2.1.1.Технологический процесс:
Ядерная энергетика обеспечивает сейчас около 20% мирового производства электроэнергии с развитой сырьевой и производственной базой для дальнейшего развития отрасли.Главное отличие АЭС от ТЭС состоит виспользовании ядерного горючего вместо органического топлива. Ядерное горючее получают из природного урана, который добывают либо в шахтах (Франция, ЮАР), либо в открытых карьерах (Австралия, Намибия), либо способом подземного выщелачивания (США, Канада, Россия). Природный уран — это смесь в основном неделящегося изотопа урана 238U (более 99 %) и делящегося изотопа 235U (0,71 %), который соответственно и представляет собой ядерное горючее. Для работы реакторов АЭС требуется обогащение урана. Для этого природный уран направляется па обогатительный завод, после переработки на котором 90% природного обедненного урана направляется на хранение, а 10 % приобретают обогащение до нескольких процентов (3,3 - 4,4 % для энергетических реакторов).
Далее обогащенный уран (точнее — диоксид урана) направляется на завод, изготавливающий твэлы — тепловыделяющие элементы. Из диоксида урана изготавливают цилиндрические таблетки диаметром около 9 мм и 30 мм. Эти таблетки помещают в герметичные тонкостенно-циркониевые трубки длиной почти в 4 м. Это и есть твэлы. Твэлы собирают в тепловыделяющие сборки (ТВС) по несколько сотен штук, которые удобно помещать и извлекать из активной зоны реактора. После постепенного расщепления 235U и уменьшения его концентрации до 1,26% , когда мощность реактора существенно уменьшается, ТВС извлекают из реактора, некоторое время хранят в бассейне выдержки для уменьшения радиоактивности, а затем направляют на радиохимический завод для переработки, где из них извлекают ценные компоненты, в том числе и несгоревшее в реакторе топливо.
Таким образом, в отличие от ТЭС, где топливо сжигается полностью (по крайней мере, к этому стремятся), на АЭС добиться 100 % расщепления горючего невозможно. Отсюда - невозможность оценить КПД АЭС с помощью удельного расхода условного топлива.
Таким образом, АЭС — это энергетическое предприятие, вырабатывающее электроэнергию из энергии, выделяющейся при радиоактивном распаде элементов, содержащихся в твэлах.
В настоящее время в России работает 10 АЭС, структура установленной мощности которых приведена в таблице 2 [4]
Таблица 2[4]
Структура АЭС России
| АЭС | Суммарная мощность, МВт | Структура установленной мощности | I ми реактора |
| Балаковская | 4000 | 4 энергоблока по 1000 МВг | ВВЭР-1000 |
| Нововороиежская | 1880 | 2 энергоблока по 440 МВт | ВВЭР-440 |
| I энергоблок 1000 МВт | ВВЭР-1000 | ||
| Кольская | 1760 | 4 энергоблока по 440 МВт | ВВЭР-440 |
| Ростовская | 1000 | 1 энергоблок 1000 МВт | ВВЭР-1000 |
| Калининская | 2000 | 2 энергоблока по 1000 МВт | ВВЭР-1000 |
| Ленинградская | 4000 | 4 энергоблока по 1000 МВт | РБМК-1000 |
| Смоленская | 3000 | 3 энергоблока по 1000 МВт | РБМК-1000 |
| Курская | 4000 | 4 энергоблока по 1000 МВт | РБМК-1000 |
| Билибинская | 48 | 4 энергоблока по 12 МВт | ЭГП-6 |
| Белоярская | 600 | I энергоблок 600 МВт | БМ-600 |
2.1.2.Факторы развития атомной энергетики:
а)Максимальное использование ресурсов
Известные и вероятные запасы урана должны обеспечить достаточное снабжение ядерным топливом в краткосрочном и среднесрочном плане, даже если реакторы будут работать главным образом с однократными циклами, предусматривающими захоронение отработавшего топлива. Проблемы в топливообеспечении атомной энергетики могут возникнуть лишь к 2030 году при условии развития и увеличения к этому времени атомных энергомощностей. Для их решения потребуются разведка и освоение новых месторождений урана на территории России, использование накопленных оружеййного и энергетического плутония и урана, развитие атомной энергетики на альтернативных видах ядерного топлива. Одна тонна оружейного плутония по теплотворному эквиваленту органического топлива при “сжигании” в тепловых реакторах в открытом топливном цикле соответствует 2,5 млрд. куб. м. природного газа. Приближенная оценка показывает, что общий энергетический потенциал оружейного сырья, с использованием в парке АЭС также реакторов на быстрых нейтронах, может соответствовать выработке 12-14 трлн. киловатт-часов электроэнергии, т.е 12-14 годовым её выработкам на уровне 1993 года, и сэкономить в электроэнергетике около 3,5 трлн.кубометров природного газа. Однако по мере роста спроса на уран и уменьшения его запасов, обусловленного необходимостью удовлетворять потребности растущих мощностей атомных станций, возникнет экономическая необходимость оптимального использования урана таким образом, чтобы вырабатывалась вся потенциально содержащаяся в нем энергия на единицу количества руды. Существуют разнообразные способы достижения этого в ходе процесса обогащения и на этапе эксплуатации. В долгосрочном плане потребуются повторное использование наработанных делящихся материалов в тепловых реакторах и внедрение быстрых реакторов-размножителей.
б) Достижение максимальной экономической выгоды
Поскольку затраты на топливо относительно низки, для общей экономической жизнеспособности ядерной энергии весьма важно сокращение суммарных расходов за счет снижения затрат на разработку, выбор площадки, сооружение, эксплуатацию и первоначальное финансирование. Устранение неопределенностей и изменчивости требований лицензирования, особенно перед вводом в эксплуатацию, позволило бы осуществить более прогнозируемые стратегии капиталовложений и финансовые стратегии.
в) Достижение максимальной экологической выгоды
Хотя ядерная энергия с точки зрения объемов потребляемого топлива, выбросов и образующихся отходов обладает явными преимуществами по сравнению с нынешними системами, использующими ископаемые виды топлива, дальнейшие меры по смягчению соответствующих экологических проблем могут оказать значительное влияние на отношение общественности.
Таблица 3 [9]
Сравнительные данные по топливу и отходам (тонн в год для электростанции мощностью 1000 МВт)
| Атомная станция: | топливо : | 27 (160 т. природного урана в год) |
| отходы : | 27 высокоактивные | |
| 310 среднеактивные | ||
| 460 низкоактивные | ||
| Станцияна угле: | топливо: | 2,600,000 [5 поездов (1400 т. в день)] |
| отходы: | 6,000,000 CO2 | |
| 44,000 SO2 | ||
| 22,000 NOn | ||
| 320,000 золы (включая 400 т. тяжелых токсичных металлов) |
Поскольку общее влияние ядерного топливного цикла на здоровье людей и окружающую среду невелико, внимание будет направлено на улучшенные методы в области радиоактивных отходов. При этом была бы оказана поддержка целям устойчивого развития и в то же время повышена конкурентоспособность по сравнению с другими источниками энергии, для которых также должны надлежащим образом решаться вопросы отходов. В реакторные системы и в топливные циклы могут быть внесены изменения, сводящие к минимуму образование отходов. Будут вводиться проектные требования по уменьшению количеств отходов и такие методы сокращения объемов отходов, как компактирование.
г) Максимальное повышение безопасности реакторов
Ядерная энергетика в целом имеет отличные показатели безопасности: в эксплуатации находится 433 реактора, работающих в среднем более чем по 20 лет. Однако чернобыльская катастрофа показала, что весьма тяжелая ядерная авария может привести к радиоактивному загрязнению в масштабах страны и региона. Хотя вопросы безопасности и экологии становятся важнейшими для всех источников энергии, многие воспринимают ядерную энергетику как особенно и органически небезопасную. Обеспокоенность по поводу безопасности в сочетании с соответствующими регламентационными требованиями будет в ближайшее время по-прежнему оказывать сильное влияние на развитие ядерной энергетики. В целях снижения масштабов реальных и возможных аварий на установках будет осуществлен ряд подходов. Чрезвычайно эффективные барьеры (такие, как двойные защитные оболочки) снизят вероятность значительных радиологических последствий аварий за пределами площадок до крайне низкого уровня, устраняя необходимость в планах аварийных действий. Повышение характеристик целостности корпуса реактора и реакторных систем также позволит снизить вероятность возникновения последствий на площадке. Внутренняя безопасность конструкций и технологических процессов на станциях может быть повышена скорее путем включения пассивных функций безопасности, чем активных систем защиты. В качестве жизнеспособного варианта могут появиться высокотемпературные газоохлаждаемые реакторы, использующие керамическое графитное топливо с высокой теплостойкостью и целостностью, снижающее вероятность выброса радиоактивного материала. [1,9]
2.1.3.Преимущества и недостатки АЭС
За 40 лет развития атомной энергетики в мире построено около 400 энергоблоков в 26 странах мира с суммарной энергетической модностью около 300 млн. кВт. Основными преимуществами атомной энергетики являются высокая конечная рентабельность и отсутствие выбросов в атмосферу продуктов сгорания (с этой точки зрения она может рассматриваться как экологически чистая), основными недостатками потенциальная опасность радиоактивного заражения окружающей среды продуктами деления ядерного топлива при аварии (типа Чернобыльской или на американской станции Тримайл Айленд) и проблема переработки использованного ядерного топлива.[4,10]