Олимпиада
"Атомное образование в России"
Принять участие в Олимпиаде

Атомная промышленность в мире

Все большее количество стран — и развитых, и развивающихся, — сегодня приходят к необходимости начала освоения мирного атома. Сегодня в мире обозначилась тенденция, получившая название «ядерный ренессанс». Самые сдержанные прогнозы говорят о том, что в перспективе 2030 года на планете будет эксплуатироваться до 500 энергоблоков (для сравнения, сейчас их насчитывается 435).

Ежегодно атомные станции в Европе позволяют избежать эмиссии 700 миллионов тонн СО2, а в Японии — 270 миллионов тонн СO2. Действующие АЭС России ежегодно предотвращают выброс в атмосферу 210 млн тонн углекислого газа. По этому показателю наша страна находится лишь на четвертом месте в мире.

Больше всего АЭС (63 АЭС, 104 энергоблока) эксплуатируется в США. На втором месте идет Франция (58 энергоблоков), на третьем — Япония (50 блоков). Для сравнения: в России эксплуатируется 10 АЭС (33 энергоблока).

В данный перечень также вошли 6 реакторов на Тайване (Китай).

По данным МАГАТЭ на 26.06.2012.

Крупнейшая в мире АЭС — это Kashiwazaki Kariva (Япония) мощностью 8200 МВт (7 реакторов типа BWR установленной мощностью 110—1356 МВт). Cамая крупная в Европе — это Запорожская АЭС (Украина) мощностью 6000 МВт (6 реакторов ВВЭР-1000). В России наибольшую мощность имеют Балаковская, Ленинградская, Калининская и Курская АЭС (по 4 реактора мощностью 1000 МВт каждый).

Глобальное потепление — опасный процесс постепенного увеличения среднегодовой температуры атмосферы Земли и Мирового океана. Одна из его причин — «парниковый эффект»: увеличение содержания в атмосфере углекислого газа (СО2), метана (CH4), закиси азота (N2O), перфторуглеродов (ПФУ), гидрофторуглеродов (ГФУ) и гексафторида серы (SF6). Оно сопровождается повышением средней температуры воздуха у поверхности Земли. Из-за него за период с 1906 по 2005 годы средняя температура Земли поднялась на 0,74 градуса по Цельсию.

Последствия климатических изменений проявляются уже сейчас, в том числе в виде увеличения частоты и интенсивности опасных погодных явлений, распространении инфекционных заболеваний. Другие возможные последствия - изменение частоты и интенсивности выпадения осадков, таяние ледников и повышение уровня моря, рост угроз для экосистем и биоразнообразия. Все эти факторы наносят значительный экономический ущерб, угрожают стабильному существованию экосистем, а также здоровью и жизни людей. 

По прогнозам исследователей из Аризонского университета (США), если глобальное потепление продолжится, и уровень средней температуры повысится лишь на 2 градуса по Цельсию, к 2100 году уровень моря повысится по сравнению с существующим на 1 метр. В Америке это обернется затоплением 9-10% территории в 180 прибрежных городах. Кроме того, будут затоплены многие города и поселки в Юго-Восточной Азии. В частности, пострадают

Калькутта, Бангкок, Шанхай. Довольно тяжело придется и жителям Санкт-Петербурга. А по более серьезным прогнозам уровень повышения вполне может составить от 2 до 4 метров.

Выводы ученых говорят о том, что продолжающиеся климатические изменения могут в будущем привести к еще более опасным последствиям, если человечество не предпримет соответствующих предупредительных мер. В частности, ученые доказали, что оттаивание почв в зонах вечной мерзлоты может в десятки раз ускорить выработку и выброс в атмосферу закиси азота N2O, который обладает парниковым эффектом.

Для борьбы с климатическими изменениями в декабре 1997 года в Киото представителями 159 стран мира было подписано так называемое Киотское соглашение об уменьшении выбросов «парниковых» газов. Новое соглашение должно было быть подписано в Копенгагене с 7 по 18 декабря 2009 года, однако странам-участникам конференции не удалось прийти к консенсусу.

По оценкам Международного энергетического агентства, выбросы углекислого газа в 2010 году побили все предыдущие рекорды и составили 30,6 гигатонны. Предыдущий рекорд по выбросам CO2 был поставлен в 2008 году и составил 29,3 гигатонны (в 2009 году выбросы упали из-за финансового кризиса).

Основной вклад в выбросы CO2 внесло сжигание угля, на втором месте находится нефть (36 процентов), а на третьем - газ (20 процентов). Развитые страны «ответственны» за 40% попавшего в атмосферу углекислого газа. При этом доля выбросов, пришедшаяся на развивающиеся страны, - в первую очередь, Китай и Индию - заметно выросла по сравнению с 2009 годом.

Эксперты предупреждают, что такой уровень выбросов не позволит удержать рост температуры к 2020 году на отметке 2 градуса - порог, о котором договорились государственные лидеры на 16-й конференции ООН по изменению климата, которая прошла в 2010 году в Канкуне. Для реализации согласованного на конференции сценария, необходимо, чтобы предельный ежегодный объем выбросов углекислого газа не превышал 32 гигатонны.

Одной из мер по борьбе с «глобальным потеплением» признано более широкое использование неуглеродных и возобновляемых источников энергии (в том числе атомной энергетики).

На АЭС происходит три взаимных преобразования форм энергии: ядерная энергия переходит в тепловую, тепловая – в механическую, механическая – в электрическую.

На деле это выглядит так. Основой станции является реактор – конструктивно выделенный объем, куда загружается ядерное топливо и где протекает управляемая цепная реакция. Уран-235 делится медленными (тепловыми) нейтронами, в результате выделяется огромное количество тепла. Оно отводится из активной зоны теплоносителем - жидким или газообразным веществом, проходящим через ее объем. В качестве теплоносителя чаще всего используются вода, а в реакторах на быстрых нейтронах – расплавы металлов (например, натрия в реакторе БН-600). Так осуществляется самое сложное превращение: ядерной энергии – в тепловую.

Тепло, отбираемое теплоносителем в активной зоне реактора, используется для получения водяного пара, вращающего турбину электрогенератора. Механическая энергия пара, образующегося в парогенераторе, направляется к турбогенератору, где она превращается в электрическую и дальше по проводам поступает к потребителям. Так протекают второе и третье преобразования. Затем пар охлаждается, и водный конденсат вновь возвращается в реактор – на повторное использование.

Какие типы реакторов бывают и в чем разница?

В России эксплуатируется два типа реакторов. Для одноконтурной АЭС (реакторы РБМК, то есть «реактор большой мощности канальный») теплоноситель – паровая смесь – образуется в самом реакторе, разделяется на воду, которая возвращается в контур принудительной циркуляцией, и пар, который направляется затем на турбину. Поэтому для одноконтурной АЭС нет четкого разделения на первый и второй контуры, и всё оборудование станции радиоактивно, хотя и в разной степени. Если контур теплоносителя (вода) и рабочего тела (пара) разделены, то такие АЭС называются двухконтурными. Пример – реакторы ВВЭР («водо-водяной энергетический реактор»), их на российских АЭС больше всего.

У всех реакторов – собственное топливо и другие особенности. На станциях с реакторами РБМК сам реактор представляет собой графитовую кладку (графит выполняет функцию замедлителя нейтронов), в которой расположены технологические каналы с ядерным топливом. Вода, проходя через технологические каналы, нагревается до кипения. В барабан-сепараторе пар отделяется от воды и затем подается на турбину, то есть на турбину поступает пар, образующийся при кипении воды в активной зоне реактора. После охлаждения в конденсаторе пар конденсируется, и вода с помощью насосов возвращается в реактор. Охлаждение конденсатора осуществляется водой из пруда-охладителя с помощью насоса.

На двухконтурных АЭС с реакторами типа ВВЭР контур теплоносителя работает в радиационных условиях и называется первым контуром. Теплоноситель (вода под давлением без кипения) главным циркуляционным насосом подается в реактор, где он нагревается и далее поступает в парогенератор, где отдает теплоту пару. Механическая энергия пара, образующегося в парогенераторе, направляется к турбогенератору, где она превращается в электрическую и дальше поступает к потребителям. Вода первого контура, проходя через активную зону реактора, где находится ядерное топливо, становится радиоактивной. Поэтому все оборудование первого контура находится в защитной оболочке. Контур пара является не радиоактивным и называется вторым контуром. Пар, вырабатываемый в парогенераторе, направляется на турбогенератор. После турбогенератора пар попадает в конденсатор, где конденсируется и насосом конденсат попадает в парогенератор. Потом конденсат охлаждается в оборотной системе охлаждения. Такие системы бывают разных видов – с градирнями, прудами-охладителями или брызгальными бассейнами.

Что представляет из себя АЭС?

Атомная станция в любой стране обычно представляет собой комплекс зданий, в которых размещено соответствующее технологическое оборудование. Основным является главный корпус, где находится реакторный зал. В нем размещается сам реактор, бассейн выдержки ядерного топлива, перегрузочная машина (для осуществления перегрузок топлива), за всем этим наблюдают операторы с блочного щита управления (БЩУ).

Основным элементом реактора является активная зона. Она размещена в бетонной шахте. Обязательными компонентами любого реактора являются система управления и защиты, позволяющая осуществлять выбранный режим протекания управляемой цепной реакции деления, а также система аварийной защиты – для быстрого прекращения реакции при возникновении аварийной ситуации. Все это смонтировано в главном корпусе.

Есть также второе здание, где размещается турбинный зал: парогенераторы, сама турбина. Далее по технологической цепочке следуют конденсаторы и высоковольтные линии электропередач, уходящие за пределы площадки станции. На территории находятся также корпус для перегрузки и хранения в специальных бассейнах отработавшего ядерного топлива, административные здания. Кроме того, станции комплектуются, как правило, какими-то элементами оборотной системы охлаждения – градирнями (бетонная башня, сужающаяся кверху), прудом-охладителем (это либо естественный водоем, либо искусственно созданный) или брызгальными бассейнами (большие бассейны с разбрызгивающими устройствами).

Схема атомной электростанции