Энергетика

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.

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.  

3. Гидроэнергетика

Россия  имеет огромный гидроэнергетический  потенциал, но использует его не полностью.

Гидроэнергетика занимает сравнительно небольшое место  во всей энергетической отрасли страны. Основная ее часть сосредоточена в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке.

Электроэнергия  вырабатывается на гидроэлектростанциях (ГЭС). Для работы ГЭС применяют энергию водных потоков. Их мощность напрямую зависит от количества протекающей через них воды и высоты ее падения, поэтому гидроэлектростанции строят на больших реках и водоемах.

Принцип работы ГЭС

Главной составляющей гидроэлектростанций  являются гидравлические турбины. Они  преобразуют энергию воды, текущей под напором, в механическую энергию вращения вала. Турбины бывают разных видов и зависят от скорости течения и напора воды.

Осевые  или пропеллерные турбины рассчитаны на большой расход и малый напор. Ось вращения в таких турбинах чаще всего располагают горизонтально, а саму турбину вертикально, вал выводят из полого водяного канала через уплотнение к внешнему гидрогенератору. Лопасти рабочего колеса турбины могут поворачиваться в соответствии с изменениями напора.

Радиально-осевые турбины используют при повышенных напорах. Вода, в таких турбинах входя  по радиусу, выходит в осевом направлении. Отличаются они лопатками большого диаметра, жестко закрепленными на рабочем колесе.

Ковшовые  гидротурбины используют при очень  больших напорах. Их отличает наличие  от одного до шести сопел кругового  сечения, создающих водяные струи, падающие на лопасти рабочего колеса. Перекрыванием проходного сечения сопел можно регулировать расход воды. Лопасть рабочего колеса имеет форму двойного ковша, а само колесо работает в воздухе. Такую турбину называют свободноструйной или активной, потому что в соплах напор падает до нуля и сила, действующая на лопасти, создается ударом струи.

Конструкция гидрогенератора зависит от частоты  вращения и мощности гидротурбины. Его устанавливают вертикально на подпятниках с соответствующими направляющими подшипниками. В него также входит замкнутая система воздушного охлаждения с теплообменниками и возбудитель.

Искусственные водохранилища, необходимые для  работы гидравлических турбин, создают с помощью перекрытия рек плотинами. Плотины увеличивают напор воды, этим повышают мощность гидроэлектростанций. Еще плотины позволяют предотвратить паводковые затопления и создают запас воды для населения.

Преимущества  ГЭС

Гидроэнергоресурсы считаются возобновляемым источником энергии, благодаря этому гидроэлектростанции производят наиболее дешевую электроэнергию. Достоинствами ГЭС можно считать экономию топлива, снижение загрязнения окружающей среды.

Для того чтобы наиболее полно использовать весь потенциал гидроэлектростанций, в общую энергосистему зачастую включают тепловые электростанции. Это позволяет переводить ГЭС в режим пиковой мощности при меньшей нагрузке.

Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) имеют массу  преимуществ. Они могут работать в насосном и турбинном режимах. Насосный режим позволяет перекачивать воду из низового водоема в верховой, тем самым, запасая ее на случай повышенных нагрузок. Для ГАЭС проще выбрать место размещения, потому что они требуют меньше воды. На них есть возможность использовать более крупные и эффективные гидрогенераторы.

Смешанный тип гидроэлектростанций ГЭС  с ГАЭС позволяет накапливать  больше воды и вырабатывать больше энергии за более длительный период.

Недостатки  ГЭС

К недостаткам  гидроэлектростанций можно отнести  то, что их строительство занимает очень длительный период и стоит очень дорого. Создание крупных водохранилищ ведет к затоплению ценных земель, а строительство плотин препятствует естественной миграции рыб. Вода, использованная в турбинах гидроэлектростанций, становится «мертвой», в ней погибают все микроорганизмы.

4. Альтернативная  энергетика

Поиск и применение альтернативных источников энергии позволит решить ряд важных для России проблем. Это позволит экономить небезграничные запасы топлива, сократить растущее загрязнение окружающей среды. Благотворно повлияет на энергетическую безопасность страны и даст энергетическую независимость отдельным ее районам.

В настоящее  время разработаны и применяются  различные способы использования  нетрадиционных источников энергии.

Одним из основных способов получения энергии, является использование солнечной энергии, потому что ее много и она относится к возобновляемым энергоресурсам. Энергию солнца накапливают коллекторные поверхности, а затем ее преобразуют в электричество с помощью фотоэлектрических преобразователей. Электроэнергию от солнца можно также получить с помощью нагрева теплоносителя, который производит работу в том или ином термодинамическом цикле. Такой способ получения электроэнергии является наиболее безопасным для окружающей среды.

Для получения  электроэнергии можно использовать энергию ветра. Самым распространенным видом ветровых установок является турбина крыльчатого типа с горизонтальным валом. Их преимуществом считается возможность прямого соединения с генератором электрического тока без использования мультипликатора, что повышает их КПД. Карусельные ветродвигатели более тихоходны, в них используют многополюсные генераторы, которые не имеют широкого распространения. Наличие мультипликаторов существенно снижает их КПД. К преимуществам таких установок можно отнести простоту эксплуатации, возможность следить за ветром и отсутствие риска потерпеть аварию при сильных порывах ветра.

Гидроэнергия  считается одним из самых дешевых  и чистых возобновляемых энергоресурсов. Успешно себя зарекомендовало использование бесплотинных микро-ГЭС для речек, речушек и даже ручьев. Они имеют небольшой размер и способны снабжать энергией небольшое крестьянское хозяйство.

Использование волновой энергии также весьма перспективно. Источником энергии в этом случае являются океанские волны. Приливные ГЭС, использующие перепад уровней воды, имеют достаточно хорошие экономические показатели. Но размещение таких ГЭС возможно не везде, это является их основным недостатком.

Получение электроэнергии возможно при использовании  геотермальной энергии. Тепло выделяется вследствие радиоактивного распада веществ в земном ядре. Температура получается настолько высокой, что подземные воды нагреваются и превращаются в пар. Геотермальные ресурсы в основном сосредоточены в вулканических зонах. Геотермальная электростанция представляет собой систему, в которой геотермальный пар работает в паровой турбине, или с помощью него можно нагревать другую жидкость, которая будет работать в паровой турбине. Недостатком таких электростанций также является их географическое размещение.

Обширный  класс энергоресурсов представляет биомасса. Получение энергии в этом случае возможно посредством ее сжигания, газификации, пиролиза, биохимической переработки, анаэробного сбраживания. Для пополнения запасов биомассы было предложено выращивание быстрорастущих и других растений. При правильном ведении хозяйства такой энергоресурс может стать восполняемым.

В качестве альтернативного источника энергии  также выступает биогаз, получаемый из биореакторов путем переработки органических отходов.

Получение электроэнергии из мусора может стать очень полезным способом с точки зрения защиты окружающей среды.