Атомная энергетика и АЭС

Атомная энергетика и АЭС.

Статьи по теме
Искать по теме

Особенности атомных станций

Атомные электростанции (АЭС) – это по существу тепловые электростанции, которые используют тепловую энергию ядерных реакций.

Возможность использования ядерного топлива, в основном урана 235U, в качестве источника теплоты связана с осуществлением цепной реакции деления вещества и выделением при этом огромного количества энергии. Самоподдерживающаяся и регулируемая цепная реакция деления ядер урана обеспечивается в ядерном реакторе. Ввиду эффективности деления ядер урана 235U при бомбардировке их медленными тепловыми нейтронами пока преобладают реакторы на медленных тепловых нейтронах. В качестве ядерного горючего используют обычно изотоп урана 235U, содержание которого в природном уране составляет 0,714 %; основная масса урана – изотоп 238U(99,28%). Ядерное топливо используют обычно в твердом виде. Его заключают в предохранительную оболочку. Такого рода тепловыделяющие элементы называют твэлами, их устанавливают в рабочих каналах активной зоны ректора. Тепловая энергия, выделяющиеся при реакции деления, отводится из активной зоны реактора с помощью теплоносителя, который прокачивают под давлением через каждый рабочий канал или через всю активную зону. Наиболее распространенным теплоносителем является вода, которую тщательно очищают.

Реакторы с водяным теплоносителем могут работать в водном или паровом режиме. Во втором случае пар получается непосредственно в активной зоне реактора.

При деление ядер урана или плутония образуются быстрые нейтроны, энергия которых велика. В природном или слабообогащенном уране, где содержание 235U невелико, цепная реакция на быстрых нейтронах не развивается. Поэтому быстрые нейтроны замедляются до тепловых (медленных) нейтронов. В качестве замедлителей могут используют вещества, которые содержат элементы с малой атомной массой, обладающие низкой поглощающей способностью по отношению к нейтронам. Основными замедлителями являются вода, тяжелая вода, графит.

Схемы АЭС. Технологическая схема АЭС зависит от типа реактора, вида теплоносителя и замедлителя, а также от ряда других факторов. Схема может быть одноконтурной, двухконтурной и трехконтурной. В качестве примера представлена двухконтурная схема АЭС для электростанции с реактором типа ВВЭР. Видно, что это схема близка к схеме КЕС, однако вместо парогенератора на органическом топливе здесь используется ядерная установка.

Двухконтурная схема АЭС для электростанции с реактором типа ВВЭР.

Атомная энергетика и АЭС

1 – реактор; 2 – парогенератор; 3 – турбина; 4 – трансформатор; 5 – генератор; 6 – конденсатор турбины; 7 – конденсатный (питательный) насос; 8 – главный циркулярный насос.

Атомные электростанции так же, как и КЕС, строятся по блочному принципу как в тепломеханической, так и в электрической части.

Ядерное топливо обладает очень высокой теплотворной способностью (1кг 235U заменяет 2 900 т угля), поэтому АЭС особенно эффективно в районах, бедных топливными ресурсами, на пример в европейской части России.

Атомные электростанции выгодно оснащать энергоблоками большой мощностью. Тогда по своим технико-экономическим показателям они не уступают КЕС, а в ряде случаев и превосходят их. В настоящее время разработаны реакторы электрической мощностью 440 и 1000 МВт типа ВВЭР, а так же 1000 и 1500 МВт типа РБМК. При этом энергоблок формируется следующим образом: реактор сочетается с двумя турбоагрегатами (реактор ВВЭР-440 и два турбоагрегата по 220 МВт; реактор ВВЭР-1000 и два турбоагрегата по 500 МВт; реактор РБМК-1500 и два турбоагрегата по 750 МВт) или с турбоагрегатом одинаковой мощности (реактор 1000 МВт и турбоагрегат 1000 МВт единичной мощности).

Перспективными являются АЭС с реакторами на быстрых нейтронах, которые могут использоваться для получения теплоты и электроэнергии, а также я для воспроизводства ядерного топлива. Реактор типа БН имеет активную зону где происходит ядерная реакция с выделением потока быстрых нейтронов. Эти нейтроны воздействуют на элементы из 238U, который обычно в ядерных реакциях не применяется, и превращают его в плутоний 239Pu, который может быть впоследствии использован на АЭС в качестве ядерного топлива. Теплота ядерной реакции отводится жидким натрием и используется для выработки электроэнергии.

Схема выполнения активной зоны реактора

Атомная энергетика и АЭС

Схема АЭС с реактором типа БН трехконтурная, в двух из них используется жидкий натрий (в контуре реактора и промежуточном). Жидкий натрий бурно реагирует с водой и водяным паром. Поэтому, чтобы избежать при авариях контакта радиоактивного натрия первого контура с водой или водяным паром, выполняют второй (промежуточный) контур, теплоносителем в котором является нерадиоактивный натрий. Рабочим телом третьего контура являются вода и водяной пар.

Атомная энергетика и АЭС

Технологическая Схема – (1 – реактор; 2 – теплообменник первого контура; 3 – теплообменник (барабан) второго контура; 4 – паровая турбина; 5 – повышающий трансформатор; 6 – генератор; 7 – конденсатор; 8,9,10 – насосы)

Атомная энергетика в России

Атомная энергетика – это добыча урановой руды, создание ядерного горючего, транспорт его, использование на АЭС, хранение, в том числе и технологическое. Сейчас повсеместно развито длительное хранение облученного ядерного топлива (ОЯТ), но его нужно и перерабатывать. ОЯТ – это мощный энергетический ресурс. И только с помощью энергетики, в том числе и атомной, можно сегодня очистить все накопившиеся загрязнения, включая и радиоактивные – загрязнения, отходы, как это ни парадоксально звучит. Их, к сожалению, набралось 700 млн. кубометров. Причем эти радиоактивные отходы главным образом накопились не в атомной энергетике, а при реализации военных программ – атомная бомба, подводные лодки. Доля загрязнений от атомной энергетики составляет тысячные доли всех радиоактивных отходов. Настал момент, когда развитие нашей науки и техники позволяет использовать в качестве свежего топлива уже отработанное ядерное топливо после малозатратной технологической обработки. Таким образом, решается сразу несколько проблем – экологическая, ресурсосбережения и топливообеспечения, а атомная энергетика выходит в своем развитии на замкнутый топливный цикл.

В атомных реакторах, которые сейчас в основном используются, создаются условия для высвобождения энергии урана-235. Его всего сотые доли в добываемой руде. Ученые мечтают сейчас о термоядерной энергии, где нужно поддерживать температуру в 100 млн. градусов, но таких промышленных технологий еще нет. В ядерном реакторе не требуется запредельных температур. Сейчас мы выходим на использование урана-238, есть реактор БН-600, который позволяет из урана нарабатывать энергетический плутоний.

Атомная энергетика сейчас дает самое дешевое электричество. Если в обычной, тепловой энергетике на органическом топливе в тарифе около 60% составляет стоимость природных ресурсов, топлива (в этом топливе большая доля природно-ресурсной ренты, а не оплаты труда), то стоимость природной составляющей в атомной энергетике составляет 15%, большая часть которой – трудовая компонента. Это и есть фактическая реализация концепции базообновляемой технологии, возобновляемого ресурса – на тысячи лет. Запасов топлива для всей органической энергетики хватит только на несколько десятилетий, в то время как для атомной энергетики – на тысячелетия. Атомная энергетика обеспечивает работой, ведь для нее в большей степени важен возобновляемый ресурс – человеческий труд, а не природный материал.

По технологии атомная отрасль – самая передовая в России.

Россия в лице Государственной корпорации "Росатом" занимает первое место в мире по количеству одновременно сооружаемых АЭС и является абсолютным лидером на рынке конверсии и обогащения урана. Россия – одна из немногих стран, обладающих всеми известными ядерными технологиями, а некоторыми технологиями Россия обладает единолично. Некоторое отставание есть только в области ядерной медицины, но отставание количественное (по масштабу применения), а не качественное. Всего на сегодняшний день в нашей стране эксплуатируется 10 атомных электростанций (в общей сложности 33 энергоблока установленной мощностью 25,2 ГВт), которые вырабатывают около 17 % всего производимого в России электричества. При этом в Европейской части России доля атомной энергетики достигает 30 %, а на Северо-Западе – 37 %. [7]

В декабре 2015 на Белоярской АЭС в энергосистему России выдал свои первые киловатт-часы электроэнергии четвертый блок станции с реактором на быстрых нейтронах БН-800 – прототипом более мощных коммерческих "быстрых" реакторов.

Выводы

Российская Федерация является одной из ведущих держав в области использования атомной энергии в мирных целях, в том числе в производстве электрической и тепловой энергии. Атомная энергетика относится к числу наиболее быстро развивающихся отраслей российской экономики. Кроме того, российская атомная энергетика вступила в новый этап своего развития, начало которого связано с реорганизацией атомных станций и их эксплуатирующей организации – государственного предприятия "Российский государственный концерн по производству электрической и тепловой энергии на атомных станциях" (концерна "Росэнергоатом") путем присоединения к последнему как единой генерирующей компании по производству электрической и тепловой энергии на атомных станциях всех российских атомных станций на правах филиалов во исполнение распоряжения Правительства РФ.

Литература

1. Бадев В.В, Егоров Ю.А, Казаков С.В."Охрана окружающей среды при эксплуатации АЭС", Москва, Энергоатомиздат, 1990 г.

2. Букринский А.М, Сидоренко В.А, и др "Безопасность атомных станций и ее государственное регулирование",Атомная энергия, том 68, вып. 5, май 1990 г.

3. За последние годы серьезно увеличено бюджетное финансирование ядерно-оружейного комплекса РФ – Кириенко/

4. Касьянов В.А. Физика М., ДРОФА, 2003

5. Котенко Е.А. Горное дело и атомная энергетика. Учеб. Пособие М.:Проба 2001

6. Осмачкин Виталий Серафимович Атомная энергетика и ее безопастность М.: Просветление 2000

7. Российский атом // [Электронный ресурс] – http://ruxpert.ru/Атомная_отрасль_России