому что реакция может выйти из-под контроля, если события деления происходят чрезвычайно часто. В современных атомных электростанциях ввод всех стержней управления в активную зону реактора происходит за несколько секунд, что позволяет максимально быстро остановить ядерную реакцию. Кроме того, большинство реакторов сконструировано так, что за пределами оптимального уровня по мере повышения температуры эффективность реакций снижается, следовательно, меньшее количество нейтронов способно вызвать деление и реактор автоматически замедляется.

Выводы

Принцип работы атомной электростанции использует энергию, выделяемую при расщеплении атомов определенных элементов. Впервые ядерная технология была разработана в 1940-х годах, а во время Второй мировой войны исследования первоначально были сосредоточены на производстве бомб путем расщепления атомов либо урана, либо плутония.

В 1950-х годах внимание было обращено на мирные цели ядерного деления, в частности на производство энергии. Сегодня мир производит столько же электроэнергии из ядерной энергии, сколько и из всех источников, вместе взятых в 1960 году.

Гражданская ядерная энергетика в настоящее время использует более чем 14 000 реакторов и поставляет почти 14% мировых потребностей в электроэнергии в реакторах расположенных в 30 странах. На самом деле многие из более чем 30 стран используют ядерную энергетику.

Многие страны учитывают принцип работы атомной электростанции и построили исследовательские реакторы, чтобы обеспечить источник нейтронных пучков для научных исследований и производства медицинских и промышленных изотопов.

Сегодня известно, что только восемь стран обладают ядерным потенциалом. В отличие от этого, 56 эксплуатируют гражданские исследовательские реакторы, а 30 размещают около 450 коммерческих ядерных энергетических реакторов общей установленной мощностью более 377 000 МВт. Это более чем в три раза превышает суммарные генерирующие мощности Франции или Германии из всех источников. Порядка 60 ядерных энергетических реакторов находятся в стадии строительства, что эквивалентно 17% существующей мощности, в то время как более 150 твердо запланированы, что эквивалентно 46% нынешней мощности.

Однако, ближайшее будущее ядерной энергетики будет оставаться на уровне 14% -15% от мирового производства электроэнергии.

Изношенный атом. Появятся ли в Украине новые АЭС и что сделают с выработавшими свой ресурс

Украина не собирается отказываться от атомной энергетики. Однако большинство энергоблоков отечественных АЭС вскоре могут закрыть из-за их почтенного возраста. Фокус разбирался, как решают эту проблему и будут ли строить новые станции.

Сегодня в Украине работают 15 энергоблоков на четырех АЭС. Их суммарная мощность — 13,835 ГВт. Они производят около половины электроэнергии в стране. Срок эксплуатации, установленный при их проектировании, составляет 30 лет. Этот рубеж преодолели 12 энергоблоков, но всем им Государственная инспекция ядерного регулирования Украины (Госатомрегулирования) продлила сроки эксплуатации на 10–20 лет. Так, три энергоблока Южно-Украинской АЭС (ЮУАЭС) будут работать до 2023–2030 годов. Пять из шести реакторов Запорожской АЭС (ЗАЭС) — до 2025–2037 годов, первый и второй блоки Ровенской АЭС (РАЭС) — до 2030–2031 года, а первый блок Хмельницкой АЭС (ХАЭС) — до 2028 года. Самые молодые энергоблоки — на ЗАЭС-6 (эксплуатируется с 1995 года), ХАЭС-2 (с 2004-го) и РАЭС-4 (с 2004-го), их проектный срок эксплуатации не исчерпан.

ФОКУС в Google Новостях.

Подпишись — и всегда будь в курсе событий.

В Минэнерго уточняют, что сроки эксплуатации продлеваются в соответствии с индивидуальными программами для каждого энергоблока. Решение принимает Гос­атомрегулирования по результатам оценки безопасности, которую проводят раз в 10 лет.

"Результаты оценки технического состояния корпусов реакторов и других критических элементов свидетельствуют о возможности безопасной эксплуатации большинства энергоблоков в течение 60 лет", — утверждают в Минэнерго. То есть теоретически украинским реакторам и далее будут продлевать жизнь.

Важно Тарифам помогли. Какой будет цена на газ и электроэнергию в 2021 году

Ольга Кошарная, эксперт по атомной энергетике, подчеркивает, что Украина отнюдь не пионер в продлении срока эксплуатации атомных станций. Первыми на такой шаг пошли США, где из 150 реакторов около 90 работают сверх своих проектных сроков. Похожие процессы происходят в Европе. Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ) финансирует экспертную работу и выработку рекомендаций относительно управления старением энергоблоков и их долгосрочной эксплуатации, ведь в 1970-е, когда начала активно развиваться ядерная энергетика, при проектировании энергоблоков закладывали консервативные подходы.

"Для энергоблоков критично только состояние корпуса. Если оно не вызывает замечаний, реактору продлевают срок эксплуатации, поскольку остальное оборудование можно обновлять, — говорит Ольга Кошарная. — В Украине на 12 энергоблоках заменили старые блоки управления на современные системы с высоким уровнем безопасности, которые изготавливают украинские предприятия — кропивницкий "Радий" и северодонецкий "Импульс". Поэтому сейчас эти блоки гораздо надежнее, чем на момент постройки".

Украинские АЭС: жизнь после срока

Продление сроков работы реакторов откладывает их вывод из эксплуатации максимум на 20–30 лет.

Читайте так же:
Высота розетки от пола евро

"К 2040 году срок эксплуатации всех работающих сегодня в Украине энергоблоков составит не более 50 лет. В будущем судьба энергоблоков, которые отработают до 60 лет, будет решаться исходя из соображений рациональности и безопасности", — уточняют в НАЭК "Энергоатом".

Процесс вывода из эксплуатации уже проходят энергоблоки Чернобыльской АЭС. Последний действующий там третий блок остановили в 2020 году, однако работы на станции продолжаются. В Минэнерго уточняют, что снятие с эксплуатации энергоблока в целом составляет 55–60 лет. Процесс разделен на стадии: прекращение эксплуатации, окончательное закрытие, консервация, выдержка и демонтаж.

Срок эксплуатации блоков АЭС — 30 лет. Этот рубеж пре­одолели 12 блоков, но Госатомрегулирования продлила сроки их работы на 10–20 лет

Все этапы регулируются принятой в 2016 году концепцией снятия с эксплуатации действующих атомных электростанций Украины. Она предусматривает два способа демонтажа — неотложенный и отложенный.

"В первом случае процесс начинается сразу после завершения стадии прекращения эксплуатации ядерной установки. Во втором — блок переводится в безопасное состояние и выдерживается несколько десятков лет, после чего начинается демонтаж оборудования, систем, зданий и т. п. Оптимальным вариантом для действующих энергоблоков определили отложенный демонтаж с выдержкой 30 лет", — рассказывают в "Энергоатоме". Аналогичным образом с реакторами подобного типа поступят в Болгарии, Словакии, Венгрии, Чехии и России.

Процесс вывода из эксплуатации не только долговременный, но и затратный. По информации Минэнерго, стоимость снятия с эксплуатации энергоблоков ВВЭР-440 оценивается в $288,1 млн. К такому типу относятся старейшие в Украине первый и второй энергоблоки РАЭС.

Вывод из эксплуатации энергоблоков с реакторами ВВЭР-1000, которых в Украине 11, обойдется еще дороже — $367,1 млн. А в целом демонтаж 15 работающих сегодня энергоблоков будет стоить более $5 млрд. Однако эксперты называют куда более внушительные суммы. "По опыту других стран, вывод одного блока обходится в $1 млрд, так что нам потребуется около $14 млрд", — комментирует Юрий Корольчук, эксперт Института энергетических исследований.

Финансироваться эти работы должны за счет резерва, предназначенного для снятия с эксплуатации ядерных установок.

"В мире буквально с первого выданного АЭС киловатта начинают откладывать средства в фонд снятия с эксплуатации, но в СССР такой практики не было. Только с 2005 года в Украине на законодательном уровне ввели обязательные отчисления на эту статью", — рассказывает Ольга Кошарная.

Средства на вывод энергоблоков из эксплуатации, начиная с 2005 года, на специальный счет в Госказначействе перечисляет "Энергоатом". В декабре 2020-го Счетная палата провела аудит этого финансового резерва и пришла к выводу, что он наполняется в недостаточных объемах, а аккумулированные в нем средства обесцениваются из-за инфляции.

В "Энергоатоме" оправдываются: "Для защиты средств финансового резерва от инфляции законодательством предусмотрено их размещение в государственные ценные бумаги. Однако процедура не работает и реальные механизмы защиты от инфляции отсутствуют". В целом, по информации Счетной палаты, к началу октября прошлого года в резерв перечислили чуть более 80% от запланированного объема — 5,1 млрд грн (около $178,5 млн).

Тонкости хранения отработанного ядерного топлива (ОЯТ)

Одним из важных вопросов атомной энергетики остается обращение с опасными отходами. По отношению к радиоактивному отработанному ядерному топливу (ОЯТ) в большинстве стран придерживаются политики выжидания. Для ОЯТ обеспечивают надежное хранение на период 50–100 лет с расчетом на то, что в перспективе заработают технологии повторного использования такого топлива или его безопасной утилизации.

"ОЯТ — ценный энергетический ресурс, который можно использовать для изготовления топлива будущего поколения реакторов, — рассказывает Ольга Кошарная. — Такие технологии развиваются. В мире реализуются десятки проектов ядерных реакторов малой и средней мощности, где будет возможно использование повторно переработанного топлива". Внедрение такой технологии позволит реализовать замкнутый топливный цикл, что будет способствовать сохранению ресурсов и уменьшению отходов. Но это дело будущего. Сейчас же алгоритм работы с ОЯТ в Украине предполагает его выгрузку из реактора и выдержку в бассейнах энергоблоков АЭС. После этого отработанное топливо трех станций (кроме Запорожской) по оставшейся с советских времен традиции вывозят на длительное хранение с последующей переработкой в Россию. ОЯТ с ЗАЭС поступает на длительное хранение в пристанционное хранилище сухого типа (СХОЯТ), расположенное на площадке станции.

Отказываться от АЭС Украина не планирует. В "Энергоато­ме" говорят, что будут строить два энергоблока на Хмельниц­кой АЭС

Для отработанного топлива Чернобыльской АЭС предназначено хранилище сухого типа ХОЯТ-2, расположенное в Зоне отчуждения. Как отмечает Кошарная, это сложное инженерное сооружение, а не "ядерный могильник", как часто пишут СМИ. Его строительство финансировалось со Счета ядерной безопасности, управляемого ЕБРР. Достраивала объект американская компания Holtec International. В конце 2020 года туда загрузили первый пенал с ОЯТ ЧАЭС, которое ранее хранилось в построенном при СССР ХОЯТ-1.

В 2015 году стартовал проект строительства в Чернобыльской зоне Централизованного хранилища отработанного ядерного топлива (ЦХОЯТ) в соответствии с технологиями Holtec International. Туда будет поступать топливо со всех украинских станций.

"Начиная с 2021 года, после введения ЦХОЯТ в эксплуатацию вывоз ОЯТ украинских АЭС в Российскую Федерацию полностью прекратится", — заявляют в Минэнерго.

"ЦХОЯТ — проект с многострадальной судьбой. Поскольку у нас в атомной энергетике традиционно было сильным пророссийское лобби в лице Юрия Бойко [экс-министра энергетики] и Андрея Деркача [политика, экс-президента "Энергоатома"], проект тормозился. В результате мы теряли время и ежегодно платили по $200 млн России ($2 млрд за 10 лет)", — комментирует ситуацию Кошарная.

Заработает ли ЦХОЯТ в ближайшее время — вопрос открытый. В НАЭК "Энергоатом" утверждают, что строительные работы завершены. Сейчас специалисты госкомпании готовят железнодорожный участок Вильча — Янов длиной 43 км, а Укрзализныця в апреле 2021 года должна начать работы по реконструкции и прокладке этого участка. Процесс пошел после того, как Кабмин передал этот участок железной дороги на баланс "Энергоатома".

Как только работы завершат, на площадке ЦХОЯТ начнут принимать отработанное топливо с РАЭС, ЮУАЭС и ХАЭС, что станет большим вкладом в энергетическую независимость Украины. По мнению Корольчука, ускорить решение вопроса должна необходимость хранения ОЯТ японско-американской компании Westinghouse, которое используют несколько украинских реакторов, ведь Россия его точно не примет.

Читайте так же:
Розетка для духовки где располагать

Атом остается

Мир не собирается отказываться от атомной энергетики, как может показаться из-за озвученных лидерами некоторых стран заявлений.

"Европа потеряла пальму первенства в атомных технологиях, так как Германия приняла сугубо политическое решение о закрытии АЭС, — считает Кошарная. — Сейчас лидируют США и Канада, сильная школа есть в Южной Корее. В мире строится более 50 реакторов, в том числе в Китае, Индии, на Ближнем Востоке, даже в таких обеспеченных нефтью и газом странах, как ОАЭ и Иран".

По опыту других стран, вывод одного блока АЭС из эксплуатации стоит $1 млрд, так что нам потребуется около $14 млрд

Украина также планирует развивать атомную энергетику. В частности, предлагается завершить строительство энергоблоков №3 и №4 на площадке ХАЭС мощностью по 1047 МВт каждый с проектным сроком эксплуатации 50 лет. Их начали строить в 1985–1986 годах, однако в 1990-м работы приостановили. Кроме того, для замещения энергоблоков, исчерпывающих свой ресурс, предусматривается строительство новых мощностей на площадках действующих в стране АЭС. "Подготовительный этап достройки энергоблоков №3 и №4 ХАЭС завершен. На очереди строительные работы. Состояние стройплощадок соответствует проектным требованиям. Прилегающую территорию очистили от кустарников и деревьев, откачали воду из турбинного отделения третьего энергоблока. Составлены акты обследования оборудования, которое хранится на складах ХАЭС и может использоваться для достройки", — сообщили Фокусу в НАЭК "Энергоатом".

Важно Гасите свет. Как "зеленый" тариф добивает АЭС и почему за это заплатит потребитель

Одновременно "Энергоатом" рассматривает варианты создания замещающих энергоблоков на площадке ЮУАЭС в рамках проекта "ядерного острова". Он предполагает, что для введения в эксплуатацию новых мощностей на 4–5 ГВт с 2030 по 2040 год уже сейчас необходимо выбрать реакторную технологию и проекты новых энергоблоков, пройти этапы лицензирования и провести все предпроектные работы.

Ольга Кошарная идею возобновления строительства двух энергоблоков Хмельницкой АЭС не поддерживает. Будущее украинской атомной энергетики она видит в реализации проектов более маневренных малых и средних реакторов на площадках существующих АЭС. Собеседница Фокуса напоминает, что для развития этого направления "Энергоатом", а также Государственный центр ядерной и радиационной безопасности в 2019 году подписали меморандум с Holtec International о создании консорциума по изучению и внедрению в Украине технологии малых модульных реакторов SMR-160.

"Построение способных маневрировать новых блоков, проектный срок эксплуатации которых составляет 50 лет и может быть продолжен еще на 50 лет, позволит нам закрыть угольные ТЭС", — заключает Юрий Корольчук.

Мирный атом в каждый дом – миниатюрные атомные реакторы для всех

В последнее время все большее развитие получает концепция автономного энергоснабжения. Будь это загородный дом с его ветряками и солнечными панелями на крыше или деревообрабатывающий завод с отопительным котлом, работающим на отходах производства — опилках, суть не меняется. Мир постепенно приходит к тому, что пора отказываться от централизованного обеспечения теплом и электричеством. Центральное отопление в Европе уже практически не встречается, индивидуальные дома, многоквартирные небоскребы и промышленные предприятия отапливаются самостоятельно. Исключение составляют разве отдельные города северных стран – там централизованное отопление и большие котельные оправданы климатическими условиями.

Что касается автономной электроэнергетики, то к этому все идет – население активно скупает ветряки и солнечные панели. Предприятия ищут способы рационального использования тепловой энергии от технологических процессов, строят собственные тепловые электростанции и тоже скупают солнечные панели с ветряками. Особо повернутые на «зеленых» технологиях даже планируют покрывать солнечными панелями крыши заводских цехов и ангаров.

В конечном итоге это оказывается дешевле, чем покупка необходимых энергетических мощностей из местных энергосетей. Однако, после чернобыльской аварии, все как-то забыли, что самым экологически чистым, дешевым и доступным способом получения тепловой и электрической энергии все равно остается энергия атома. И если на протяжении существования атомной промышленности электростанции с ядерными реакторами всегда ассоциировались с комплексами на гектары площади, огромными трубами и озерами для охлаждения, то целый ряд разработок последних лет призван сломать эти стереотипы.

Мирный атом в каждый дом – миниатюрные атомные реакторы для всех

Сразу несколько компаний заявили что выходят на рынок с «домашними» ядерными реакторами. Миниатюрные станции с размерами от гаражного бокса до небольшого двухэтажного здания готовы поставлять от 10 до 100 МВт в течение 10 лет без дозаправки. Реакторы полностью автономны, безопасны, не требуют обслуживания и по истечении срока службы просто перезаряжаются еще на 10 лет. Чем не мечта для завода по производству утюгов или хозяйственного дачника? Рассмотрим более детально те из них, продажа которых начнется в ближайшие годы.

Toshiba 4S (Super Safe, Small and Simple)

Реактор сконструирован по типу батарейки. Предполагается что такая «батарейка» будет закопана в шахту глубиной 30 метров, а здание над ней будет иметь размеры 221611 метров. Не многим больше хорошего загородного дома? Такой станции понадобится обслуживающий персонал, но это все равно не идет в сравнение с десятками тысяч квадратных метров площади и сотнями рабочих на традиционных АЭС. Номинальная мощность комплекса – 10 мегаватт в течение 30 лет без дозаправки.

Реактор работает на быстрых нейтронах. Подобный реактор установлен и действует с 1980 года на Белоярской АЭС в Свердловской области России (реактор БН-600). Принцип действия описан здесь. В японской установке в качестве охлаждающей жидкости использован расплав натрия. Это позволяет работать поднять температуру работы реактора на 200 градусов Цельсия по сравнению с водой и при обычном давлении. Применение воды в таком качестве дало бы рост давления в системе в сотни раз.

Самое важное – стоимость выработки 1 кВт час для данной установки ожидается на уровне от 5 до 13 центов. Разброс обусловлен особенностями национального налогообложения, разной стоимостью переработки ядерных отходов и стоимостью введения в выведения из эксплуатации самой станции.

Мирный атом в каждый дом – миниатюрные атомные реакторы для всех

Первым заказчиком «батарейки» от Toshiba похоже выступит небольшой городок Galena штат Аляска в США. В настоящее время идет согласование разрешительной документации с американскими правительственными агентствами. Партнером компании в США выступает известная нам компания Westinghouse, впервые поставившая на украинскую АЭС топливные сборки альтернативные российским ТВЭЛ.

Эти американские ребята похоже первыми выйдут на коммерческий рынок миниатюрных ядерных реакторов. Компания предлагает установки от 70 до 25 мегаватт стоимостью примерно по $25-30 миллионов за штуку. Ядерные установки Hyperion могут использоваться как для генерации электроэнергии так и для отопления. Состоянием на начало 2010 года уже поступило более 100 заказов на станции разной мощности, при чем как от частных лиц, так и от государственных компаний. Планируется даже вынести производство готовых модулей за пределы США, построив заводы в Азии и Западной Европе.

Читайте так же:
Itk pdu 8 розеток c13

Реактор работает на том же принципе, что и большинство современных реакторов в атомных электростанциях. Читать здесь. Наиболее близкими по принципу действия являются самые распространенные российские реакторы типа ВВЭР и силовые установки, применяемы на атомных подводных лодках проекта 705 «Лира» (NATO – “Alfa”). Американский реактор практически является сухопутной версией реакторов, устанавливаемы на указанных АПЛ, кстати – самых быстрых подводных лодок своего времени.

В качестве топлива используется нитрид урана, который имеет более высокую теплопроводность по сравнению с традиционным для реакторов ВВЭР керамическим оксидом урана. Это позволяет работать при температуре на 250-300 градусов Цельсия выше, чем водо-водяные установки, что повышает эффективность работы паровых турбин элеткрогенераторов. Здесь все просто – чем выше температура реактора, тем выше температура пара и, как следствие, выше КПД паровой турбины.

В качестве охлаждающей «жидкости» используется свинцово-висмутовый расплав, аналогичный таковому на советских АПЛ. Расплав проходит через три теплообменных контура, снижая температуру с 500 градусов Цельсия до 480. Рабочим телом для турбины могут служить как водяной пар так и перегретый углекислый газ.

Установка с топливом и системой охлаждения имеет массу всего в 20 тонн и рассчитана на 10 лет работы на номинальной мощности в 70 мегаватт без дозаправки. Впечатляют действительно миниатюрные размеры – реактор имеет всего 2.5 метра в высоту и 1.5 метра в ширину! Вся система может перевозиться на грузовиках или железнодорожным транспортом, являясь абсолютным коммерческим мировым рекордсменом по соотношению мощностьмобильность.

Мирный атом в каждый дом – миниатюрные атомные реакторы для всех

По приезду на место, «бочка» с реактором просто закапывается. Доступ к ней или какое-либо обслуживание не предполагается вообще. По истечении гарантийного срока сборка выкапывается и отправляется на завод производителя для перезаправки. Особенности свинцово-висмутового охлаждения дают огромное преимущество в безопасности – не возможен перегрев и взрыв (не растет давление с ростом температуры). Также, при охлаждении сплав застывает, а сам реактор превращается в изолированную толстым слоем свинца железную болванку, не боящуюся механических воздействий. Кстати, именно невозможность работы на малых мощностях (в следствие застывания охлаждающего сплава и автоматического отключения), явилась причиной отказа от дальнейшего использования свинцово-висмутовых установок на АПЛ. По этой же причине – это самые безопасные реакторы из всех, когда либо устанавливавшихся на АПЛ всех стран.

Изначально миниатюрные атомные электростанции разрабатывались компанией Hyperion Power Generation для нужд добывающей промышленности, а именно для переработки горючих сланцев в синтетическую нефть. Оценочные запасы синтетической нефти в горючих сланцах, доступных для переработки имеющимися на сегодня технологиями оценивается в 2.8.-3.3 триллиона баррелей. Для сравнения – запасы «жидкой» нефти в скважинах оцениваются всего в 1.2 триллиона баррелей. Однако процесс переработки сланцев в нефть требует их нагрева с последующим улавливанием испарений, которые затем конденсируются в нефть и побочные продукты. Понятно, что для нагрева нужно где-то брать энергию. По этой причине добыча нефти из сланцев считается экономически нецелесообразной по сравнению с ее импортом у стран ОПЕК. Так что будущее своего продукта компания видит в разных сферах применения.

Мирный атом в каждый дом – миниатюрные атомные реакторы для всех

Например, в качестве мобильной электростанции для нужд военных баз и аэродромов. Здесь тоже интересные перспективы. Так, при ведении мобильных боевых действий, когда войска действуют из так называемых опорных пунктов в определенных регионах, эти станции могли бы питать инфраструктуру «баз». Прямо как в компьютерных стратегиях. С той лишь разницей, что когда задача в регионе выполнена, электростанцию грузят в транспортное средство (самолет, грузовой вертолет, грузовые автомобили, поезд, корабль) и увозят на новое место.

Другое применение в военной сфере – стационарное питание постоянных военных баз и аэродромов. При авиа налете или ракетном ударе база с подземной атомной электростанцией, не требующей обслуживающего персонала, с большей вероятностью сохранит боеспособность. Таким же образом можно питать группы объектов социальной инфраструктуры – системы вобоснабжения городов, административных объектов, больниц.

Ну и промышленно-гражданское применение – системы электропитания небольших городов и поселков, отдельных предприятий или их групп, системы отопления. Ведь эти установки прежде всего вырабатывают тепловую энергию и в холодных регионах планеты могут составить ядро централизованных систем отопления. Так же перспективным компания считает применение таких мобильных электростанций на опреснительных установках в развивающихся странах.

SSTAR (small, sealed, transportable, autonomous reactor)

Маленький, запечатанный, передвижной автономный реактор – проект, разрабатываемый в Lawrence Livermore National Laboratory, США. По принципу действия схож с Hyperion, только в качестве топлива использует Уран-235. Должен иметь срок годности в 30 лет при мощности от 10 до 100 мегаватт.

Размеры должны составлять 15 метров в высоту и 3 в ширину при весе реактора в 200 тонн. Эта установка изначально рассчитывается для применения в недоразвитых странах по схеме лизинга. Таким образом, повышенное внимание уделяется невозможности разобрать конструкцию и извлечь из нее что-либо ценное. Ценное – это уран-238 и оружейный плутоний, которые вырабатываются по мере истечения срока годности.

По окончании действия договора лизинга, получатель должен будет вернуть эту установку в США. Только мне кажется, что это — мобильные заводы по производству оружейного плутония за чужие деньги? 🙂 В прочем, американское государство здесь не продвинулось дальше исследовательских работ, пока нет даже прототипа.

Мирный атом в каждый дом – миниатюрные атомные реакторы для всех

Подводя итог, следует отметить, что пока наиболее реальной является разработка от Hyperion и первые поставки намечены на 2014 год. Думаю, можно ожидать дальнейшего наступления «карманных» АЭС, тем более что похожие работы по созданию подобных станций ведут и другие предприятия, в том числе такие гиганты как Mitsubishi Heavy Industries. А вообще, миниатюрный ядерный реактор — это достойный ответ на всевозможную приливно-отливную муть и прочие невероятно "зеленые" технологии. Похоже, в ближайшем времени мы сможем наблюдать, как снова военные технологии переходят на гражданскую службу.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector