Значение теплоэнергетики

 

В высокотемпературных графито-газовых  реакторах возможно применение обычного газотурбинного цикла. Реактор в этом случае выполняет  роль камеры сгорания.

 

При работе реактора концентрация делящихся  изотопов в ядерном топливе постепенно уменьшается, и топливо  выгорает. Поэтому со временем их заменяют свежими. Ядерное горючее перезагружают с помощью механизмов и приспособлений с дистанционным управлением. Отработавшее топливо переносят в бассейн выдержки, а затем направляют на переработку.

 

К реактору и обслуживающим его  системам относятся: собственно реактор  с биологической защитой, теплообменники, насосы или газодувные установки, осуществляющие циркуляцию теплоносителя; трубопроводы и арматура циркуляции контура; устройства для перезагрузки ядерного горючего; системы спец. вентиляции, аварийного расхолаживания и др.

 

В зависимости от конструктивного  исполнения реакторы имеют отличительные, особенности: в корпусных реакторах  топливо и замедлитель расположены  внутри корпуса, несущего полное давление теплоносителя; в канальных реакторах  топливо, охлаждаемые теплоносителем, устанавливаются в спец. трубах-каналах, пронизывающих замедлитель,  заключённый в тонкостенный кожух. Такие реакторы применяются в России (Сибирская, Белоярская АЭС и др.),

 

Для предохранения персонала АЭС  от радиационного облучения реактор  окружают биологической защитой, основным материалом для которой служат бетон, вода, песок. Оборудование реакторного контура должно быть полностью герметичным. Предусматривается система контроля мест возможной утечки теплоносителя, принимают меры, чтобы появление не плотностей и разрывов контура не приводило к радиоактивным выбросам и загрязнению помещений АЭС и окружающей местности. Оборудование реакторного контура обычно устанавливают в герметичных боксах, которые отделены от остальных помещений АЭС биологической защитой и при работе реактора не обслуживаются, Радиоактивный воздух и небольшое количество паров теплоносителя, обусловленное наличием протечек из контура, удаляют из необслуживаемых помещений АЭС спец. системой вентиляции, в которой для исключения возможности загрязнения атмосферы предусмотрены очистные фильтры и газгольдеры выдержки. За выполнением правил радиационной безопасности персоналом АЭС следит служба дозиметрического контроля.

 

При авариях в системе охлаждения реактора для исключения перегрева  и нарушения   герметичности   оболочек ТВЭЛов предусматривают быстрое (в течение несколько секунд) глушение ядерной реакции; аварийная система расхолаживания имеет автономные источники питания.

 

Наличие  биологической защиты, систем специальной вентиляции и аварийного расхолаживания и службы дозиметрического контроля позволяет полностью обезопасить обслуживающий персонал АЭС от вредных воздействий радиоактивного облучения.

 

Оборудование машинного зала АЭС  аналогично оборудованию  машинного  зала ТЭС. Отличительная, особенность большинства   АЭС — использование   пара сравнительно низких параметров, насыщенного или слабо перегретого.

 

При этом для исключения эрозионного  повреждения лопаток последних  ступеней турбины частицами влаги, содержащейся в пару, в турбине устанавливают сепарирующие устройства. Иногда необходимо применение выносных сепараторов   и промежуточных  перегревателей пара. В связи с тем, что теплоноситель и содержащиеся в нём примеси при прохождении через активную зону реактора активируются, конструктивное решение оборудования машинного зала и системы охлаждения конденсатора турбины одноконтурных АЭС должно полностью исключать возможность утечки теплоносителя. На двухконтурных АЭС с высокими параметрами пара подобные требования к оборудованию машинного зала не предъявляются.

 

В число специфичных требований к компоновке оборудования  АЭС  входят: минимально возможная протяжённость  коммуникаций, связанных с радиоактивными средами, повышенная жёсткость фундаментов  и несущих конструкций реактора, надёжная организация вентиляции помещений. В реакторном зале размещены: реактор с биологической защитой, запасные ТВЭЛы и аппаратура контроля. АЭС скомпонована по блочному принципу реактор—турбина. В машинном зале расположены турбогенераторы и обслуживающие их системы. Между машинным и реакторным залами размещены вспомогательные оборудование и системы управления станцией.

 

В большинстве промышленно развитых стран (Россия, США, Англия, Франция, Канада, ФРГ, Япония, ГДР и др.)  мощность действующих и строящихся АЭС к 1980  доведена до десятков Гвт. По данным Международного атомного агентства ООН, опубликованным в 1967, установленная мощность всех АЭС в мире к 1980 достигла 300Гвт.

 

За годы, прошедшие со времени  пуска в эксплуатацию первой АЭС, было создано несколько конструкций ядерных реакторов, на основе которых началось широкое развитие атомной энергетики в нашей стране.

 

АЭС являющиеся наиболее современным  видом электростанций, имеют ряд  существенных преимуществ перед  другими видами электростанций: при  нормальных условиях функционирования они абсолютно не загрязняют окружающую среду, не требуют привязки к источнику сырья и соответственно могут быть размещены практически везде, новые энергоблоки имеют мощность практически равную мощности средней ГЭС, однако коэффициент использования установленной мощности на АЭС (80%) значительно превышает этот показатель у ГЭС или ТЭС.  Об экономичности и эффективности атомных электростанций может говорить тот факт, что  из 1 кг урана можно получить столько же теплоты, сколько при сжигании примерно 3000 т каменного угля.

 

 Значительных недостатков АЭС  при нормальных условиях функционирования  практически не имеют. Однако  нельзя не отметить опасность  АЭС при возможных форсмажорных  обстоятельствах: землетрясениях, ураганах, и т. п. - здесь старые модели энергоблоков представляют потенциальную опасность радиационного заражения территорий из-за неконтролируемого перегрева реактора. 

 

 

3. Проблемы и перспективы современной энергетики (на мировом, местном и региональном уровнях)

 
Специалисты подсчитали, что в США потребление энергии в 6 раз превосходит среднемировой уровень и в 30 раз — уровень развивающихся стран.

 
Ученые предлагают следующую  информацию к размышлению. Если бы развивающиеся  страны сумели добиться роста потребления  минеральных ресурсов до уровня Соединенных Штатов, то разведанные запасы нефти истощились бы через 7 лет, природного газа — через 5 лет, угля — через 18 лет. Если учесть еще и потенциальные запасы, до которых пока не добрались геологи, то природного газа должно хватить на 72 года, нефти в обычных скважинах — на 60 лет, а в сланцах и песках, откуда ее чрезвычайно трудно и дорого выкачивать, — на 660 лет. Угля — на 350 лет. 
Предположим, что на нужды энергии можно использовать, как нефть, всю массу нашей планеты. Если скорость увеличения потребления энергии останется такой же, как сегодня, это “горючее” будет сожжено целиком всего за 342 года.

При современных темпах развития техники  производство энергии на Земле через 240 лет превысит количество солнечной  энергии, падающей на нашу планету, через 800 лет — всю энергию, выделяемую солнцем, а через 1300 лет превзойдет полное излучение всей нашей Галактики.

Однако главная проблема современной  энергетики — не истощение минеральных  ресурсов, а угрожающая экологическая  обстановка.

 
Атомная энергетика

 

Исходя из опыта, человечеству придется отказаться от атомной энергетики по 4 причинам.

Во-первых, каждая атомная электростанция независимо от степени ее надежности является стационарной атомной бомбой, которая в любой момент может быть взорвана путем диверсии, бомбардировкой с воздуха, обстрелом ракетами или обычными артиллерийскими снарядами.

Во-вторых, на примере Чернобыля  мы на собственном опыте убедились, что авария на атомной электростанции может произойти по чьей-то небрежности. С 1971 по 1984 гг. на АЭС мира произошла 151 серьезная авария, при которой случился “значительный выброс радиоактивных материалов с опасным воздействием на людей”. С тех пор года не проходило, чтобы в той или иной стране мира не происходило серьезной аварии на АЭС, а иногда — и по несколько аварий.

В-третьих, реальной опасностью являются радиоактивные отходы атомных электростанций, которых за прошедшие десятилетия  накопилось довольно много, и накопится  еще больше, если атомная энергетика займет доминирующее положение в мировом энергобалансе. Сейчас отходы атомного производства в специальных контейнерах зарывают глубоко в землю или опускают на дно океана. Эти способы не являются безопасными: с течением времени защитные оболочки разрушаются, и радиоактивные элементы попадают в воду и почву, а потом — и в организм человека.

В-четвертых, атомное горючее может  быть с одинаковой эффективностью использовано и в АЭС, и в атомной бомбе. Совет безопасности ООН пресекает  попытки развивающихся тоталитарных государств ввозить атомное горючее якобы для развития атомной энергетики. Это закрывает атомной энергетике дорогу в будущее в качестве доминирующей части мирового энергобаланса.

Но атомная энергетика имеет  и немаловажные достоинства. Американские специалисты подсчитали, что, если бы к началу 90-х годов в СССР все атомные электростанции заменили на угольные той же мощности, то загрязнение воздуха стало бы настолько велико, что это привело бы к 50-кратному увеличению преждевременных смертей в XXI в. в сравнении с самыми пессимистичными прогнозами последствий чернобыльской катастрофы.

 
Альтернативная энергетика. Теория и практика

 

Альтернативная энергетика основана на использовании возобновляемых (или "чистых") источников энергии. К  таковым относятся энергогенерирующие устройства, работающие с использованием энергии Солнца, ветра, приливов и отливов, морских волн, а также подземного тепла планеты.

 
Солнечная энергия

 

Ведущим экологически чистым источником энергии является Солнце. В настоящее  время используется лишь малая  часть солнечной энергии из-за того, что существующие солнечные батареи имеют сравнительно низкий коэффициент полезного действия и очень дороги в производстве. Специалисты утверждают, что гелиоэнергетика могла бы одна покрыть все мыслимые потребности человечества в энергии на тысячи лет вперед. Но перед ней встает множество проблем, связанных с сооружением, размещением и эксплуатацией гелиоэнергоустановок на тысячах квадратных километров земной поверхности. Поэтому общий удельный вес гелиоэнергетики был и останется довольно скромным.

 
Энергия ветра

 

По оценке Всемирной метеорологической  организации, потенциал энергии  ветра в мире составляет 170 трлн кВтч в год.

У энергии ветра есть несколько  существенных недостатков, которые  затрудняют ее использование. Прежде всего, она сильно рассеяна в пространстве, поэтому необходимо строить ветроэнергоустановки, способные постоянно работать с высоким КПД. 
Ветер очень непредсказуем: часто меняет направление, вдруг затихает даже в самых ветреных районах земного шара, а иногда достигает такой силы, что ломает ветряки. Ветроэнергостанции небезвредны: они мешают полетам птиц и насекомых, шумят, отражают радиоволны вращающимися лопастями. Но у энергии ветра есть главное преимущество — экологическая чистота. К тому же, недостатки можно уменьшить, а то и вовсе свести на нет.

Разработаны ветроэнергоустановки, способные  эффективно работать при самом слабом ветерке. Шаг лопасти винта автоматически  регулируется таким образом, чтобы  постоянно обеспечивалось максимально  возможное использование энергии ветра, а при слишком большой скорости ветра лопасть также автоматически переводится во флюгерное положение, так что авария исключается.

Разработаны и действуют так  называемые циклонные электростанции мощностью до ста тысяч киловатт, где теплый воздух, поднимаясь в специальной 15-метровой башне и смешиваясь с циркулирующим воздушным потоком, создает искусственный “циклон”, который вращает турбину. Такие установки намного эффективнее и солнечных батарей, и обычных ветряков.

Чтобы компенсировать изменчивость ветра, сооружают огромные “ветряные фермы”. Ветряки там стоят рядами на обширном пространстве и занимают много места. В Дании “ветряную ферму” разместили на прибрежном мелководье Северного моря, где и она никому не мешает, и ветер устойчивее, чем на суше.

Положительный пример использования  энергии ветра показали Нидерланды и Швеция (последняя приняла решение  на протяжении 90-х гг. построить и  разместить в наиболее удобных местах 54 тыс. высокоэффективных энергоустановок). 
В мире сейчас работает более 30 тыс. ВЭУ разной мощности. Германия получает от ветра 10% своего электричества, а всей Западной Европе ветер дает 2500 МВт электроэнергии.

 
Гидроэнергия

 

Гидроэнергостанции — еще один из источников энергии, претендующих на экологическую чистоту. В начале XX века крупные и горные реки мира привлекли к себе внимание, а к концу столетия большинство из них было перегорожено каскадами плотин, дающими дешевую энергию.

Однако это привело к огромному  ущербу для сельского хозяйства  и природы: земли выше плотин подтоплялись, на территориях, расположенных ниже, падал уровень грунтовых вод, терялись огромные пространства земли, уходившие на дно гигантских водохранилищ, прерывалось естественное течение рек, загнивала вода в водохранилищах, уменьшались рыбные запасы. На горных реках все эти минусы сводились к минимуму, зато добавлялся еще один: в случае землетрясения, способного разрушить плотину, катастрофа могла привести к тысячам человеческих жертв. Поэтому современные крупные ГЭС не являются действительно экологически чистыми. Однако минусы ГЭС породили идею мини-ГЭС, которые могут располагаться на небольших реках или даже ручьях, а их электрогенераторы способны работать при небольших перепадах воды или будучи движимыми лишь силой течения. Эти же мини-ГЭС могут быть установлены и на крупных реках с относительно быстрым течением.