Атомная электростанция

Атомная электростанция

А́томная  электроста́нция (АЭС) — комплекс технических сооружений, предназначенных для выработки электрической энергии путём использования энергии, выделяемой при контролируемой ядерной реакции.

История

Во второй половине 40-х гг., еще до окончания работ по созданию первой атомной бомбы (ее испытание, как известно, состоялось 29 августа 1949 года), советские ученые приступили к разработке первых проектов мирного использования атомной энергии, генеральным направлением которого сразу же стала электроэнергетика.

В 1948 г. по предложению  И.В. Курчатова и в соответствии с заданием партии и правительства  начались первые работы по практическому  применению энергии атома для получения электроэнергии [1]

В мае 1950 года близ поселка Обнинское Калужской области начались работы по строительству первой в мире АЭС.

Первая в мире атомная электростанция мощностью 5 МВт была запущена 27 июня 1954 года в  СССР, в городе Обнинск, расположенном  в Калужской области. В 1958 была введена  в эксплуатацию 1-я очередь Сибирской АЭС мощностью 100 МВт (полная проектная мощность 600 МВт). В том же году развернулось строительство Белоярской промышленной АЭС, а 26 апреля 1964 генератор 1-й очереди дал ток потребителям. В сентябре 1964 был пущен 1-й блок Нововоронежской АЭС мощностью 210 МВт. Второй блок мощностью 350 МВт запущен в декабре 1969. В 1973 г. запущена Ленинградская АЭС.

За пределами  СССР первая АЭС промышленного назначения мощностью 46 МВт была введена в  эксплуатацию в 1956 в Колдер-Холле (Великобритания).Через год вступила в строй АЭС мощностью 60 МВт в Шиппингпорте (США).

Мировыми лидерами в производстве ядерной электроэнергии являются: США (788,6 млрд кВт·ч/год), Франция (426,8 млрд кВт·ч/год), Япония (273,8 млрд кВт·ч/год), Германия (158,4 млрд кВт·ч/год) и Россия (154,7 млрд кВт·ч/год).

На начало 2004 года в мире действовал 441 энергетический ядерный реактор, российское ОАО  «ТВЭЛ» поставляет топливо для 75 из них.

Крупнейшая АЭС  в Европе — Запорожская АЭС[2] у г. Энергодар (Запорожская область, Украина), строительство которои начато в 1980 г. и на середину 2008 г. работают 6 атомных реактора суммарной мощностью 6 ГигаВатт.

Крупнейшая АЭС  в мире Касивадзаки-Карива по установленной  мощности (на 2008 год) находится в  Японском городе Касивадзаки префектуры Ниигата — в эксплуатации находятся пять кипящих ядерных реакторов (BWR) и два продвинутых кипящих ядерных реакторов (ABWR), суммарная мощность которых составляет 8,212 ГигаВатт.

Классификация

По типу реакторов

Атомные электростанции классифицируются в соответствии с установленными на них реакторами:

Реакторы на тепловых нейтронах, использующие специальные  замедлители для увеличения вероятности  поглощения нейтрона ядрами атомов топлива 

Реакторы на лёгкой воде

Реакторы на тяжёлой воде

Реакторы на быстрых нейтронах

Субкритические  реакторы, использующие внешние источники  нейтронов

Термоядерные  реакторы 

По виду отпускаемой  энергии

Атомные станции  по виду отпускаемой энергии можно  разделить на:

Атомные электростанции (АЭС), предназначенные для выработки  только электроэнергии

Атомные теплоэлектроцентрали (АТЭЦ), вырабатывающие как электроэнергию, так и тепловую энергию 

Однако, на всех атомных станциях России есть теплофикационные установки, предназначенные для  подогрева сетевой воды.

Принцип действия 
 
 
 
 
 
 
 
 

На рисунке показана схема работы атомной электростанции с двухконтурным водо-водяным энергетическим реактором. Энергия, выделяемая в активной зоне реактора, передаётся теплоносителю первого контура. Далее теплоноситель поступает в теплообменник (парогенератор), где нагревает до кипения воду второго контура. Полученный при этом пар поступает в турбины, вращающие электрогенераторы. На выходе из турбин пар поступает в конденсатор, где охлаждается большим количеством воды, поступающим из водохранилища.

Компенсатор давления 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).

Помимо воды, в различных реакторах в качестве теплоносителя может применяться  также расплавленный натрий или  газ. Использование натрия позволяет  упростить конструкцию оболочки активной зоны реактора (в отличие  от водяного контура, давление в натриевом контуре не превышает атмосферное), избавиться от компенсатора давления, но создаёт свои трудности, связанные с повышенной химической активностью этого металла.

Общее количество контуров может меняться для различных  реакторов, схема на рисунке приведена для реакторов типа ВВЭР (Водо-Водяной Энергетический Реактор). Реакторы типа РБМК (Реактор Большой Мощности Канального типа) использует один водяной контур, а реакторы БН (реактор на Быстрых Нейтронах) — два натриевых и один водяной контуры.

В случае невозможности  использования большого количества воды для конденсации пара, вместо использования водохранилища, вода может охлаждаться в специальных  охладительных башнях (градирнях), которые  благодаря своим размерам обычно являются самой заметной частью атомной электростанции. 

Достоинства и недостатки 

Достоинства атомных  станций:

Отсутствие вредных  выбросов;

Выбросы радиоактивных  веществ в несколько раз меньше угольной эл. станции аналогичной  мощности (зола угольных ТЭС содержит процент урана и тория, достаточный для их выгодного извлечения);

Небольшой объём  используемого топлива и возможность  его повторного использования после  переработки;

Высокая мощность: 1000—1600 МВт на энергоблок;

Низкая себестоимость  энергии, особенно тепловой. 

Недостатки атомных станций:

Облучённое топливо  опасно, требует сложных и дорогих  мер по переработке и хранению;

Нежелателен режим  работы с переменной мощностью для  реакторов, работающих на тепловых нейтронах;

Последствия возможного инцидента крайне тяжелые, хотя его вероятность достаточно низкая;

Большие капитальные  вложения, как удельные, на 1 МВт установленной  мощности для блоков мощностью менее 700—800 МВт, так и общие, необходимые  для постройки станции, её инфраструктуры, а также в случае возможной  ликвидации. 

Безопасность атомных электростанций

Надзор за безопасностью  российских АЭС осуществляет Ростехнадзор.

Ядерная безопасность регламентируется следующими документами:

Общие положения  обеспечения безопасности атомных  станций. ОПБ-88/97 (ПНАЭ Г-01-011-97)

Правила ядерной безопасности реакторных установок атомных станций. ПБЯ РУ АС-89 (ПНАЭ Г — 1 — 024 — 90)

Радиационная  безопасность регламентируется следующими документами:

Санитарные правила  атомных станций. СП АС-99

Основные правила  обеспечения радиационной безопасности. ОСПОРБ-02 

Перспективы

Несмотря на указанные недостатки, атомная энергия  представляется самой перспективной. Альтернативные способы получения  энергии, за счёт энергии приливов, ветра, Солнца, геотермальных источников и др. на данный момент отличаются невысоким уровнем добываемой энергии и её низкой концентрацией. К тому же данные виды получения энергии несут в себе собственные риски для экологии и туризма («грязное» производство фотоэлектрических элементов, опасность ветряных станций для птиц [4][5], изменение динамики волн[6].

Академик Анатолий Александров: «Ядерная энергетика крупных  масштабов явится величайшим благом для человечества и разрешит целый  ряд острых проблем».

В настоящее  время разрабатываются международные  проекты ядерных реакторов нового поколения, например ГТ-МГР, которые позволят повысить безопасность и увеличить КПД АЭС. 

Россия приступила к строительству первой в мире плавающей АЭС, позволяющей решить проблему нехватки энергии в отдалённых прибрежных районах страны.[источник?]

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.[7] 

Производство  водорода 

Правительством  США принята Атомная водородная инициатива. Ведутся работы (совместно с Южной Кореей) по созданию атомных реакторов нового поколения, способных производить в больших количествах водород. INEEL (Idaho National Engineering Environmental Laboratory) прогнозирует, что один энергоблок атомной электростанции следующего поколения будет производить ежедневно водород, эквивалентный 750000 литров бензина.

Финансируются исследования возможностей производства водорода на существующих атомных электростанциях. 
 

Термоядерная  энергетика 

Ещё более интересной, хотя и относительно отдалённой перспективой выглядит использование энергии ядерного синтеза. Термоядерные реакторы, по расчётам, будут потреблять меньше топлива на единицу энергии, и как само это топливо (дейтерий, литий, гелий-3), так и продукты их синтеза нерадиоактивны и, следовательно, экологически безопасны.

В настоящее  время при участии России на юге  Франции ведётся строительство  международного экспериментального термоядерного  реактора ITER. 

Строительство АЭС

Выбор площадки 

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 населенным 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;

площадка строительства  располагается у водоемов и рек, на прибрежных незатапливаемых паводковыми  водами территориях;

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.