Преимущество и недостатки атомной энергетики

Размещено на http://www.allbest.ru/

МОРБ Учреждение образования

Полоцкий государственный университет

Кафедра химии и ТПНГ

РЕФЕРАТ

на тему: Преимущество и недостатки атомной энергетики

по дисциплине: «Основы энергосбережения»

Выполнил: Швыдкин Н.В.

Проверил: Васюков А.В.

Новополоцк 2015

• Содержание
• Введение
• 1. Ядерная энергетика
• 1.1 Периоды развития ядерной энергетики в ХХI веке
• 1.2 Преимущество и недостатки атомной энергетики
• 1.3 Факты о перспективах развития атомной промышленности в современном мире
• 1.4 Ядерная энергетика в мире
• 2. Атомная электростанция
• 2.1 Достоинства и недостатки атомных электростанций
• 2.2 Принцип работы атомных электростанций
• 2.3 Выбросы на атомных электростанций
• 2.4 Классификация атомных электростанций
• Использованная литература

Введение

Значительный рост мирового энергопотребления является неизбежным в двадцать первом веке, особенно в развивающихся странах. Глобальное потребление энергии, по всей видимости, удвоится к середине века, даже если исходить из очень низких темпов роста. Этот рост зависит от развития мировой экономики, роста населения и стремления к более равномерному распределению потребления энергии по регионам мира. Другим важным вызовом энергетики, который будет способствовать устойчивому развитию мирового сообщества, является использование водорода, производимого из воды с применением чистых источников первичной энергии. И, наконец, обеспечение пресной водой также потребует значительных источников энергии. Позитивному решению этих проблем будет способствовать развитие ядерной энергетики. Чтобы существенно повлиять в глобальном масштабе на производство энергии, энергетическую безопасность и улучшение экологической обстановки, производство ядерной энергии должно быть увеличено к середине века в 4 - 5 раз от ныне достигнутого. Наличие ядерных мощностей такого масштаба поднимает очень важные вопросы относительно ресурсной обеспеченности топливом, обращения с отходами и распространения ядерного оружия. Очевидно, что при дальнейшем развитии ядерной энергетики необходимо обеспечить экономическую приемлемость и соблюдение критериев технической безопасности. Крупномасштабное развитие ядерной энергетики предполагает ее использование в большем числе стран, чем в настоящее время. Это ставит дополнительные задачи в ее развитии, учитывающие вопросы безопасности и нераспространения. В настоящее время ядерная энергетика используется, главным образом, для генерации электричества. В перспективе ядерная энергия наряду с наращиванием производства электричества будет постепенно замещать органическое топливо в теплоснабжении технологических процессов, а, в конечном счете, обеспечит производство водорода из воды. Кроме того, в перспективе будет освоено опреснение морской воды с использованием ядерной энергии. В мире имеется достаточное количество ядерных материалов для обеспечения потребностей ядерной энергетики в топливе на многие десятилетия вперед даже при работе в открытом цикле. Однако в дальнейшем она неизбежно столкнется с ограниченностью ресурсов дешевого урана. В связи с этим придется неминуемо реализовать возможности ядерной энергии по замыканию топливного цикла и расширенному воспроизводству топлива при использовании в качестве сырья урана и тория. Внедрением этих инновационных ядерных технологий проблемы ресурсов ядерного топлива могут быть вообще сняты. Одной из важнейших проблем ядерной энергетики продолжает оставаться проблема нераспространения. Снижение риска распространения, безусловно, будет одним из важных критериев при выборе перспективных топливных циклов. Имеющийся опыт свидетельствует о том, что для эффективного снижения риска распространения делящихся материалов требуется не только рассмотрение новых технологических подходов, но и разработка новых институциональных рамок. В современном мире вопрос энергопотребления стоит очень остро. Невозобновляемость таких ресурсов, как нефть, газ, уголь, заставляет задуматься об использовании альтернативных источников электроэнергии, таких как ветер, солнечное излучение, тепло земных недр. Однако не везде климатические и географические условия позволяют их использовать, да и технологии, необходимые для этого, еще не развиты. Поэтому атомная энергетика занимает лидирующие позиции и пока не собирается их сдавать.

ядерный атомный энергетика электростанция

1. Ядерная энергетика

Ядерная энергетика (Атомная энергетика) -- это отрасль энергетики, занимающаяся производством электрической и тепловой энергии путём преобразования ядерной энергии.

Обычно для получения ядерной энергии используют цепную ядерную реакцию деления ядер урана-235 или плутония. Ядра делятся при попадании в них нейтрона, при этом получаются новые нейтроны и осколки деления. Нейтроны деления и осколки деления обладают большой кинетической энергией. В результате столкновений осколков с другими атомами эта кинетическая энергия быстро преобразуется в тепло.

Хотя в любой области энергетики первичным источником является ядерная энергия (например, энергия солнечных ядерных реакций в гидроэлектростанциях и электростанциях, работающих на органическом топливе, энергия радиоактивного распада в геотермальных электростанциях), к ядерной энергетике относится лишь использование управляемых реакций в ядерных реакторах.

Ядерная энергия производится в атомных электрических станциях, используется на атомных ледоколах, атомных подводных лодках; США осуществляют программу по созданию ядерного двигателя для космических кораблей, кроме того, предпринимались попытки создать ядерный двигатель для самолётов (атомолётов) и «атомных» танков.

Несмотря на радиофобию и протесты экологов, ядерную энергетику использует довольно большое число стран, как развитых, так и развивающихся. В настоящее время в мире насчитывается уже 440 действующих энергоблоков. Больше всего энергоблоков эксплуатируется в США (99), на втором месте идет Франция (58 энергоблоков). Атомные станции надежно работают практически в каждой европейской стране. В Европе они позволяют избежать эмиссии около 700 миллионов тонн углекислого газа (СО2). В России работает 10 АЭС (34 энергоблока в общей сложности), и ежегодно они предотвращают выброс в атмосферу около 210 млн тонн углекислого газа.

В мире развивается 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.

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

1.1 Периоды развития ядерной энергетики в ХХI веке

За 50 лет развития ядерная энергетика прошла путь становления от первых опытных установок до развитой промышленности. В процессе развития ядерной энергетики стало очевидным, что сложность ядерных технологий требует значительных средств для их разработки и внедрения, а также высокой готовности потребителей к их использованию. Обеспечение ядерной безопасности при использовании ядерных технологий требует соответствующего уровня культуры общества. Это требование относится и к разработчикам, и к пользователям, и к системе управления, контроля и регулирования ядерного производства, и к уровню образованности общества в целом. Все это делает процесс развития ядерной технологии инерционным, возникает необходимость повышенного в сравнении с обычной техникой внимания государственных структур. В связи с отмеченными выше обстоятельствами, а также более высоким риском инвестиций коммерческие структуры участвуют в развитии новых ядерных технологий с большей осторожностью, чем в не ядерной сфере. Это также сказывается на инерционности ядерных инноваций. Государственные структуры должны взять на себя ответственность за своевременную разработку и внедрение инноваций в эту сферу энергетического производства. В сферу международной ответственности входит как непосредственный анализ и отбор того, что необходимо делать, обеспечение соответствующих научных и технических разработок, стимулирование коммерческих промышленных структур к реализации инновационных технологий, а также подготовка конкретных пользователей (стран и структур) к работе с ядерными технологиями. Опережающие действия государственных структур по инновациям в ядерном производстве обусловлены пониманием, что ожидание «жаренного петуха» может привести к чрезмерным экономическим нагрузкам на общество. В тоже время опыт предыдущего пятидесятилетия атомной энергетики предостерегает и против неподготовленных революционных шагов в ее технологическом развитии. В связи с этим, оценивая предстоящие этапы развития ядерной энергетики, можно уверенно прогнозировать сочетание эволюционного улучшения отработанных и успешно реализуемых технических подходов с постепенной разработкой и освоением новых технологических решений, соответствующих требованиям ядерной энергетики будущего этапа. Достаточно условно можно представить следующие этапы развития ядерных технологий в XXI веке. Ближний, (десять - двадцать лет): -эволюционное развитие реакторов и технологий топливного цикла, -разработка и опытная эксплуатация улучшенных и инновационных технологий реакторов и топливного цикла. Период активного роста ядерной энергетики, (до середины столетия): -расширение масштабов в четыре/пять раз, -освоение инновационных технологий реакторов и топливного цикла, (расширенное воспроизводство топлива, замкнутый U-Pu и Th-U цикл, использование полезных и выжигание опасных изотопов, долговременная геологическая изоляция РАО, бридеры, высокотемпературные реакторы, малые реакторы, производство водорода, опреснение воды). Период устойчивого развития крупномасштабной ядерной энергетики, (вторая половина столетия): -развертывание инновационных ядерных технологий, -многокомпонентная ядерная энергетика, -атомно-водородная энергетик

1.2 Преимущества и недостатки атомной энергетики

Потребление энергии в мире растет намного быстрее, чем ее производство, а промышленное использование новых перспективных технологий в энергетике по объективным причинам начнется не ранее 2030 года. Все острее встает проблема нехватки ископаемых энергоресурсов. Возможности строительства новых гидроэлектростанций тоже весьма ограниченны. Не стоит забывать и о борьбе с парниковым эффектом, накладывающей ограничения на сжигание нефти, газа и угля на тепловых электростанциях.

Решением проблемы может стать активное развитие ядерной энергетики. На данный момент в мире обозначилась тенденция, получившая название «ядерный ренессанс». На эту тенденцию не смогла повлиять даже авария на атомной станции «Фукусима». Даже самые сдержанные прогнозы МАГАТЭ говорят, что к 2030 году на планете может быть построено до 600 новых энергоблоков (сейчас их насчитывается более 436). На увеличении доли ядерной энергетики в мировом энергобалансе могут сказаться такие факторы, как надежность, приемлемый уровень затрат по сравнению с другими отраслями энергетики, сравнительно небольшой объем отходов, доступность ресурсов. Учитывая всё выше сказанное сформулируем основные преимущества и недостатки ядерной энергетики:

Преимущества атомной энергетики

1. Огромная энергоемкость используемого топлива. 1 килограмм урана, обогащенный до 4 %, при полном выгорании выделяет энергию, эквивалентную сжиганию примерно 100 тонн высококачественного каменного угля или 60 тонн нефти.

2. Возможность повторного использования топлива (после регенерации). Расщепляющийся материал (уран-235) может быть использован снова (в отличие от золы и шлаков органического топлива). С развитием технологии реакторов на быстрых нейтронах в перспективе возможен переход на замкнутый топливный цикл, что означает полное отсутствие отходов.

3. Ядерная энергетика не способствует созданию парникового эффекта. Ежегодно атомные станции в Европе позволяют избежать эмиссии 700 миллионов тонн СО₂ . Действующие АЭС ,например, в России ежегодно предотвращают выброс в атмосферу 210 млн тонн углекислого газа. Таким образом, интенсивное развитие ядерной энергетики можно косвенно считать одним из методов борьбы с глобальным потеплением.

4. Уран -- относительно недорогое топливо. Месторождения урана распространены достаточно широко в мире.

5. Техническое обслуживание ядерных электростанций -- процесс очень важный, но его не нужно проводить так же часто, как дозаправку и техобслуживание традиционных электростанций.

6. Ядерные реакторы и связанные с ними периферийные устройства могут работать в отсутствие кислорода. Это значит, что они могут быть целиком изолированы и при необходимости помещены под землю или под воду без вентиляционных систем.

7. Ядерные электростанции, построенные и эксплуатируемые с соблюдением всех мер предосторожности, могут помочь мировой экономике избавиться от чрезмерной зависимости от ископаемого топлива для производства электричества.

Недостатки атомной энергетики

1. Добыча и обогащение урана могут подвергнуть занятый на этих работах персонал воздействию радиоактивной пыли, а также привести к выбросу этой пыли в воздух или в воду.

2. Отходы ядерных реакторов остаются радиоактивными долгие годы. Существующие и перспективные методы их утилизации сопряжены с техническими, экологическими и политическими проблемами.

3. Несмотря на то что риск диверсии на ядерных электростанциях невелик, потенциальные ее последствия -- выброс радиоактивных материалов в окружающую среду -- очень серьезны. Пренебрегать такими рисками нельзя.

4. Перевозка расщепляющихся материалов на электростанции для использования в качестве топлива и перевозка радиоактивных отходов к местам их утилизации (захоронения) никогда не могут быть абсолютно безопасным делом. Последствия нарушения системы безопасности могут быть катастрофическими.

5. Попадание расщепляющихся ядерных материалов не в те руки может спровоцировать ядерный терроризм или шантаж.

6. Из-за перечисленных выше факторов риска широкому применению ядерных электростанций сопротивляются различные общественные организации. Это способствует росту настороженного отношения в обществе к ядерной энергетике в целом, особенно в США.

1.3 Факты о перспективах развития атомной промышленности в современном мире

В настоящее время уже не только физики-ядерщики поняли, что ядерная энергия -- источник энергии, который открывает принципиально новые возможности и новые проблемы развития человечества. Более 60 лет назад, в своём докладе Конгрессу США Энрико Ферми писал, что ядерная энергетика (Nuclear Energy) -- это новый источник, который, если использовать его правильно, на основе реакторов -- бридеров на быстрых нейтронах (БР), то есть реакторов, которые производят топлива больше, чем сжигают (неслучайно французы называют их «Фениксами»), позволит создать практически чистый и неограниченный по масштабам развития источник энергии. Например, одна 1000-мегаваттная угольная станция требует в день 7 эшелонов угля, такой же 1000-мегаваттный реактор требует в год один вагон. Вагон и эти эшелоны, миллионы тонн, это и есть отходы. Все отходы атомной станции, которые сейчас есть в мире, можно собрать на одном стадионе, это будет куб 50x50x50м.

1 Фактор

Природные запасы урана и тория - сырья для ядерного топлива бридеров -- достаточны для энергетического развития нашей планеты на сотни лет.

Но оказывается, это плюсы, которые сопровождают минусы. Ядерная энергетика позволяет собрать все радиоактивные отходы в одном месте, но никто не хочет предоставлять территорию для захоронения. Единственные две страны, которые определились, что они под морским дном в гранитном поясе делают вечное хранилище, -- это Швеция и Финляндия. Эти страны выбрали путь вечного хранилища, хотя с самого начала атомщики открыли, что можно перерабатывать топливо, выделять вторичный элемент, который и является смыслом развития атомной энергетики. Дело в том, что в природном уране только 0,7% урана-235, делящегося элемента, который может служить и для бомб, и запалом для реактора. Остальные 99,3% -- это сырьевой уран-238. На нём нельзя создать критический реактор или сделать бомбу, но, если в нём поглощается нейтрон, образуется плутоний, ещё более перспективный изотоп и для бомбы, и для энергетики. Реакторы, которые задумывались как будущее энергетики, -- это реакторы -- размножители (бридеры, разновидность реакторов на быстрых нейтронах).

Единственный реактор на быстрых нейтронах на сегодняшний день в России работает на Белоярской станции (строится ещё один), но, к сожалению, они работают на урановом топливе. В 90-е годы работа по их разработке и строительству была приостановлена. Сейчас мы возвращаемся к реализации этой программе, как, например и, Индия, которая в конце 2013 года должна пустить быстрый реактор -- бридер на плутонии и начинает строить серию таких же реакторов.

2 Фактор

Есть и другая сторона этой проблемы: если ядерная страна захочет сказать «я больше не использую ядерную энергетику», то это принципиально невозможно. Нельзя подойти к атомной станции, закрыть её на ключ и сказать «её больше нет». У неё есть, во-первых, остаточное тепловыделение, которое надо снимать, есть ОЯТ - отработанное ядерное топливо, содержащее продукты деления, это - радиоактивные отходы, есть плутоний, который надо хранить миллионы лет, если у вас нет реактора, или сжигать как самое привлекательное топливо в реакторе на быстрых нейтронах. Ядерная технология -единственно реальная возможность избавиться в будущем от долгоживущего радиоактивного наследства её развития (в том числе наследства оборонного).

Если мы остаёмся в развитии ядерной энергетики на реакторах существующего поколения, то у нас запасов урана-235 меньше, чем нефти в 2 - 3 раза. Если мы строим реакторы на быстрых нейтронах, то это неограниченный источник энергии. Но, кроме быстрого реактора нужно ещё замкнуть топливный цикл, топливо, выгружаемое из реактора, надо перерабатывать и повторно использовать. Такие технологии применяются во Франции. (Сейчас, после вывода из эксплуатации своих первых реакторов на быстрых нейтронах “PHENIX” и “SUPER-PHENIX” они продолжают использовать плутоний только в виде уран-плутониевого топлива в реакторах на тепловых нейтронах. Это мало эффективно.)

3 Фактор

Соединённые Штаты были пионерами в этой области, уже в 1946-м году у них работал первый быстрый реактор, в 1951-м году они получили первое «ядерное» электричество на быстром реакторе EBR-1 и продемонстрировали возможность накопить плутония больше, чем сжечь.

На реакторе EBR-2 в 1968-м году они продемонстрировали замкнутый ядерный топливный цикл. Но потом администрация США решила, что БР -это слишком опасный источник плутония «оружейного» качества для распространения, и программа БР в США была закрыта. Сейчас, через 30 лет, когда мы столкнулись с проблемой ресурсов в ядерной энергетике, международное сообщество организовало международный проект GIF (Generation IV International Forum) для выработки типов реакторов, которые спасут ядерную энергетику, вернутся к её истокам и воплотят идеи пионеров. Международным сообществом были отобраны шесть лучших типов реакторов, четыре из них - реакторы на быстрых нейтронах, в том числе тот, который работает у нас - типа БН.

4 Фактор

Сегодня Соединённые Штаты понимают, что без быстрых реакторов нет будущего у ядерной энергетики, но эта страна утратила научную школу БР. В России это направление исследований сохранилась, и строительство реактора БН-800 -- это лучший способ сохранить школу БР. Китай покупает реакторы у нас, Индия самостоятельно развивается, Франция, после того как они остановили свой реактор SUPER PHENIX под давлением «зелёного» правительства, закрыли разработки, а сейчас пытаются возобновить. Появляются альтернативные направления. Но так или иначе остаётся проблема: быстрый реактор - лучший наработчик оружейного плутония. Замкнутый топливный цикл предусматривает переработку отработанного топлива, чтобы извлечь и то, что является наиболее полезным (плутоний и другие актиноиды), и то, что является наиболее вредным (продукты деления,), то есть при существующей сейчас технологии переработки это может создать риск распространения. С увеличение масштабов энергетики увеличивается оборот топливного цикла, перевозки, персонал, распространение знаний. Все ли страны имеют право развивать у себя такую ядерную промышленность, развивать такую технологию?

5 Фактор

Во время последних событий в Японии - аварии на АЭС Фукусима-1 -- произошла тяжёлая авария на четырёх реакторах и на трёх хранилищах - семь тяжёлых аварий одновременно. А мы считали, что после Чернобыля наша ядерная энергетика станет практически безопасна. Более безопасны новые реакторы, которые разрабатываются, но из 440 реакторов, которые работают, 60% построены до Чернобыля. Они усовершенствованы, они улучшены, но это реакторы старого типа.

Например, реакторы типа РБМК не защищены от последствий аварии, на любом реакторе возможна авария, и заявления о сверхбезопасных реакторах -- это блеф. Безопасным является тот реактор, на котором, если произойдёт авария, отрицательных последствий для населения не будет, и такие реакторы сейчас разрабатываются. Для Китая и Индии, где есть только уголь, нет нефти и газа, ядерная энергетика - единственный способ спасения. И Китай делает прорыв: до сих пор в Китае строили только проверенные реакторы, например, ВВЭР-1000, теперь они строят реакторы, которые нигде ещё не работают, инновационные (АР-1000 Вестингауз и EPR, французской «Аревы» -- это новые реакторы, III+ поколения, подготовка к IV поколению).

К шести реакторам будущего (GIF-4) - кроме быстрых реакторов относятся и сверхвысокотемпературные реакторы, которые позволят нарабатывать искусственное топливо. И водо-водяные реакторы с «закритическими» параметрами (то есть с КПД на уровне современной энергетики на органическом топливе -- до 45%).

В сочетании с быстрыми реакторами такая многокомпонентная ядерная энергетика может стать основой нашей энергетической безопасности. Вопрос о том, как реализовать БР и замкнутый ЯТЦ, сохранив режим нераспространения.

6 Фактор

Решение этой проблемы ищется на различных путях, для этого, в том числе, в 1957 году было создано МАГАТЭ (Международное Агентство по Атомной Энергии). Инспектора МАГАТЭ сейчас с введением Дополнительного протокола (после 1993 года) могут поехать и проверить, что происходит в той или иной стране, взять пробы. Это введение более строгого режима контроля. Развивается институционный режим, новые организационные меры.

Необходимо технологически и технически разрабатывать методы не допускающие «утечку чувствительных» материалов (если не будет чистого плутония, а будет плутоний в смеси с изотопами актиноидами, его нельзя использовать для бомбы). Если избавиться от обогащения, а быстрый реактор не требует обогащения, тогда человечество сможет выступить с идеей безопасности с точки зрения распространения ядерной энергетики. На Саммите Тысячелетия ООН в 2000 году наша страна выступила с инициативой: ядерная энергетика без обогащения, без свободного плутония -- как основа стабильного энергетического развития мира.

Пример решения проблемы есть и в нашей истории: Советский Союз организовал региональный ядерный топливный цикл: разрабатывал реакторы, производил топливо, перерабатывал его. Страны Восточной Европы получали атомные станции, но топливным циклом не занимались, все опасные отходы и всё плутониевое топливо возвращалось в СССР. Страны получили новый эффективный источник энергии, но все «чувствительные» материалы, технологии и знания оставались в пределах и под контролем «ядерной» державы - СССР .

7 Фактор

Таким образом, создание международного режима требует создания региональных (международных) центров ядерного топливного цикла, например, международные Центры ядерного обогащения, как и Центры переработки ОЯТ и Центры БР должны быть созданы и работать под международным контролем. В одиночку ни одна страна, даже из «великих» держав не сумела до сих пор создать коммерческую АЭС с быстрым реактором -- бридером, работающим в замкнутом ЯТЦ.

Но необходимо пройти этот длинный и трудный путь развития международного сотрудничества в области мирного использования ядерных технологий - слишком большое значение имеет ядерная технология для экономики и безопасности стран, её освоивших.

Первые шаги уже делаются - эта идея развивается в МАГАТЭ в рамках нового международного проекта ИНПРО, созданного по инициативе нашей страны. Начата реализация идеи создания Международного Центра ядерного обогащения на базе Ангарского комбината.

1.4 Ядерная энергетика в мире