АЕС: від минулого до сьогодення
Атомна електростанція - підприємство, що представляє собою сукупність обладнання і споруд для вироблення електричної енергії. Специфіка даної установки полягає в способі отримання тепла. Необхідна для вироблення електроенергії температура виникає в процесу розпаду атомів.
Роль палива для АЕС виконує найчастіше уран з масовим числом 235 (235U). Саме тому, що цей радіоактивний елемент здатний підтримувати ланцюгову ядерну реакцію, він використовується на атомних електростанціях, а також застосовується в ядерній зброї.
Країни з найбільшою кількістю АЕС
На сьогоднішній день в 31 країні світу функціонують 192 атомні електростанції, що використовують 451 енергетичний ядерний реактор загальною потужністю 394 ГВт. Переважна більшість АЕС знаходиться в країнах Європи, Північної Америки, Далекосхідної Азії і на території колишнього СРСР, в той час як в Африці їх майже немає, а в Австралії і Океанії їх немає взагалі. Ще 41 реактор не справляв електрики від 1,5 до 20 років, причому 40 з них знаходяться в Японії.
За останні 10 років в світі в експлуатацію було введено 47 енергоблоків, майже всі з них знаходяться або в Азії (26 - в Китаї), або в Східній Європі. Дві третини споруджуваних на даний момент реакторів припадають на Китай, Індію та Росію. КНР здійснює наймасштабнішу програму будівництва нових АЕС, ще близько півтора десятка країн світу будують АЕС або розвивають проекти їх будівництва.
Крім США, до списку найбільш просунутих в області ядерної енергетики країн відносять:
- Францію;
- Японію;
- Росію;
- Південну Корею.
У 2007 році Росія приступила до будівництва першої в світі плавучої АЕС, що дозволяє вирішити проблему нестачі енергії у віддалених прибережних районах країни[12]. Будівництво зіткнулося з затримками. За різними оцінками, перша плаваюча АЕС запрацює в 2018-2019 роках.
Кілька країн, включаючи США, Японію, Південну Корею, Росію, Аргентину, ведуть розробки міні-АЕС з потужністю близько 10-20 МВт для цілей тепло- і електропостачання окремих виробництв, житлових комплексів, а в перспективі - і індивідуальних будинків. Передбачається, що малогабаритні реактори (див., Наприклад, Hyperion АЕС) можуть створюватися з використанням безпечних технологій, багаторазово зменшують можливість витоку ядерного речовини[13]. Будівництво одного малогабаритного реактора CAREM25 ведеться в Аргентині. Перший досвід використання міні-АЕС отримав СРСР (Билибинская АЕС).
Принцип роботи АЕС
Принцип роботи атомної електростанції заснований на дії ядерного (іноді званого атомним) реактора - спеціальної об'ємної конструкції, в якій відбувається реакція розщеплення атомів з виділенням енергії.
Існують різні види ядерних реакторів:
- PHWR (також має назву "pressurised heavy water reactor" - "важководний ядерний реактор"), який використовується переважно на території Канади і в містах Індії. В його основі використовується вода, формула якої - D2O. Вона виконує функцію як теплоносія, так і сповільнювач нейтронів. Коефіцієнт корисної дії наближається до 29%;
- ВВЕР (водо-водяний енергетичний реактор). В даний час ВВЕР експлуатують тільки в СНД, зокрема, модель ВВЕР-100. Реактор має ККД рівний 33%;
- GCR, AGR (графітоводний). Рідина, що міститься в такому реакторі, виступає в ролі теплоносія. У даній конструкції сповільнювач нейтронів - графіт, звідси і назва. ККД становить близько 40%.
За принципом пристрою реактори також ділять на:
- PWR (pressurised water reactor) - улаштований так, що вода, яка перебуває під певним тиском, уповільнює реакції і подає тепло;
- BWR (сконструйований таким чином, що пар і вода знаходяться в головній частині пристрою, не маючи підводу води);
- РБМК (канальний реактор, який має особливо велику потужність);
- БН (система працює за рахунок швидкого обміну нейтронами).
Пристрій і структура атомної електростанції. Як працює АЕС?
Типова атомна електростанція складається з блоків, усередині кожного з яких розміщені різні технічні пристосування. Найбільш значимий з таких блоків - комплекс з реакторних залом, що забезпечує працездатність всієї АЕС. Він складається з наступних пристроїв:
- реактора;
- басейну (саме в ньому зберігають ядерне паливо);
- машини, перевантажують паливо;
- БЩУ (щит управління в блоках, за допомогою нього за процесом розподілу ядра можуть спостерігати оператори).
За даними корпусом слід зал. У ньому облаштовані парогенератори і знаходиться основна турбіна. Відразу ж за ними розташовуються конденсатори, а також лінії передачі електрики, що виходять за межі території.
Крім іншого, є блок з басейнами для відпрацьованого палива та спеціальні блоки, призначені для охолодження (вони називаються градирнями). Крім того, для охолодження застосовуються розпилювальні басейни і природні водойми.
Принцип роботи АЕС
На всіх без винятку АЕС існує 3 етапи перетворення електричної енергії:
- ядерна з переходом в теплову;
- теплова, що переходить в механічну;
- механічна, перетворювати в електричну.
Уран віддає нейтрони, внаслідок чого відбувається виділення тепла в величезних кількостях. Гаряча вода з реактора прокачується насосами через парогенератор, де віддає частину тепла, і знову повертається в реактор. Оскільки ця вода знаходиться під великим тиском, вона залишається в рідкому стані (в сучасних реакторах типу ВВЕР близько 160 атмосфер при температурі ~ 330 ° C[7]). У парогенераторі це тепло передається воді другого контуру, яка знаходиться під набагато меншим тиском (половина тиску першого контуру і менш), тому закипає. Пара, що утворилася надходить на парову турбіну, що обертає електрогенератор, а потім в конденсатор, де пар охолоджують, він конденсується і знову надходить в парогенератор. Конденсатор охолоджують водою з зовнішнього відкритого джерела води (наприклад, ставка-охолоджувача).
І перший і другий контур замкнуті, що знижує ймовірність витоку радіації. Розміри конструкцій першого контуру мінімізовані, що також знижує радіаційні ризики. Парова турбіна і конденсатор не взаємодіють з водою першого контуру, що полегшує ремонт і зменшує кількість радіоактивних відходів при демонтажі станції.
Захисні механізми АЕС
Всі атомні електростанції в обов'язковому порядку оснащуються комплексними системами безпеки, наприклад:
- локалізуючі - обмежують поширення шкідливих речовин в разі аварії, що призвела до викид радіації;
- забезпечують - подають певну кількість енергії для стабільної роботи систем;
- керуючі - служать для того, щоб всі захисні системи функціонували нормально.
Крім того, реактор може аварійно зупинитися в разі надзвичайної ситуації. В цьому випадку автоматичний захист перерве ланцюгові реакції, якщо температура в реакторі продовжить підніматися. Цей захід згодом зажадає серйозних відновлювальних робіт для повернення реактора в лад.
Після того як в Чорнобильській АЕС сталася небезпечна аварія, причиною якої виявилося недосконалість конструкції реактора, стали більше уваги приділяти захисним заходам, а також провели конструкторські роботи для забезпечення більшої надійності реакторів.
Катастрофа ХХІ століття і її наслідки
У березні 2011 року північний схід Японії вразило землетрус, що викликав цунамі, яка в підсумку пошкодила 4 з 6 реакторів АЕС "Фукусіма-1".
Менш ніж через два роки після трагедії офіційна кількість загиблих в катастрофі перевищувало 1500 чоловік, в той час як 20 000 чоловік до цих пір вважаються зниклими без вести, а ще 300 000 жителів були змушені залишити свої будинки.
Були і постраждалі, які виявилися не здатні покинути місце події через відра випромінювання. Для них була організована негайна евакуація, яка тривала 2 дні.
Проте, з кожним роком методи запобігання аварій на АЕС, а також нейтралізації ПП удосконалюються - наука неухильно йде вперед. Проте, майбутнє явно стане часом розквіту альтернативних способів отримання електроенергії - зокрема, логічно очікувати появи в найближчі 10 років орбітальних сонячних батарей гігантського розміру, що цілком досяжно в умовах невагомості, а також інших, в тому числі революційних технологій в енергетиці.
