Атомная энергетика

Доля  в установленной мощности - 11,5%

Доля  в выработке электроэнергии - 15,6%

Доля  выработки в Европейской части  России - 29,3%

Годовой объем замещения газа =~ 40 млрд. м3

      Особенностями размещения предприятий атомной промышленности является то, что они могут находиться в отдалённых районах и не зависят от местоположения источников топлива, так как они используют уран, который имеет большое удельное содержание энергии. Но атомные реакторы нельзя располагать вблизи густонаселённых районов в связи с опасностью аварии. А также есть недостатки, связанные со сложностью строительства и эксплуатации, а также с трудностями связанными с переработкой и захоронением ядерных отходов, демонтажем ядерных установок АЭС (через 25-30 лет их работы).

      Атомная энергетика обладает весомыми, базовыми особенностями по сравнению с  другими энерготехнологиями:

• ядерное топливо имеет в миллионы раз большую концентрацию энергии и неисчерпаемые ресурсы, на 1 кг урана - атомные станции приходиться 5 вагонов угля - тепловые станции, чтоб произвести одинаковую выработку электроэнергии;
• отходы атомной энергетики имеют относительно малые объёмы и могут быть надёжно локализованы, а наиболее опасные из них можно «сжигать» в ядерных реакторах.  
  Приведем некоторые цифры:

      При ежегодной сжигании топлива на ТЭЦ, КЭС,ТЭЦ во всем мире происходит выброс «9 млрд.тонн усл. топлива в атмосферу, 20 млрд.тонн СО2 и 700 млн. тонн пыли, газа и парообразных соединений»⁷.

      Тем более при нормальных условиях работы, и при высококвалифицированном персонале конечно, атомные станции имеют самые большие приоритеты.

   Даже  если принять реальную эффективность очистки дымов, газов от золы - 98,5%, то доля облучения от ТЭС за счет радионуклидов превышает аналогичную дозу вблизи АЭС с реакторами ВВЭР в 40 раз.

Это открывает  принципиально новые возможности  и перспективы:

• в реализации такого топливного цикла, при котором из ограниченных природных запасов топливного сырья в течение тысячелетий можно получать необходимое количество энергии для удовлетворения энергопотребности человечества при любом прогнозируемом сценарии развития цивилизации;
• в осуществлении такого замкнутого технологического цикла, при котором воздействие атомной энергетики на окружающую среду будет существенно меньше, чем воздействие других традиционных энерготехнологий;
• в развитии энергетики для удалённых районов и для крупных транспортных средств;
• в замещении ядерным топливом органического топлива, которое в отличие от первого может быть эффективно использовано для других целей: химический синтез, транспорт и т.д.

      Таким образом, атомная энергетика потенциально обладает всеми необходимыми качествами для постепенного замещения значительной части- энергетики на ископаемом органическом топливе и становления в качестве доминирующей энерготехнологии.

      Создание  необходимых предпосылок и реализация принципиальных особенностей атомной  энергетики составляют основное содержание стратегии её развития.

      Востребованность  принципиальных особенностей атомной энергетики будет означать востребованность крупномасштабной атомной энергетики.

      Значение  развития ядерной технологии и атомной  энергетики для России определяется её национальными интересами:

• ядерные технологии в рассматриваемый период остаются основой обороноспособности России;
• атомная энергетика без ограничений со стороны дешевого и общедоступного топлива открывает новые возможности в развитии экономики России;
• крупномасштабная атомная энергетика переносит центр тяжести в энергетическом производстве с топливодобывающих отраслей и транспорта топлива на современные наукоёмкие ядерные и сопутствующие неядерные технологии, а в экспорте - с топливного сырья на продукцию этих технологий, что даст новый импульс социальному и культурному развитию России;
• развивающаяся атомная энергетика позволит избежать опасностей, связанных с исчерпанием органического топлива и международными конфликтами из-за его источников, что будет способствовать стабилизации международной обстановки;
• вовлечение плутония из сокращаемых ядерных боеголовок и ядерного топлива (ЯТ) в сбалансированный по нему замкнутый топливный цикл быстрых реакторов будет способствовать режиму нераспространения; с переводом же в дальнейшем тепловых реакторов в торий-урановый цикл, построенный подобным образом, отпадёт нужда в технологиях обогащения урана и выделения Ри или 233U, что будет являться важной технологической предпосылкой к полному запрещению ядерного оружия и значительным фактором увеличения глобальной безопасности;
• способствуя безопасному экономическому и социальному развитию и сохранению среды обитания, атомная энергетика будет давать весомый вклад в рост продолжительности и качества жизни граждан России.

Таким образом, у атомной энергетики большое  будущее, ей надо заниматься, инвестировать государственные средства, привлекать учёных, может даже и зарубежных, за атомной энергетикой будущее, о чём и будет сказано далее в этом реферате. 
2.  ПЕРСПЕКТИВЫ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ 

     Ожидаемое к середине XXI века почти удвоение населения Земли, в основном за счёт развивающихся стран, и приобщение их к индустриальному развитию может привести к удвоению мировых потребностей в первичной и к утроению (до 6000 ГВт) в электрической энергии. Атомная энергетика, отвечающая требованиям крупномасштабной энергетики по безопасности и экономике, могла бы взять на себя существенную часть прироста мировых потребностей в топливе и энергии [~4000 ГВт (эл.)]. Развитие к середине века мировой атомной энергетики такого масштаба явилось бы радикальным средством стабилизации потребления обычных топлив и предотвращения следующих кризисных явлений:

· истощения  дешёвых ресурсов углеводородных топлив и возникновение конфликтов вокруг их источников, дестабилизации мирового топливного цикла;

· достижения опасных пределов выбросов продуктов химического горения.

      Мирное  использование атомной энергии  давно вышло за рамки дискуссионной  проблемы. Атомная энергия - единственный вне биосферный источник энергии, доступный  человечеству. Повсеместно атомная  энергетика на своей первой стадии развития технологии находит нишу экономической эффективности, что подтверждает мировая выработка электроэнергии на ее основе в 2291 ТВтч (1998 г.). Практически 95% производства электроэнергии сосредоточено в 16 странах мира (рис. 1), из них 7 стран - 75%. Естественно, что последние вносят наибольший вклад в развитие атомных технологий. 
 
 

Рис. 1. Атомная энергетика⁸

     Синдром чернобыльской катастрофы к настоящему времени преодолен. Однако при лицензировании дальнейшего использования атомной энергетики требование естественной безопасности должно быть определяющим. При этом подразумевается, что при любой самой тяжелой, маловероятной аварии реактора ее последствия локализуются в пределах атомной станции (АЭС) без воздействия на окружающую биосферу. Мировой опыт использования атомной энергии подтверждает, что создание атомных реакторов с естественной безопасностью технологически осуществимо.

     Весь  предшествующий опыт позволят рассматривать три технологических этапа развития атомной энергетики.

     Первый  этап развития атомной энергетики еще  не завершен. Его отличительной особенностью является использование атомных  технологий, созданных в процессе разработки атомного оружия. Основой атомной энергетики были тепловые реакторы, обеспеченные ограниченным количеством дешевого топлива. Поэтому требовалось создание реакторов размножителей на быстрых нейтронах. Урановый бланкет, высокий коэффициент воспроизведения топлива и трехконтурная система определяли достаточно высокую стоимость реактора. Во Франции, например, возникают финансовые проблемы вывода из эксплуатации реактора Суперфеникс. Имеют место определенные трудности с бридерами и в Японии. Если принимать во внимание всю критику атомной энергетики первого теневого этапа ее развития, то можно забыть о главном ее принципиальном достоинстве.

     В США (17% от общей выработки электроэнергии (ОВЭ) в 1998 г. производятся на АЭС), например, намерены к 2020 г. вывести из эксплуатации по завершению лицензионного ресурса до 41% АЭС. В то же время намечается процесс обновления технологий АЭС и соответствующего продления лицензионного срока. В 1999 г. частной компанией Boston Edison осуществлена после 27 лет эксплуатации первая продажа Pilgrim АЭС за 121 долл./кВт. Покупатель Entergy надеется повысить ее эффективность и обеспечить конкурентность в условиях рассредоточенной энергетики. Ведутся переговоры о покупке и других АЭС. Поэтому прогноз выработки ресурса может быть скорректирован. Пока планы существенного сокращения установленных мощностей АЭС в США как ведущего производителя искажают картину перспектив развития мировой атомной энергетики.

     Во  Франции (75% от ОВЭ) вводились в эксплуатацию АЭС и в 90-х годах, что предопределяет использование современных атомных технологий. Поэтому при большой заинтересованности сохранения эффективного энергетического потенциала во Франции следует ожидать развития работ по реконструкции атомных технологий и продлению лицензионного срока эксплуатации АЭС.

     В Швейцарии (>40% от ОВЭ) намерены несколько  увеличить мощность за счет обновления (upgrate) АЭС, если общественное мнение по достоинству оценит экологическую  чистоту атомной энергетики и  референдум подтвердит право на ее существование.

     Япония (36% от ОВЭ) намерена сохранить пропорции АЭС за счет замены ресурсных реакторов новыми, развивая исследования в области перспективных атомных технологий.

     Таким образом, если отбросить политические наслоения, то можно считать, что  первый этап развития атомной энергетики обеспечил создание высокоэффективной энергетической технологии, открывшей человечеству перспективу энергетической независимости при сохранении гармонии биосферы.

     Второй  этап развития атомной энергетики базируется на опыте разработки и эксплуатации АЭС первого этапа и создании специализированных топливо энергетических циклов. Примером тому могут служить отечественные исследования. 
 Предлагается изменить структуру атомной энергетики (рис.2).  

Рис. 2. Структура атомной энергетики⁹

     Основой энергетики становится реактор на быстрых  нейтронах почти с малым коэффициентом  размножения и свинцовым теплоносителем. Указанные меры позволят не только снизить стоимость реактора, но и существенно его упростить с достижением требуемой инженерной безопасности и экономических показателей. При этом полностью решается проблема топлива для реакторов деления.

     Намечается  разработка равновесного радиационного  цикла использования ядерного топлива, когда захоронение отходов в месте добычи не повышает ранее существовавший радиационный фон. Таким образом, предлагается на детерминистской основе решить проблему радиационного баланса планеты.

     В результате к 2020 г. возможно на быстрых  безопасных реакторах более чем удвоить установленную мощность АЭС России (рис. 3).

Рис. 3. Мощность АЭС России в будущем¹⁰

     За 50 лет установленная мощность АЭС  может достичь современного уровня электроэнергетики России и вытеснить ТЭС на огневом топливе. При этом АЭС будут обеспечены топливом на сотни лет. Представленные темпы развития атомной энергетики, как показал опыт Франции, реальны только при государственном подходе к этой проблеме.

     Третий этап развития на основе технологического задела первого этапа может принципиально изменить структуру энергопользования человечества. Речь идет о полном исключении углеродных топлив как энергоисточника.

     В самом деле, в Японии работает высокотемпературный атомный реактор (ВТАР) естественной безопасности с гелиевым теплоносителем. Реактор с тепловой мощностью 30 МВт имеет выходную номинальную температуру газа 850-950 0С, оснащен необходимым оборудованием для разработки высокотемпературных технологий. На нем будут отрабатываться известные тепловые циклы с использованием газовых турбин, что позволит существенно повысить термический КПД с 0.35 для тепловых реакторов до 0.7).

     Однако  новым направлением является разработка технологии производства водорода. С  этой целью предполагается изучить технологию на основе трехступенчатой иодо-серной реакции. Первая стадия - экзотермическая реакция (200^оC), когда в воду добавляются реагенты

     хI₂+SO₂+2H₂0=2HIx+H₂SO₄¹¹

     Далее продукт реакции разделяется, и  серная кислота при температуре более 800^оС разлагается

     H₂SO₄=H₂O+SO₂+0.5O₂,

     и при 400^о С

     2HI=H₂+I₂.¹²

     После чего кислород и водород как целевые  продукты используются по назначению, а компоненты SO₂, I₂ возвращаются в реактор для обеспечения цикла. После отработки технологии может быть создан химический атомный реактор (ХАР), который послужит промышленной основой водородной энергетики.