Аэс что это такое расшифровка

А́ТОМНАЯ ЭЛЕКТРОСТА́НЦИЯ

А́ТОМНАЯ ЭЛЕКТРОСТА́НЦИЯ (АЭС), элек­тро­стан­ция, на ко­то­рой для по­лу­че­ния элек­тро­энер­гии ис­поль­зу­ет­ся те­п­ло­та, вы­де­ляю­щая­ся в ядер­ном ре­ак­то­ре в ре­зуль­та­те кон­тро­ли­руе­мой цеп­ной ре­ак­ции де­ле­ния ядер тя­жё­лых эле­мен­тов (в осн. $\ce<^<233>U, ^<235>U, ^<239>Pu>$ ). Те­п­ло­та, об­ра­зую­щая­ся в ак­тив­ной зо­не ядер­но­го ре­ак­то­ра, пе­ре­да­ёт­ся (не­по­сред­ст­вен­но ли­бо че­рез про­ме­жу­точ­ный те­п­ло­но­си­тель ) ра­бо­че­му те­лу (пре­им. во­дя­но­му па­ру), ко­то­рое при­во­дит в дей­ст­вие па­ро­вые тур­би­ны с тур­бо­ге­не­ра­то­ра­ми.

Атомная Электростанция. Как устроена ? ⁠ ⁠

Атомная электростанция (сокращённо АЭС) — это электростанция, на которой производство электроэнергии осуществляется с использованием внутренней энергии атома.

Но далеко не каждый знает, как она устроена. На самом деле ее строение, крайне простое.

Из чего состоит АЭС

Атомная станция представляет собой комплекс зданий, в которых размещено технологическое оборудование.Основным, является главный корпус, где находится реакторный зал.

Данное помещение, является главным в АЭС в нем находится сам реактор и обязательные системы защиты и управления реактором. Простыми словами Реактор- это источник тепла(как бы печь топливом которой является уран 235), который выделяет огромное количество энергии и производит нагрев кокого-либо теплоносителя, например воды. Далее теплоноситель, который получил энергию в виде тепла, нагревает холодную воду и превращает ее в пар.

Турбинный зал

Легко догадаться по названию, что в данном зале находятся турбины, которые вращает пар полученный в реакторе, а турбины в свою очередь вращают генератор.Вот тут то мы и получаем в генераторах, переменный электрический ток.

Использованный пар, который прошёл через турбину охлаждается в конденсаторе при помощи Градирни, пруда охладителя ,брызгальными бассейнами. Пар конденсируясь превращается в воду, которая повторно используется и идет в реактор.

Таким вот весьма не простым способом мы получаем переменный ток, который приходит к нам в дома при помощи линий электропередач.

Позволяет получать электроэнергию каждый день 24/7.

Не выбрасывает в атмосферу «парниковые» газы.

Создает рабочие места для множества людей.

Позволяет обеспечить электроэнергией огромное количество домов.

Но приносит много налогов региону расположения.

Итог: Атомные Электростанции крайне эффективны и дают огромное количество энергии каждый день, также она обеспечивает рабочими местами множество людей и абсолютно экологический чиста. За исключением тех случаев, когда на аэс происходят крупные катастрофы с выбросом радиации в атмосферу.

7.2K поста 76.8K подписчик

Правила сообщества

ВНИМАНИЕ! В связи с новой волной пандемии и шумом вокруг вакцинации агрессивные антивакцинаторы банятся без предупреждения, а их особенно мракобесные комментарии — скрываются.

Основные условия публикации

— Посты должны иметь отношение к науке, актуальным открытиям или жизни научного сообщества и содержать ссылки на авторитетный источник.

— Посты должны по возможности избегать кликбейта и броских фраз, вводящих в заблуждение.

— Научные статьи должны сопровождаться описанием исследования, доступным на популярном уровне. Слишком профессиональный материал может быть отклонён.

— Видеоматериалы должны иметь описание.

— Названия должны отражать суть исследования.

— Если пост содержит материал, оригинал которого написан или снят на иностранном языке, русская версия должна содержать все основные положения.

Не принимаются к публикации

— Точные или урезанные копии журнальных и газетных статей. Посты о последних достижениях науки должны содержать ваш разъясняющий комментарий или представлять обзоры нескольких статей.

— Юмористические посты, представляющие также точные и урезанные копии из популярных источников, цитаты сборников. Научный юмор приветствуется, но должен публиковаться большими порциями, а не набивать рейтинг единичными цитатами огромного сборника.

— Посты с вопросами околонаучного, но базового уровня, просьбы о помощи в решении задач и проведении исследований отправляются в общую ленту. По возможности модерация сообщества даст свой ответ.

Наказывается баном

— Оскорбления, выраженные лично пользователю или категории пользователей.

— Попытки использовать сообщество для рекламы.

— Многократные попытки публикации материалов, не удовлетворяющих правилам.

— Нарушение правил сайта в целом.

Окончательное решение по соответствию поста или комментария правилам принимается модерацией сообщества. Просьбы о разбане и жалобы на модерацию принимает администратор сообщества. Жалобы на администратора принимает @SupportComunity и общество пикабу.

Серьёзной проблемой для АЭС является их ликвидация после выработки ресурса, по оценкам она может составить до 20 % от стоимости их строительства.

По ряду технических причин для АЭС крайне нежелательна работа в манёвренных режимах, то есть покрытие переменной части графика электрической нагрузки.

А детальнее можно? Нейтроны там всякие замедлители, типы реакторов?

Ну и там «а вдруг бахнет»?

Узбекистан присматривается к малым ядерным реакторам⁠ ⁠

Узбекистан следит за последними достижениями в области развития малых модульных атомных реакторов и не собирается отказываться от строительства атомной электростанции, заявил министр энергетики Журабек Мирзамахмудов.

Министр не согласился с тем, что по проекту строительства в стране первой АЭС совместно с «Росатомом» нет прогресса.

«Работа в рамках межправительственного соглашения о сотрудничестве в области атомной энергетики между Узбекистаном и Россией продолжается, но она продвигается немного медленнее, чем мы ожидали, потому что мы рассматриваем все аспекты, согласовывая и проверяя каждую деталь, устраняя возможные риски. Параллельно мы рассматриваем последние достижения в области малых модульных реакторов, которые становится очень популярными», – сказал Мирзамахмудов.

Он подчеркнул, что строительство АЭС является очень серьезным обязательством для государства.

«Сейчас мы в первую очередь ориентируемся на ускоренное развитие возобновляемой энергетики для устранения существующего дефицита энергии. Однако мы не снимаем с повестки вопрос строительства атомной электростанции – изучаем технологии, обучаем персонал, ведем переговоры с партнерами. Нам нужно устранить любые риски», – отметил глава Минэнерго.

В 2018 году Узбекистан и Россия заключили межправительственное соглашение о сотрудничестве в строительстве АЭС в республике. Документ предусматривает строительство АЭС из двух энергоблоков корпорации «Росатом» ВВЭР-1200 поколения «3+» мощностью 1200 МВт каждый. Контракт на строительство станции планировалось подписать до конца 2019 года. Ранее Министерство иностранных дел России заявило, что соглашение об основных условиях контракта о строительстве в Узбекистане АЭС находится в высокой степени готовности.

Калининская АЭС⁠ ⁠

Калининская АЭС признана лучшей атомной станцией России по итогам ежегодного конкурса «Росэнергоатома».

SCMP: Япония может оставить закрытой крупнейшую АЭС из-за забытых документов на крыше автомобиля⁠ ⁠

Перевод статьи “Japan may keep world’s largest nuclear plant closed because of papers left on a car roof”

Дата публикации: 23 мая 2023

P.S. Стараюсь переводить с полным сохранением картинок, фото, цитат и видео. Без отсебятины и каких-либо добавлений. Однако, в некоторых случаях, чтобы избежать постоянных тавтологий одних и тех же фактов, я вношу редакторские правки (как и в данной новости).

Ключевые моменты:

Более чем три десятка документов были потеряны после того как сотрудник компании Tepco положил их на крышу автомобиля и уехал.

Инцидент произошел через неделю после того как японские регуляторы приостановили перезапуск АЭС Касивадзаки-Карива из-за проблем с безопасностью.

Через неделю после того как японские регуляторы отложили перезапуск крупнейшей в мире атомной электростанции Касивадзаки-Карива в префектуре Ниигата из-за проблем с безопасностью, беспечный сотрудник, работающий из дома, усугубил проблемы Токийской энергетической компании (Tepco).

Более чем три десятка документов были потеряны из-за незадачливого сотрудника. Фото: Reuters

Как сообщила компания, ее работник положил стопку документов, относящихся к работе АЭС, на крышу автомобиля прежде чем уехать. Чуть позже часть бумаг нашла местная жительница, в то время как местонахождение еще 38 страниц до сих пор неизвестно.

Этот незадачливый случай является последним в череде ошибок компании и, вероятно, подорвет еще больше доверие регуляторов к Tepco. Нарушения безопасности и строгий процесс регулирования не позволил запустить эту электростанцию, чьи реакторы были остановлены в 2011 году после землетрясения на Фукусиме.

В Tepco отметили, что уже предупредили работников и менеджеров о недопустимости подобных инцидентов, а также пообещали проследить за более строгим соблюдением правил выноса документов за пределы предприятия.

АЭС Касивадзаки-Карива в префектуре Ниигата (Япония). Фото: AP

Напомним, что Национальное управление по ядерному регулированию, которое наблюдает за протоколами безопасности оставшихся 33 ядерных реакторов Японии, только на прошлой неделе приняло решение сохранить фактический запрет на возобновление работы электростанции, заявив, что защитные меры компании не адекватны.

Тем временем южнокорейская делегация прибыла в Японию в воскресенье с шестидневным визитом для оценки безопасности запланированного Японией сброса очищенной радиоактивной воды в море с пострадавшей от катастрофы атомной электростанции Фукусима. Делегация из 21 эксперта была отправлена поскольку в Южной Корее сохраняются опасения по поводу потенциального воздействия очищенной воды на окружающую среду океана.

Лидер южнокорейской оппозиции Ли Джэ Мён даже призвал японских чиновников подтвердить свои заявления о безопасности и пить очищенную радиоактивную воду, которая, как скоро будет сброшена в океан.

Ответ на пост «Германия»⁠ ⁠

Поскольку тема АЭС недавно активно продвигалась в новостях, интересно стало и почитать об этом как можно объективнее.
Да, атомная энергетика в Германии 15 апреля 2023 закончила свою историю.
Но стоит обратить внимание на Финляндию.
В Финляндии на полную мощность заработал крупнейший в Европе ядерный реактор, строительство которого велось последние 18 лет.
https://www.forbes.ru/biznes/487716-v-finlandii-zarabotal-kr.

В такие совпадения "день в день" я не верю. Особенно на таком уровне.

Но не менее интересно и то, как в Германии будут расставаться с атомными станциями. Демонтаж АЭС — это не ванну в квартире поменять. Процесс это длительный и специалистов в такой сфере немного.
Для понимания всего юмора ситуации нужно заглянуть в соседнюю Швецию. Там уже полным ходом летят в пропасть зависимости от импорта энергии:
29 апреля 2017 года были обнародованы итоги тендера на демонтаж двух корпусов реакторов первого и второго энергоблока АЭС «Оскархамн» и двух корпусов на АЭС «Барсебек». Его выиграли Uniper Anlagenservice и Nukem Technology. Последняя имеет опыт вывода из эксплуатации АЭС в Германии, во Франции, исследовательского реактора и топливного завода в Германии, объектов в Испании, Китае, ЮАР, Болгарии, Чехии, строительства хранилища радиоактивных отходов в Чернобыле, вывода из эксплуатации АЭС «Игналина» в Литве.
https://ru.m.wikipedia.org/wiki/Атомная_энергетика_Швеции

Компаний таких очень мало, поэтому решил почитать, кто ж это такие:
NUKEM Technologies GmbH is a nuclear engineering and consulting company managing radioactive waste and spent fuel and decommissioning of nuclear facilities. The company is located in Alzenau, Germany. It was established in 2006 as a subsidiary of Nukem Energy.
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Nukem_Technologies

Ну или проще говоря — занимаются консультациями по атомной энергии и вообще в курсе что это такое "мирный атом". Настолько в курсе всего этого дела, что они же и демонтируют десятки этих энергоблоков в Европах и мире.

Но самое забавное, из-за чего пост и писал:
С 2010 года эта баварская компания на 100 % принадлежит концерну «Росатом».

Так что — Спасибо товарищ Грета!
Родина Вас не забудет!

Циничное убийство немецкой атомной энергетики⁠ ⁠

Автор: Владимир Герасименко (@Woolfen).

В ночь с 15 на 16 апреля были остановлены последние 3 атомных энергоблока Германии. Теперь эта страна официально Kernkraftwerkbefreit — избавленная от атомных электростанций. В Берлине, Мюнхене и земле Баден-Вюртемберг сотни противников атомной энергии вышли на улицы, чтобы отпраздновать остановку реакторов. Давайте же посмотрим как Германия шла к этому.

После окончания Второй мировой войны любые исследования по ядерной тематике считались военными, а следовательно были запрещены для Западной Германии американцами. Хотя в начале 50-х по инициативе США началось осторожное возвращение военной мощи Германии в связи с необходимостью противостоять СССР, ядерная тематика была вопросом сложным. Немецкое правительство, глядя на бум развития мирного атома — в начале 50-х свои мирные атомные проекты были у СССР, США, Канады, Британии, Франции — захотели тоже не упустить свой билет на поезд истории. Но в США опасались, что для немцев мирный атом может стать лишь предлогом для разработки ядерной бомбы. В ходе длительных переговоров в начале 50-х был достигнут компромисс — США разрешает Германии разработку атомных реакторов для мирного использования, но с условием, что обогащенный уран для АЭС поставлять будут только США.

В 1957 году федеральное правительство Западной Германии выпустило программу развития атомной энергетики, где с одной стороны утверждалось, что пока что насущной необходимости в строительстве коммерческих АЭС нет, но вот в будущем с ростом промышленности она появится, а потому требуется к 1965 году построить 5 экспериментальных реакторов суммарной мощностью 500 МВт. В том же году университеты Мюнхена, Франкфурта, Берлина и Гамбурга приобрели в США образцы реакторов, которые были введены в строй в 1958-1959 годах. В то же время крупные немецкие фирмы включились в игру со своими проектами: в том время, как одни, пытались разработать свои варианты реакторов (например, реактор фирмы Крупп, сооруженный в центре атомных исследований в Юлихе), другие, осознавая собственное отставание в технологиях, решили пойти по пути покупки иностранных технологий.

Флагманами разработки и строительства АЭС стали два электротехнических гиганта — AEG и Siemens. AEG вступила в консорциум с американской General Electric с целью строительства энергетических реакторов BWR (пар генерируется непосредственно в реакторе и поступает в турбину), а Siemens вступил в консорциум с американской Westinghouse у которой был реактор PWR (пар генерируется от теплообмена первого (реакторного) контура и второго). Первенство было за Siemens, чья исследовательская АЭС Kahl первой подала электричество в общественную сеть. Но потом в этой конкуренции стал лидировать AEG — все три первых “экспериментальных” энергоблока коммерческих АЭС были построены по их технологии. Первая же коммерческая АЭС Siemens была введена в эксплуатацию только в 1969 году — через 7 лет после первого реактора BWR от AEG.

При этом стоит отметить, что хотя обе фирмы и купили американские технологии, фактически они непрестанно модернизировали базовый проект и разрабатывали на его основе новые, поэтому уже на станциях 70-х годов постройки американскими реакторы можно назвать чисто условно. Но это же создавало и проблему в связи с тем, что вместо типового проекта был ворох уникальных с новыми идеями и технологиями и каждый требовалось лицензировать отдельно. Кроме того, Западная Германия была не столь велика для двух конкурирующих в атомной отрасли фирм, поэтому с 1969 по 1974 произойдет поэтапное слияние атомных бизнесов AEG и Siemens в совместное предприятие Kraftwerk Union AG (KWU), которое будет включать не только собственно атомные подразделения обеих фирм, но и весь бизнес Siemens в части строительства АЭС.

Это не обложка альбома группы Kraftwerk, а реклама KWU

Во второй половине 70-х Siemens выкупит у AEG долю и станет единоличным владельцем фирмы. Именно на 70-е и первую половину 80-х приходится расцвет немецкой атомной промышленности. Западногерманские инженеры в тот момент находились на острие прогресса — именно немецкие энергоблоки с реакторами PWR (отечественные ВВЭР относятся к этому же типу) первыми достигли электрической мощности в 1000 МВт. А в 1974 году KWU построила блок АЭС Biblis A с самым мощным на тот момент PWR мощностью около 1200 МВт.

KWU строит свои реакторы в Швеции, Аргентине, Бразилии, Австрии и Иране (тот самый Бушер-1, который не смогли достроить). Строится первый реактор на быстрых нейтронах и немецкие атомщики вообще уже задумываются над замкнутым ядерным циклом. В конце 70-х был разработан проект унифицированного реактора PWR типа Konvoi (названный по одноименной АЭС в Германии, где он начал сооружаться), который должен был стать основным реактором Германии в 80-90 годах. Его мощность составляла 1300 МВт и этот рекорд для реакторов PWR держался до конца 2000-х.

Разрез реакторного и турбинного зала АЭС дизайна preKonvoi и Konvoi. Куполообразный вид реакторного зала был отличительной чертой немецких АЭС

Но аварии на АЭС Три-Майл-Айленд в США в 1979 году и в Чернобыле в 1986 положили конец этим светлым мечтам. Если в соседней Австрии на этом фоне население и власти решили сделать страну полностью безъядерной, то в Германии наступило резкое охлаждение отношения властей к АЭС. Да и среди простого населения атомные технологии стали восприниматься преимущественно негативно. И что хуже всего именно в этот момент раз возникла партия, причём совершенно независимо от актуализации темы вреда АЭС, которая готова была отстаивать антиядерную повестку — нынешняя “Партия зеленых”, на предыстории которой необходимо немного остановиться.

Все АЭС, построенные на территории Германии (в кружочках их мощность в МВт)

Рост зеленого движения в Германии в 1960-е годы был в некотором роде уникальным явлением — пока в остальной Европе, на фоне восстановления после войны и некоторого роста благосостояния, начали как грибы после дождя появляться разные левые движения и партии, мутившие воду, в Германии это было несколько проблематично. Местные левые всегда вызывали сильное подозрение у ЦРУ и Госдепа, да и у многих немецких политиков более правой части спектра, так как они считались если не пятой колонной, то сиvпатизантами ГДР и СССР. Поэтому любые левые движения вне умеренной СДПГ могли существовать либо на основе какой-то совсем “вегетарианской” повестки, либо вести подпольную деятельность.
Тем не менее подъем левых, более общественно ориентированных, взглядов происходил и в Германии, но концентрировался он вокруг мирной и травоядной темы экологии. Движения за защиту экологии в 1960-е появились по всей Германии — они протестовали против загрязнения окружающей среды выбросами заводов, за защиту прав животных, дикой природы и т.д. Одним из пунктов борьбы были и АЭС, которые экологам не нравились из-за страшной радиации. Более того, в 1970-х даже зеленым даже удалось предотвратить строительство двух АЭС, ссылаясь на возможный вред экологии. Тем не менее сама по себе тема АЭС не очень волновала в тот момент простых бюргеров, зато их волновала потенциальная война с СССР и ядерный холокост — ничего этого им не хотелось. На тот момент немцам хватало двух мировых войн, третья лишняя.
А в конце 1970-х США плеснули в это зеленое болотце бензина и бросили спичку — они захотели разместить в ФРГ склады с ядерными боеприпасами. И эта тема так полыхнула, что на фоне недовольства бюргеров этим шагом кристаллизовалась буквально из воздуха будущая “Партия Зеленых” — она поменяет несколько названий, пару раз расколется, но всё же до сих пор живет и процветает. В начале 1980-х это будет зонтичная партия, объединяющая весь политический спектр на базе идей запрета размещения ядерного оружия в Германии и пацифизма: нет третьей мировой, оставьте в покое коммунистов.

Типичная акция немецких экологов в 1980-е -выступают против ядерного оружия

Дико иронично было то, что американцы и их немецкие коллеги своей борьбой с любыми слишком левыми в Западной Германии сами и создали эту по мнению ЦРУ “просоветскую” силу. Уже в 1983 году зеленые проходят в Бундестаг, а их повестка выходит на общефедеральный уровень. В США лишь скрипят зубами, так как эти зеленые льют воду на мельницу советов и возможно вообще все куплены ими, но доказательств нет. Дошло до того, что в провластных медиа начали активно окучивать тему того, что зеленые это экофашисты и литералли Гитлеры, чему способствовало, что в рядах зеленых были всамделишные фашисты и даже наци, которых оттуда к концу 80-х со скандалом выперли.

И вот после того, как в 1986 произошёл очень близкий Чернобыль, тема запрета АЭС приобрела у зеленых столь же большой вес, как и ядерное оружие из-за прямой опасности атомных станций. Правительство Германии из-за Чернобыля вынуждено было притормозить проекты строительства новых АЭС, хотя крест на отрасли ставить не собирались — лишь переждать бурю. Когда в 1990 году ФРГ достались восточногерманские АЭС с реакторами типа ВВЭР, их, не задумываясь, тут же остановили, так как считали их ненадежными и вообще их стоит заменить на западные. Но общий спад интереса к атомке в 80-е и 90-е в Германии был усилен тем, что в 1998 году к власти пришла коалиция СДПГ и Зеленых. Герхард Шредер в обмен на получение так необходимой его партии правящей коалиции согласился с зелеными в том, что требуется начать отказ Германии от АЭС.

А это типичная акция зеленых в 1990-е — 2020-е

Начались длительные переговоры внутри коалиции, а также с атомщиками и энергетиками, сутью которых стал план поэтапного снижения числа АЭС в стране: запрещалось новое строительство, а также бралось обязательство прекращения работы АЭС, но без сроков реализации. Эти решения были закреплены в законе от 2002 года. Но ещё раньше, почти сразу после прихода Шредера к власти, в Siemens поняли, что ловить в Германии атомному бизнесу нечего и надо его как-то кому-то приткнуть. Выбор был сделан в пользу французского Framatome (после сделки переименовались в Areva), который как раз таки проснулся от спячки и начал искать кому бы продать свой новейший реактор EPR. Немцы срочно выделили весь неядерный бизнес из KWU обратно в Siemens, а ядерный в отдельную структуру Siemens Nuclear Power GmbH, которая сформировала совместное предприятие с французами.

При этом разделение ответственности в новом консорциуме было таково, что немцы фактически отказывались от всех своих наработок по реакторам и работали только по системам управления и электрооборудованию. Всех всё устраивало: французы как раз добились у финнов заключения контракта на строительство блока АЭС Олкилуото, переименовались в Areva, а потом совершенно внезапно покатились под откос. При строительстве Олкилуото-3 французы обосрались со строительством, допустив кучу ошибок, разведя на ровном месте дикую бюрократию и в итоге уже к 2010 году был истрачен весь бюджет на АЭС, а стройка только-только начиналась. И вот тут-то немцы и всполошились, так как французы хотели, чтобы все убытки по проекту Siemens с ними разделил.

Вот только немцы за косяки французов платить не хотели, а потому начали искать варианты, как бы от этого говна избавиться. Одним из них было создание консорциума теперь уже с Росатомом и переговоры даже зашли достаточно далеко, но тут случилась Фукусима.

К этому моменту к власти в Германии снова вернулась коалиция ХДС/ХСС во главе с Ангелой Меркель. Эта коалиция была настроена к АЭС очень дружелюбно, как и к переговорам с Росатомом о консорциуме, но внезапный черный лебедь в виде ядерной аварии в Японии смешал все карты. Если ещё недавно новое правительство Германии продумывало варианты возобновления развития атомного сектора в стране, то после Фукусимы Ангела Меркель вынуждена была сделать резкий разворот в риторике. Причиной его стало беспрецедентное давление со стороны обеспокоенной общественности, распаляемой пропагандой зеленых. Меркель ради удержания власти вынуждена была экстренно остановить работу всех старых энергоблоков и потребовать немедленной проверки всех АЭС страны.

Реакция немецких атомщиков на такие повороты сюжета

Чтобы удержать контроль над антиядерной повесткой в своих руках, Меркель вынуждена была пойти гораздо дальше и начать проработку закона о поэтапном выводе всех АЭС из работы. Это при том, что результаты работы комиссии по безопасности в 2016 году говорили о том, что с точки зрения безопасности АЭС Германии удовлетворяют всем требованиям безопасности. Тем не менее решение было принято, а правительство начало ускоренно прорабатывать замену АЭС “зелеными” источниками генерации, делая ставку уже на них. Тут ещё стоит упомянуть, что против АЭС выступали и лоббисты зеленой энергетики, которая в Германии была как раз на подъёме. Они носились по бундесканцелярии с графиками безудержного роста выработки ветряками электроэнергии, причём совершенно экологически чистой.

Так как закон об отказе от атомной энергии прорабатывался в спешке, то следующие 10 лет правительство постоянно судилось с фирмами-эксплуатантами АЭС. Но все судебные процессы не меняли главного — менять курс на денуклиаризацию Германии уже никто не собирался. Немецкое правительство вложило слишком много ресурсов в замену АЭС на ветряки и солнечные панели, чтобы поворачивать назад. Да и сила зеленого лобби в Германии лишь росла — сейчас партия “Зеленые” одна из крупнейших в стране и ссориться с ней чревато.

К 2022 году в работе оставалось 6 энергоблоков со сроком вывода из работы в 2023 году. На фоне энергетического кризиса в Европе правительство Германии внезапно вспомнило о них и хотело ввести поправки в закон, позволяющие их эксплуатацию. Но потуги эти были слишком поздние — АЭС уже проходили процедуры подготовки к консервации и демонтажу и обратить их вспять было в тех условиях невозможно. При этом новая красно-зеленая коалиция, когда стало ясно, что АЭС всё, решила сделать вид, что вообще так и было всегда задумано, а все метания 2022 года вроде как и не про них:

«Атомные электростанции будут рано или поздно демонтированы, а строительство новых АЭС всегда превращалось в экономическое фиаско будь то во Франции, Великобритании или Финляндии. Немецкие операторы также не заинтересованы в строительстве новых АЭС. Наша энергетическая система будет развиваться иначе: к 2030 году доля возобновляемой энергии достигнет 80 процентов», — сказал министр экономики Германии Роберт Хабек.

То, что экономическое фиаско почему-то преследует только АЭС, построенные Францией, министр умолчал. Но едва ли эта ремарка что-то бы изменила в отношении немецкой атомки. На пике в 70-е АЭС обеспечивали до 30% всей выработки электроэнергии в Западной Германии, в 2022 году на АЭС приходилось всего 6%. Сегодня от некогда второй континентальной европейской атомной промышленности не осталось почти ничего. Siemens всё ещё занимается АСУТП для АЭС, а также производством электросилового оборудования для них, но не более. Немецкая же атомная школа умерла в 90-х и больше уже никогда, вероятно, не возродится.

А ещё вы можете поддержать нас рублём, за что мы будем вам благодарны.
Значок рубля под постом или по ссылке, если вы с приложения.
Подробный список пришедших нам донатов вот тут.

Подпишись, чтобы не пропустить новые интересные посты!

Первый энергоблок Белорусской АЭС⁠ ⁠

Жизнь и смерть британской атомной энергетики⁠ ⁠

Автор: Владимир Герасименко (@Woolfen).

2 января 2023 года власти Великобритании заявили о создании Фонда ядерного топлива на 75 млн (около $90 млн), который должен помочь острову побороть зависимость от российского атомного топлива. Сумма на первый взгляд солидная, если не учитывать тот факт, что только с января по октябрь 2022 года англичане были вынуждены купить в России ядерного топлива на $482 млн. Деньги уже расписаны командам, которые будут прорабатывать решения по обогащению топлива и переработке отработанного топлива.

Правда, денег этих на что-либо, кроме салфеточных проектов, не хватит. Например, строительство обогатительного завода европейской фирмы Urenco на 5000 тонн урана с 5%-обогащением в год обошлось США в $3 млрд. за 7 лет. Т.е. текущие инвестиции это капля в море, а если учесть, что атомная индустрия Британии в состоянии, близком к смерти, то выходит довольно грустная для англичан картина. Так почему же бриты хотят разработать своё, а не купить чужое? Как вообще так вышло, что страна, первой построившая коммерческий ядерный реактор, сейчас не имеет никаких своих ядерных технологий? Ответ, возможно, многих поразит.
Британия вступала в ядерный век одной из ведущих промышленных держав, правда очень бедной. Послевоенная Британия была страной с нищим населением, почти разорённой войной, в которой победила.

Карточная система в послевоенной Британии по отдельным категориям продукции держалась аж до 1954 года. Туманный Альбион очень тяжело выходил из военного времени

Тем не менее, у страны была хоть и избыточная, но мощная промышленность, а также серьёзный технологический задел. Сотрудничество с американцами в ядерном проекте позволило британцам не тратить значительные ресурсы на R&D во время работы над своим национальным ядерным проектом. Тем не менее общий недостаток средств заставлял британцев идти по пути наименьшего сопротивления, выбирая те решения, которые могли дать быстрый результат.
Именно таким решением и был первый коммерческий реактор Magnox. Это было дитя военной атомной программы. Его конструкция была максимально простой, а значит, как тогда считалось, надёжной. Он работал на природном уране, который не требовалось дообогащать. В качестве охладителя использовался тоже крайне дешёвый углекислый газ, а замедлителем выступали блоки графита с проточенными в них каналами. Дешёвый и эффективный реактор, который имел и ещё один очень важный для британцев плюс — он нарабатывал плутоний, столь необходимый военным. Кроме того, плюсом было и то, что не требовалось какой-то серьёзной индустрии для фабрикации топлива.

Простой и надёжный реактор Magnox. Проще сделать едва ли выйдет

Всем хорош был Magnox, кроме одного — он оказался никому не нужен за пределами Британии. Все страны ядерного клуба пилили свои проекты реакторов, а тем, кто в клуб не входил может и хотелось бы реактор, да только вот всех немного напрягал факт, что он нарабатывает плутоний. Поэтому коммерческие перспективы за пределами Британии у Magnox оказались околонулевые. Была и ещё одна проблема — так как реактор был простой и дешёвый, то весь состоял из компромиссов и как результат по степени эффективности преобразования топлива в энергию был так себе. У него была проблема с крайне неравномерным выгоранием топлива и необходимостью частой замены топливных стержней. При этом утилизация стержней из-за коррозионной нестойкости их оболочки (стержни приходилось хранить в заполненном СО2 помещении) была довольно затратным предприятием, плохо сказывающемся на финальной экономической эффективности.

А ещё Magnox по наследству от военных реакторов-наработчиков плутония получил эту, без сомнения, интересную фишечку. Когда британцы для продвижения своего реактора на международные рынки раскрыли для участников МАГАТЭ всю техническую документацию на реактор, то они помогли одной маленькой, но очень гордой стране в овладении технологиями военного атома.

Поэтому в начале 60-х родилась идея улучшенного реактора, который получил название Advanced Gas-cooled Reactor (AGR). Для улучшения экономических характеристик в реакторе требовалось поднять температуру в активной зоне, а сделать это можно было за счёт более плотной компоновки, более высокого давления теплоносителя и более энергетически емкого топлива. Поэтому для реакторов пришлось выбрать урановое топливо низкого обогащения — в районе 2,5%, а также сделать стержни с более термостойким корпусом.
Итоговый реактор оказался при схожей мощности более компактным, чем Magnox, при этом имел КПД на 10% больше. Но за всё надо платить. Выбор в качестве оболочки стержней стали оказался неудачным — сталь хорошо поглощает нейтроны. Газовое охлаждение также не позволяло добиться столь же высокой эффективности, как на легководных реакторах. Данный тип реакторов оказался тупиком, пока легководники росли в мощности и экономической эффективности AGR имели крайне слабые возможности по развитию. Кроме того обогащение топлива до уровня даже в 2,5% оказалось крайне дорогим делом — имеющиеся обогатители-газодиффузоры потребляли космическое количество электричества.

AGR уже более сложный по устройству, нежели Magnox

На разработку AGR было потрачено очень много времени и денег, к тому моменту, когда стало ясно, что это тупик. Теперь от правительства требовались вложения в новую разработку, но ни государство, ни частные инвесторы вкладывать деньги не захотели. В стране как раз начался газовый бум из-за начала разработки месторождений в Северном море, а лишних денег у Британии не было, поэтому атомку посадили на голодный паёк.

Сели на ресурсную иглу до того, как это стало мейнстримом в России

С этого момента началась история, классическая для Британии — оптимизация за счёт приватизации. Так как британская атомка состояла из множества предприятий разной степени прибыльности, то правительство начало потихоньку делить до этого единую структуру управления по атомной энергии UKАЕА и продавать по частям. Почти сразу же приватизировали и предприятия, связанные с медицинскими технологиями. Обогатительные заводы с газодиффузионными установками, как малорентабельные, были закрыты, а вместо них построено предприятие европейской URENCO с современными центрифугами. Правда, полная его мощность не могла удовлетворить спрос на топливо в Британии, но выяснилось, что дешевле вообще покупать услуги по обогащению за границей. В 80-е тихо умерли проектные бюро, трудившиеся над созданием реакторов нового поколения, те кто выжил были переданы в ведение МО.

Думаешь, я тебя не приватизирую?

К концу 80-х на балансе государства остались только собственно сами АЭС и комплекс по утилизации ядерного топлива. Все современные АЭС на блоках AGR и новейшая Sizewell B на Вестингаузовском легководнике были выделены в фирму British Energy и приватизированы. Оставшиеся АЭС на Magnox поэтапно выводились из работы из-за их возраста и малой рентабельности. Перерабатывающие предприятия в Селлафилде тоже потихоньку выводили из работы, так как их мощности с закрытием старых АЭС были избыточны. Весь оставшийся после приватизации комплекс объединили в рамках государственной корпорации British Nuclear Fuels Ltd (BNFL).

Таким образом у началу 90-х в Британии не осталось своих технологий в ядерной отрасли: фактически производство топлива и новое строительство АЭС было завязано на иностранные фирмы. Видимо, осознавая эту проблему, руководство BNFL в 90-е активно занялось скупкой предприятий атомного сектора по миру: например британцам достался почти целиком весь ядерный бизнес шедшего на дно Westinghouse, а также ядерный бизнес шведско-швейцарской ABB. Казалось бы, у тебя в руках золотая рыбка — две мощные фирмы проектанта реакторов с одним из лучших проектов на рынке, с огромным опытом в проектировании и строительстве АЭС.
А дальше происходит чисто британская схема — реструктуризация, оценка стоимости и приватизация на которой правительство сумело опять срубить бабла. В итоге на балансе правительства остался лишь комплекс Селлафилда, который и продать-то некому из-за его, мягко говоря, устарелости. А финалочкой для дебританизации британской атомки стало поглощение оператора самых современных АЭС острова французской EDF.

Правда, деньги от приватизации быстро проели, а вот вопросики к политикам остались: а что с атомкой-то делать будем? В начале 00-х ответом на вопрос стала зелёная энергетика, которую активно тогда проталкивали в массы. Вопросы топлива также решили просто — стали закупать подешевле у России. Но зеленая энергетика росла не так быстро, как хотелось, а потому в 2005 британцы вернулись к вопросу строительства новых АЭС, когда была начата проработка тендера на АЭС Hinkley Point C.

Работающие АЭС синим, планируемые к строительству на момент 2010 года красным. Стрелочками отметил АЭС от EDF. В красной рамочке АЭС, строительство которой отдали только что проданному Westinghouse. В зелёной рамочке АЭС, которую должен концерн из Hitachi и Toshiba (владеющей в тот момент Westinghouse). Т.е. две АЭС ушли японцам.

В ходе конкурса выяснилось много интересного:
1. Заказчик в лице British Energy и фаворит конкурса в лице EDF — это по факту одна и та же фирма (для России это нормально, а вот для Европы до 2000-х — нет);
2. У EDF нет достаточно денег для финансирования строительства, у правительства тоже, а частные инвесторы не очень охотно заходят в проект с сроком окупаемости в районе 50 лет;
3. Второй участник конкурса Westinghouse, во-первых, был ещё несколько лет назад британским, во-вторых, прямо в ходе конкурса в очередной раз ушёл на дно;
4. Строить АЭС за те деньги, что есть соглашались только китайцы, но при этом они хотели чтобы им разрешили построить ещё и АЭС по своему проекту;
5. Ебический срок окупаемости в 50+ лет очень быстро улетел в район 100 лет из-за ограничений на тарифы на электричество и огромные затраты на отчуждение земли и компенсации местным жителям (при сроке работы АЭС в 60 лет с возможностью продления ещё на 40);
6. Британия полностью зависима на всех этапах строительства от иностранных фирм, доля участия британских предприятий крайне мала;
7. На фоне обострения отношений с Китаем его фирмы решили тихо выдавить из проекта, вместе с китайскими же инвесторами, что ещё сильнее подорвало финансовые перспективы АЭС.

Как результат, строительство Hinkley Point C, начатое в 2017 году, идёт с лютейшими задержками. Проекты строительства других АЭС на острове отменены. И логика в развитии своих технологий есть, вот только делать это надо было лет 20 назад, да и вкладывать куда большие суммы.
Британские власти сейчас делают ставку на развитие собственных малых модульных реакторов и технологий по обогащению и переработке ядерного топлива. Т.е. находятся в точке с которой 70 лет назад начинали развитие собственной атомки — есть желание развивать технологии, но нет опыта и денег. В тот раз проблему вытянул военный атомный проект, но сейчас он этого сделать не сможет.

А ещё вы можете поддержать нас рублём, за что мы будем вам благодарны.
Значок рубля под постом или по ссылке, если вы с приложения.
Подробный список пришедших нам донатов вот тут.

Подпишись, чтобы не пропустить новые интересные посты!

Рециклинг в атомной отрасли: от «хвостов» до быстрых реакторов⁠ ⁠

Как показывает практика, ядерное топливо можно многократно использовать, а самые опасные долгоживущие продукты деления — безопасно «сжигать». Все, что нужно — уникальные технологии и правильно организованный «жизненный цикл» топлива. Что такое ОЯТЦ, ЗЯТЦ и СЯТЦ и как именно Росатом собирается полностью перевести российскую ядерную энергетику на реакторы на быстрых нейтронах.

Реактор БН-800. Реакторы на быстрых нейтронах могут работать на инновационном топливе, для производства которого используются материалы из отработавшего топлива / ©Белоярская атомная электростанция, Росатом

Главный тренд современности — экологически безопасное долгосрочное развитие во всех сферах: от повседневной жизни до тяжелой промышленности. Главная цель — сократить загрязнение планеты и впредь поддерживать баланс, грамотно используя ее ресурсы. В зарубежной литературе этот переход проходит под лозунгом «трех R»: Reduce. Reuse. Recycle — сокращение отходов, многократное использование и переработка. Ошибочно думать, что это касается только обывателей вроде нас с вами. Крупные компании тоже стараются следовать этим принципам, но совсем в другом масштабе.

Стоит кого-нибудь спросить, какие отходы самые опасные, и собеседник, скорее всего, ответит, что радиоактивные. Несомненно, при неправильном обращении и хранении радиоактивные отходы опасны. Но при правильном подходе ядерная энергетика — это чистая энергетика, а «отходы» — подходящий ресурс для производства нового топлива. Именно о такой «переработке» в атомной отрасли, или «рециклинге» и пойдет речь.

Рециклинг — обращение с с регенерированными ядерными материалами, при котором они очищаются и используются повторно, либо возвращаются в производственный цикл. Стеклянные бутылки и банки отмываются, а пластик и бумага измельчаются для производства нового пластика и бумаги. Рециклинг — разновидность переработки.

С помощью специалистов топливной компании «ТВЭЛ» разбираемся в реализуемых сегодня жизненных циклах ядерного топлива: открытом цикле, французской модели, двухкомпонентной энергетике, закрытом ядерном топливном цикле, утилизации радиоактивных отходов и использовании «урановых хвостов».

Производство топлива

«Жизнь» топлива для атомных электростанций начинается с добычи урана. Уран — самый тяжелый химический элемент из тех, что встречаются на Земле в природе. Конечно, не в чистом виде, а в составе руд и минералов. В результате переработки получают чистый уран, который все же не подходит для производства топлива — он слишком «бедный».

Самый распространенный в природе изотоп урана — уран-238. На него приходится 99,3% всего урана. Для энергетики же ценны оставшиеся 0,7% — уран-235. Именно он является основным делящимся материалом в ядерном топливе для «обычных» тепловых АЭС. Проблема в том, что для работы АЭС содержание «полезного» урана-235 в топливе должно составлять до 5%, а не 0,73%, как в среднем в естественных условиях. Нужное процентное содержание получают на этапе обогащения.

Добытый природный уран отправляют на конверсию: из твердого состояния в газообразное. На выходе получают газообразный гексафторид урана. В газообразном состоянии его отправляют в центрифугу и раскручивают: более легкий уран-235 «прилипает» к оси, а тяжелый уран-238 оказывается на периферии. В результате выделяют немного обогащенного до 5% гексафторида урана, из которого и делают топливо. Все остальное — «хвосты», обедненный гексафторид урана (ОГФУ) с содержанием урана-235 около 0,25%.

Возможности Росатома по обогащению урана держатся в тайне. Граница в 5% — принятая для энергетических реакторов. Для АЭС обычно обогащают до 4,7-4,9%, все зависит от стоимости урана и услуг по обогащению, а также конкретного топливного цикла АЭС. И тут стоит упомянуть, что Россия — лидер в центрифужном обогащении. Так называемые «хвосты», ОГФУ, получаются бедными на уран-235, но и им нашли применение. Но об этом позже, пока вернемся к производству топлива.

На следующем этапе — этапе фабрикации — из газа делают порошок и спекают в урановые таблетки. Таблетки запаиваются в циркониевые трубки с необходимыми заглушками и крепежными элементами — получаются тепловыделяющие элементы (ТВЭЛы). Из ТВЭЛов собираются тепловыделяющие сборки (ТВС). Материалы и конструкция элементов и финальной сборки зависит от типа реактора.

Операция спекания таблеток в печах BTU / ©НЗХК

Готовые ТВС отправляются на атомные станции, где работают около пяти лет. С момента, как они покинули реактор, их уже называют отработавшим, или облученным ядерным топливом (ОЯТ). Еще пять лет отработавшее топливо остывает в бассейне выдержки на станции. Его дальнейший путь — главная тема этого материала.

Отработавшее ядерное топливо может отправиться на захоронение, а может продолжить приносить пользу. Это зависит от выбранного топливного цикла.

Открытый ядерный топливный цикл

Самый простой вариант, активно использовавшийся в прошлом, — загрузка отработавшего топлива в контейнеры и отправка на хранение: либо до момента, как придумают, что с ним делать дальше, либо вообще навсегда.

Один из видов «вечного» хранения — геологическое захоронение. Такие хранилища сейчас строятся в Швеции и Финляндии. Пока что отработавшее ядерное топливо копится в контейнерах, а когда строительство закончится, их перенесут в хранилища. Переработать другие страны его не могут — необходимые для этого технологии на сегодняшний день остались только у России и Франции (раньше еще были у Великобритании).

Французская модель

Во Франции отработавшее ядерное топливо отправляют на переработку: элементы и циркониевые оболочки распиливают, таблетки растворяют.

Состав отработавшего ядерного топлива выглядит примерно так: уран (96%), плутоний (1,2%) и радиоактивные отходы. Основные составляющие отходов: «короткоживущая» цезий-стронциевая фракция (2%), минорные актиниды (0,5%) и прочие продукты деления (0,3%). Главное — остается много урана.

Облученный уран называется регенератом. В нем, помимо «бесполезного» урана-238 и «полезного» урана-235 (2%) появляется еще и много других изотопов (232, 234, 236), которые будут мешать реакции.

Для производства топлива уран очищают от четных изотопов и радиоактивных отходов, и дообогащают до необходимых 5%. Плутоний оставляют, поэтому топливо уже называется уран-плутониевым (у французов принято название МОКС-топливо). Такое топливо можно один раз отправить в реактор, правда, загрузив лишь на 30-50% активную зону реактора в добавление к обычному топливу. И всё — дальше только захоронение, потому что соотношение изотопов урана становится совсем неподходящим для переработки, а плутоний начинает слишком сильно фонить.

Сборка каркаса тепловыделяющей сборки / ©НЗХК

Главная проблема такой переработки — она не избавляет от объема опасных радиоактивных отходов: «короткоживущей» цезий-стронциевой фракции и минорных актинидов (америций, нептуний, кюрий и другие). Последние представляют наибольшую опасность, потому что период их полураспада — тысячи лет. Однако в России умеют от них избавляться — с помощью реакторов на быстрых нейтронах.

Двухкомпонентная модель и радиоактивные отходы

Реакторы на быстрых нейтронах — наследие огромной работы, проделанной советскими учеными. В экспериментальном масштабе их разработкой занимались многие страны мира: Франция, США, Япония, Великобритания. Но лишь в России удалось выйти на промышленный масштаб. По сей день работает запущенный в 1980 году на Белоярской АЭС реактор БН-600. В 2015 году на той же Белоярской запустили БН-800. И развитие продолжается: в Северске строится экспериментальный реактор БРЕСТ-ОД-300 (на СНУП-топливе) и для Белоярской проектируется мощный БН-1200. В разделе планов на будущее мы вернемся к этой теме.

Главное отличие и первая особенность быстрых реакторов от «обычных» тепловых в том, что в них нет замедлителей, и поэтому энергия нейтронов достигает больших значений. Для запуска реакции им необходим плутоний в составе топлива, поэтому для его производства можно использовать отработанное топливо из «обычных» тепловых реакторов. Последовательная отработка топлива сперва в тепловых, а затем в быстрых реакторах называется двухкомпонентной моделью ядерной энергетики.

Вторая важная особенность быстрых реакторов: способность «выжигать» опасные минорные актиниды — кюрий, нептуний и америций. С кюрием можно ничего не делать, потому что со временем он распадается в плутоний. Но сам плутоний со временем распадается на америций. В общем, они дают много продуктов полураспада, причем периоды полураспада исчисляются тысячами лет.

Захоронить такие отходы возможно, но сложно. Требуется глубинное хранение, например, в закрытой шахте в глубине горы с подходящей породой гранита, которая не будет ничего пропускать. Сверху хранилище бетонируется, но за его состоянием все равно нужен мониторинг. Лучше от актинидов совсем избавиться — с помощью быстрых реакторов.

Быстрые реакторы работают на уран-плутониевом топливе, «выжигают» минорные актиниды и, что еще не упоминалось, в процессе работы нарабатывают себе новый плутоний (на котором могут сами работать). Именно за счет этого можно всю энергетику построить на быстрых реакторах — фактически создать замкнутый цикл.

Замкнутый цикл

В замкнутом ядерном топливном цикле (ЗЯТЦ) уран-плутониевое топливо после отработки в реакторе быстрых нейтронов перерабатывается, формируется в новые сборки и отправляется обратно в тот же реактор.

Фабрикацией и переработкой сейчас занимаются удаленные от АЭС предприятия. Чтобы увезти туда отработавшее топливо, ему сперва нужно дать остыть, и на переработке его снова разогреют. Это большие затраты времени и ресурсов, поэтому сейчас Росатом строит в Северске экспериментальную станцию, на которой фабрикация и переработка будут вестись прямо рядом с быстрым реактором (БРЕСТ-ОД-300). Так будет реализован пристанционный ядерный топливный цикл (ПЯТЦ), ответвление замкнутого, хотя некоторые специалисты считают как раз такой формат «истинным» замкнутым циклом.

На одной площадке в Северске будут находиться сам реактор, модуль фабрикации-рефабрикации и модуль переработки. Последние два – буквально через стенку друг от друга. И большинство операций роботизированы, чтобы снизить воздействие на персонал. Ядерные материалы будут нужны лишь для того, чтобы запустить реактор, дальше — лишь минимальная подпитка. И все основные радиоактивные отходы быстрый реактор будет сжигать. Планируется, что модуль фабрикации запустят в ближайшие годы, чтобы произвести топливо к запланированному пуску блока в 2026 году.

Загрузка топлива на 4 блоке Ростовской АЭС / ©Ростовская АЭС, Росатом

Аварийность БРЕСТа минимальна – внутри у него свинцовый теплоноситель, который никуда не денется при аварии. Самое опасное для АЭС — потеря теплоносителя. Именно это произошло на Фукусиме: вода ушла, а топливо расплавилось. В БРЕСТе при отключении свинец просто застынет. Впрочем там и само нитридное топливо (СНУП-топливо) не сможет расплавиться.

Даже в самом аварийном сценарии вся опасность останется в периметре АЭС. Свинец к тому же поглотитель нейтронов, поэтому реактор можно будет просто законсервировать на площадке. Безопасность — одна из главных задач современной ядерной энергетики. Современные новые реакторы максимально защищены от аварий.

Получается, быстрые реакторы есть в России и скоро будут в Китае, где их помогает строить Росатом. Во всем остальном мире реакторы «обычные» тепловые, способные работать лишь на чистом урановом топливе или на однократно переработанном (французская модель). Для вовлечения их в цепочку рециклинга Росатом разработал РЕМИКС-топливо.

Сбалансированный цикл и «короткоживущая» фракция

Опыт обращения с ураном, отработанным ядерным топливом и МОКС-топливом позволил создать специальное топливо, которое можно многократно на полную загрузку использовать в тепловых реакторах, перерабатывая и рефабрикуя на российских заводах.

Предположим, у страны вообще пока нет ни одной АЭС, но она хочет использовать ядерную энергетику. АЭС возводят всего за четыре года. Первые десять лет она будет работать на традиционном урановом топливе, выгружая его в бассейн выдержки на охлаждение.

В конце 2019 года в «Росатоме» начали проектировать первый в России исследовательский жидкосолевой реактор (ИЖСР) для отработки технологии дожигания долгоживущих компонентов облученного топлива — минорных актинидов / ©ВНИИНМ, Газета «Страна Росатом»

Постепенно Росатом будет забирать отработанное топливо и на своих предприятиях перерабатывать его в уран-плутониевое РЕМИКС-топливо (уран-плутониевое топливо для тепловых легководных реакторов), возвращая на станцию. С одиннадцатого года и до конца эксплуатации через 50 лет станция сможет работать на таком регенерированном топливе. В отличие от французского МОКС-топлива, которое можно загружать лишь на треть, РЕМИКС-топливом можно загружать 100 процентов активной зоны реактора. После каждого цикла облучения топлива плутоний становится «хуже», но специалисты Росатома нашли способ улучшать состав и перерабатывать топливо до семи раз, сжигая по пути минорные актиниды.

Такой подход позволяет существенно экономить на изготовлении ядерного топлива, ведь примерно 80% стоимости сборки приходится на уран и обогащение, около 15% — фабрикация, 3% — конверсия. Главное преимущество такого подхода — отсутствие опасных ядерных отходов. Все минорные актиниды будут «сжигаться» в России в быстрых реакторах. Останется лишь «короткоживущая» фракция с периодом полураспада около 80 лет, её можно залить в боросиликатное стекло (или в керамику – зависит от технологий будущего) и поместить в приповерхностное хранилище, где спустя несколько сотен лет эти отходы станут абсолютно безопасными. Не так уж много, по сравнению с минорными актинидами, которые требуют тысячелетий.

Ближе к концу срока эксплуатации станции, отработавшей на РЕМИКС-топливе, достаточно будет построить небольшое здание для контейнеров со «стеклом». Сегодня РЕМИКС-топливо успешно проходит опытно-промышленную эксплуатацию на Балаковской АЭС.

Взаимодействие тепловых станций с российскими быстрыми реакторами — это сбалансированный ядерный топливный цикл (СЯТЦ), на основе которого можно построить глобальную взаимосвязанную атомную систему, предоставляя другим странам услуги по выжиганию минорных актинидов. В перспективе у России останутся только быстрые реакторы. Впрочем, даже без притока урана с плутонием от тепловых реакторов у нас есть все необходимое для их работы — в частности, огромные запасы ОГФУ.

Урановые хвосты и коэффициент воспроизводства

Обедненный гексафторид урана (ОГФУ) остается в огромных количествах после получения обогащенного урана из природного. В основном, он состоит из урана-238 с небольшим количеством «полезного» урана-235.

Хранилище ОГФУ / ©УЭХК

За почти век работы отечественной атомной промышленности в России накопились огромные запасы ОГФУ — больше миллиона тонн. С целью сокращения этих запасов Росатом постепенно освобождает площадки с захоронениями. Планируется к 2038 году вдвое сократить их количество, а к 2057 году ликвидировать все запасы за счет переработки.

Сперва обедненный гексафторид урана очищают от фтора. Полученную плавиковую кислоту и безводный фтористый водород продают на рынке химической продукции. Обедненный уран тоже используется в промышленности: из него делают контейнеры для перевозки изотопов, экраны для медицинской аппаратуры, а также используют в противовесах и гироскопах в самолетах, судовом балласте и других целях. Но основная масса, конечно, идет на производство нового ядерного топлива.

В значительной части этих запасов процент урана-235 довольно высокий (до 0,4%), потому что в первые десятилетия обогащение проводили менее эффективным диффузным методом. Сегодня эти хвосты можно использовать в производстве топлива для тепловых реакторов. Вторичные хвосты уже точно бесполезны для всего остального мира, а вот для нас — отличное сырье для быстрых реакторов.

Быстрым реакторам «бесполезный» уран-238 не мешает, им главное, чтобы был плутоний. В процессе они могут сами себе наработать еще больше плутония. И это третья особенность быстрых реакторов.

Возможности конкретного реактора на быстрых нейтронах зависят от его изначальной конструкции. Если предусмотрено, реактор сможет работать в разных режимах — с разным коэффициентом воспроизводства.

Реактор БН-800 / ©Белоярская АЭС, Газета «Страна Росатом»

При равном единице коэффициенте воспроизводства в отработанном топливе будет столько же плутония, сколько и было в изначальной загрузке. В этом случае подходящий состав понадобится лишь для первой загрузки. Дальше быстрый реактор будет его поддерживать.

При коэффициенте воспроизводства меньше единицы быстрый реактор будет «выжигать» лишний плутоний. Такой режим необходим для утилизации накопившихся запасов отработанного топлива от тепловых реакторов. Можно сказать, что это забота о будущих поколениях — им не придется разбираться с фонящими запасами плутония.

Самый интересный вариант — при коэффициенте больше единицы. Процент прибавления плутония небольшой, но эффективный — до 1,2%. Позволяет со временем восполнить недостаток плутония для запуска нового быстрого реактора. Такую возможность обеспечивают быстрые нейтроны — на большой энергии они могут расщепить «бесполезный» уран-238 до плутония.

Основываясь на этой уникальной технологии, Росатом планирует в будущем все российские АЭС строить с реакторами на быстрых нейтронах.

Будущее российской атомной энергетики

На сегодняшний день тепловые реакторы —более продвинутая и отработаннаях технология, чем реакторы на быстрых нейтронах. Огромный опыт позволяет строить новые станции всего за четыре года. Тем не менее без быстрых реакторов тепловые будут значительными темпами использовать запасы урана и производить слишком много опасных отходов. С быстрыми реакторами бывшие отходы становятся почти неисчерпаемым источником топлива — их хватит на десятки тысяч лет.

У России есть преимущество — огромные вложения в изучение и разработку реакторов на быстрых нейтронах, сделанные в прошлом веке, позволяют и сегодня развивать это направление. Росатом планирует после 2035 года строить только быстрые реакторы. И к 2045 году перевести на атомную энергию четверть стремительно растущего энергобаланса России.

Старые реакторы будут постепенно выводиться из строя и заменяться новыми — быстрыми. На сегодняшний день в России работают 35 реакторов на 11 АЭС. Для замены их на быстрые нужно сперва подтвердить экономическую состоятельность проекта. Быстрый реактор гораздо сложнее теплового и поэтому стоит существенно дороже. Отчасти причина в том, что технология еще не до конца отточена, и потому себестоимость, видимо, будет постепенно снижаться.

Монтаж оборудования шахты научно-исследовательского реактора на быстрых нейтронах четвертого поколения в Димитровграде / ©ГНЦ НИИАР, Росатом

Строящийся в Северске реактор со свинцовым теплоносителем и с модулями переработки и рефабрикации — уникальный экспериментальный дорогостоящий проект, который позволит испытать многие новые технологии, но мощность у него будет небольшая. Главный быстрый реактор России — БН-800 на Белоярской АЭС — тоже по мощности не дотягивает до показателей тепловых реакторов (1000-1200 МВт). Зато на нем проверили сложную контурную систему и систему защиты.

Поэтому перед Росатомом стоит сразу несколько задач на ближайшие годы: оптимизировать конструкцию реакторов на быстрых нейтронах, увеличить единичную мощность и добиться оптимальной цены. Первым примером такого «серийного» быстрого реактора станет БН-1200 с натриевым теплоносителем на Белоярской АЭС. Его планируется построить и запустить к 2030 году.

Единственная страна, которая тоже собирается вводить в эксплуатацию быстрые реакторы — это Китай. К 2040 году страна планирует добиться целевой суммарной мощности 100 ГВт, то есть поддерживать в работе примерно сто реакторов. После 2040 года они будут строить лишь реакторы на быстрых нейтронах. В марте 2022 года в Китае работали 54 реактора общей мощностью 55 ГВт, с тех пор уже успели запустить еще два. Известно, что к 2025 году Китай стремится добиться показателя в 70 ГВт. С помощью Росатома они строят свой первый реактор на быстрых нейтронах.

Международное стремление к чистой возобновляемой энергетике с долгосрочным развитием уже сегодня становится реальностью в нашей атомной отрасли. Введение в масштабную эксплуатацию реакторов на быстрых нейтронах позволяет перерабатывать накопившиеся урановые хвосты, сокращает количество самых опасных радиоактивных отходов — как нашей страны, так и других стран — и экономно расходует ограниченные запасы урана, обеспечивая «обычные» реакторы подходящим топливом.

Атомные электростанции

Атомные электростанции в России и в мире, принцип работы АЭС

Атомная электростанция или сокращенно АЭС это комплекс технических сооружений, предназначенных для выработки электрической энергии путём использования энергии, выделяемой при контролируемой ядерной реакции.

Во второй половине 40-х годов, перед тем, как были закончены работы по созданию первой атомной бомбы которая была испытана 29 августа 1949 года, советские ученые приступили к разработке первых проектов мирного использования атомной энергии. Основным направлением проектов была электроэнергетика.

В мае 1950 года в районе поселка Обнинское Калужской области, начато строительство первой в мире АЭС.

Впервые электроэнергию с помощью ядерного реактора получили 20 декабря 1951 года в штате Айдахо в США.

Для проверки работоспособности генератор был подключен к четырем лампам накаливания, ни то не ожидал, что лампы зажгутся.

С этого момента человечество стало использовать энергию ядерного реактора для получения электричества.

Первые Атомные электростанции

Строительство первой в мире атомная электростанция мощностью 5 МВт было закончено в 1954 году и 27 июня 1954 года она была запущена, так начала работать Обнинская АЭС.

В 1958 была введена в эксплуатацию 1-я очередь Сибирской АЭС мощностью 100 МВт.

Строительство Белоярской промышленной АЭС началось так же в 1958 году. 26 апреля 1964 генератор 1-й очереди дал ток потребителям.

В сентябре 1964 был пущен 1-й блок Нововоронежской АЭС мощностью 210 МВт. Второй блок мощностью 350 МВт запущен в декабре 1969.

В 1973 г. запущена Ленинградская АЭС.

В других странах первая АЭС промышленного назначения была введена в эксплуатацию в 1956 в Колдер-Холле (Великобритания) ее мощность составляла 46 МВт.

В 1957 году вступила в строй АЭС мощностью 60 МВт в Шиппингпорте (США).

Мировыми лидерами в производстве ядерной электроэнергии являются:

1. США (788,6 млрд кВт•ч/год),
2. Франция(426,8 млрд кВт•ч/год),
3. Япония (273,8 млрд кВт•ч/год),
4. Германия (158,4 млрд кВт•ч/год),
5. Россия (154,7 млрдкВт•ч/год).

Классификация АЭС

Атомные электростанции можно классифицировать по нескольким направлениям:

По типу реакторов

• Реакторы на тепловых нейтронах, использующие специальные замедлители для увеличения вероятностипоглощения нейтрона ядрами атомов топлива
• Реакторы на лёгкой воде
• Реакторы на тяжёлой воде
• Реакторы на быстрых нейтронах
• Субкритические реакторы, использующие внешние источники нейтронов
• Термоядерные реакторы

По виду отпускаемой энергии

1. Атомные электростанции (АЭС), предназначенные для выработки только электроэнергии
2. Атомные теплоэлектроцентрали (АТЭЦ), вырабатывающие как электроэнергию, так и тепловую энергию

На атомных станциях, расположенных на территории России имеются теплофикационные установки, они необходимы для подогрева сетевой воды.

Виды топлива используемого на Атомных электростанциях

На атомных электростанциях возможно использование несколько веществ, благодаря которым можно выработать атомную электроэнергию, современное топливо АЭС – это уран, торий и плутоний.

Ториевое топливо сегодня не применяется в атомных электростанциях, для этого есть ряд причин.

Во-первых, его сложнее преобразовать в тепловыделяющие элементы, сокращенно ТВЭлы.

ТВЭлы — это металлические трубки, которые помещаются внутрь ядерного реактора. Внутри

ТВЭлов находятся радиоактивные вещества. Эти трубки являются хранилищами ядерного топлива.

Во-вторых, использование ториевого топлива предполагает его сложную и дорогую переработку уже после использования на АЭС.

Плутониевое топливо так же не применяют в атомной электроэнергетике, в виду того, что это вещество имеет очень сложный химический состав, система полноценного и безопасного применения еще не разработана.

Урановое топливо

Основное вещество, вырабатывающее энергию на ядерных станциях – это уран. На сегодняшний день уран добывается несколькими способами:

• открытым способом в карьерах
• закрытым в шахтах
• подземным выщелачиванием, при помощи бурения шахт.

Подземное выщелачивание, при помощи бурения шахт происходит путем размещения раствора серной кислоты в подземных скважинах, раствор насыщается ураном и выкачивается обратно.

Самые крупные запасы урана в мире находятся в Австралии, Казахстане, России и Канаде.

Самые богатые месторождения в Канаде, Заире, Франции и Чехии. В этих странах из тонны руды получают до 22 килограмм уранового сырья.

В России из одной тонны руды получают чуть больше полутора килограмм урана. Места добычи урана нерадиоактивны.

В чистом виде это вещество мало опасно для человека, гораздо большую опасность представляет радиоактивный бесцветный газ радон, который образуется при естественном распаде урана.

Подготовка урана

В виде руды уран в АЭС не используют, руда не вступает в реакцию. Для использования урана на АЭС сырье перерабатывается в порошок – закись окись урана, а уже после оно становится урановым топливом.

Урановый порошок превращается в металлические «таблетки», — он прессуется в небольшие аккуратные колбочки, которые обжигаются в течение суток при температурах больше 1500 градусов по Цельсию.

Именно эти урановые таблетки и поступают в ядерные реакторы, где начинают взаимодействовать друг с другом и, в конечном счете, дают людям электроэнергию.

В одном ядерном реакторе одновременно работают около 10 миллионов урановых таблеток.

Перед размещением урановых таблеток в реакторе они помещаются в металлические трубки из циркониевых сплавов — ТВЭлы, трубки соединяются между собой в пучки и образуют ТВС – тепловыделяющие сборки.

Именно ТВС называются топливом АЭС.

Как происходит переработка топлива АЭС

Спустя год использования урана в ядерных реакторах необходимо производить его замену.

Топливные элементы остужают в течение нескольких лет и отправляют на рубку и растворение.

В результате химической экстракции выделяются уран и плутоний, которые идут на повторное использование, из них делают свежее ядерное топливо.

Продукты распада урана и плутония направляются на изготовление источников ионизирующих излучений, их используют в медицине и промышленности.

Все, что остается после этих манипуляций, отправляется в печь для разогрева, из этой массы варится стекло, такое стекло находится в специальных хранилищах.

Топ-10 АЭС по мощности

Из остатков изготавливают стекло не для массового применения, стекло используется для хранения радиоактивных веществ.

Из стекла сложно выделить остатки радиоактивных элементов, которые могут навредить окружающей среде. Недавно появился новый способ утилизации радиоактивных отходов.

Быстрые ядерные реакторы или реакторы на быстрых нейтронах, которые работают на переработанных остатках ядерного топлива.

По подсчетам ученых, остатки ядерного топлива, которые сегодня хранятся в хранилищах, способны на 200 лет обеспечить топливом реакторы на быстрых нейтронах.

Помимо этого, новые быстрые реакторы могут работать на урановом топливе, которое делается из 238 урана, это вещество не используется в привычных атомных станциях, т.к. сегодняшним АЭС проще перерабатывать 235 и 233 уран, которого в природе осталось немного.

Таким образом, новые реакторы – это возможность использовать огромные залежи 238го урана, которые до этого не применялись.

Принцип работы АЭС

Принцип работы атомной электростанции на двухконтурном водо-водяном энергетическом реакторе (ВВЭР).

Энергия, выделяемая в активной зоне реактора, передаётся теплоносителю первого контура.

Далее теплоноситель поступает в теплообменник (парогенератор), где нагревает до кипения воду второго контура. Полученный при этом пар поступает в турбины, вращающие электрогенераторы.

На выходе из турбин, пар поступает в конденсатор, где охлаждается большим количеством воды, поступающим из водохранилища.

Компенсатор давления представляет собой довольно сложную и громоздкую конструкцию, которая служит для выравнивания колебаний давления в контуре во время работы реактора, возникающих за счёт теплового расширения теплоносителя. Давление в 1-м контуре может доходить до 160 атмосфер (ВВЭР-1000).

Помимо воды, в различных реакторах в качестве теплоносителя может применяться также расплавленный натрий или газ.

Использование натрия позволяет упростить конструкцию оболочки активной зоны реактора (в отличие от водяного контура, давление в натриевом контуре не превышает атмосферное), избавиться от компенсатора давления, но создаёт свои трудности, связанные с повышенной химической активностью этого металла.

Общее количество контуров может меняться для различных реакторов, схема на рисунке приведена для реакторов типа ВВЭР (Водо-Водяной Энергетический Реактор).

Реакторы типа РБМК (Реактор Большой Мощности Канального типа) использует один водяной контур, а реакторы БН (реактор на Быстрых Нейтронах) — два натриевых и один водяной контуры.

В случае невозможности использования большого количества воды для конденсации пара, вместо использования водохранилища, вода может охлаждаться в специальных охладительных башнях (градирнях), которые благодаря своим размерам обычно являются самой заметной частью атомной электростанции.

Устройство ядерного реактора

В ядерном реакторе используется процесс деления ядер, при котором тяжелое ядро распадается на два более мелких фрагмента.

Эти осколки находятся в очень возбужденном состоянии и испускают нейтроны, другие субатомные частицы и фотоны.

Нейтроны могут вызвать новые деления, в результате которых их излучается еще больше, и так далее.

Такой непрерывный самоподдерживающийся ряд расщеплений называется цепной реакцией.

При этом выделяется большое количество энергии, производство которой является целью использования АЭС.

Принцип работы ядерного реактора и атомной электростанции таков, что коло 85% энергии расщепления высвобождается в течение очень короткого промежутка времени после начала реакции.

Остальная часть вырабатывается в результате радиоактивного распада продуктов деления, после того как они излучили нейтроны.

Радиоактивный распад является процессом, при котором атом достигает более стабильного состояния. Он продолжается и после завершения деления.

Основные элементы ядерного реактора

• Ядерное топливо: обогащённый уран, изотопы урана и плутония. Чаще всего используется уран 235;
• Теплоноситель для вывода энергии, которая образуется при работе реактора: вода, жидкий натрий и др.;
• Регулирующие стержни;
• Замедлитель нейтронов;
• Оболочка для защиты от излучения.

Принцип действия ядерного реактора

В активной зоне реактора располагаются тепловыделяющие элементы (ТВЭЛ) – ядерное топливо.

Они собраны в кассеты, включающие в себя по несколько десятков ТВЭЛов. По каналам через каждую кассету протекает теплоноситель.

ТВЭЛы регулируют мощность реактора. Ядерная реакция возможна только при определённой (критической) массе топливного стержня.

Масса каждого стержня в отдельности ниже критической. Реакция начинается, когда все стержни находятся в активной зоне. Погружая и извлекая топливные стержни, реакцией можно управлять.

Итак, при превышении критической массы топливные радиоактивные элементы, выбрасывают нейтроны, которые сталкиваются с атомами.

В результате образуется нестабильный изотоп, который сразу же распадается, выделяя энергию, в виде гамма излучения и тепла.

Частицы, сталкиваясь, сообщают кинетическую энергию друг другу, и количество распадов в геометрической прогрессии увеличивается.

Это и есть цепная реакция — принцип работы ядерного реактора. Без управления она происходит молниеносно, что приводит к взрыву. Но в ядерном реакторе процесс находится под контролем.

Таким образом, в активной зоне выделяется тепловая энергия, которая передаётся воде, омывающей эту зону (первый контур).

Здесь температура воды 250-300 градусов. Далее вода отдаёт тепло второму контуру, после этого – на лопатки турбин, вырабатывающих энергию.

Преобразование ядерной энергии в электрическую можно представить схематично:

• Внутренняя энергия уранового ядра
• Кинетическая энергия осколков распавшихся ядер и освободившихся нейтронов
• Внутренняя энергия воды и пара
• Кинетическая энергия воды и пара
• Кинетическая энергия роторов турбины и генератора
• Электрическая энергия

Активная зона реактора состоит из сотен кассет, объединенных металлической оболочкой. Эта оболочка играет также роль отражателя нейтронов.

Среди кассет вставлены управляющие стержни для регулировки скорости реакции и стержни аварийной защиты реактора.

Далее, вокруг отражателя устанавливается теплоизоляция. Поверх теплоизоляции находится защитная оболочка из бетона, которая задерживает радиоактивные вещества и не пропускает их в окружающее пространство.

Атомная станция теплоснабжения

Первые проекты таких станций были разработаны ещё в 70-е годы XXвека, но из-за наступивших в конце 80-х годов экономических потрясений и жёсткого противодействия общественности, до конца ни один из них реализован не был.

Исключение составляют Билибинская АЭС небольшой мощности, она снабжает теплом и электричеством посёлок Билибино в Заполярье (10 тыс. жителей) и местные горнодобывающие предприятия, а также оборонные реакторы (они занимаются производством плутония):

• Сибирская АЭС, поставляющая тепло в Северск и Томск.
• Реактор АДЭ-2 на Красноярском горно-химического комбинате, с 1964 г．поставляющий тепловую и электрическую энергию для города Железногорска.

На момент кризиса было начато строительство нескольких АСТ на базе реакторов, аналогичных ВВЭР-1000:

• Воронежская АСТ
• Горьковская АСТ
• Ивановская АСТ (только планировалась)

Строительство этих АСТ было остановлено во второй половине 1980-х или начале 1990-х годов.

В 2006 году концерн «Росэнергоатом» планировал построить плавучую АСТ для Архангельска, Певека и других заполярных городов на базе реакторной установки КЛТ-40, используемой на атомных ледоколах.

Имеется проект, строительства необслуживаемой АСТ на базе реактора «Елена», и передвижной (железнодорожным транспортом) реакторной установки «Ангстрем»

Недостатки и преимущества АЭС

Любой инженерный проект имеет свои положительные и отрицательные стороны.

Положительные стороны атомных станций:

• Отсутствие вредных выбросов;
• Выбросы радиоактивных веществ в несколько раз меньше угольной эл. станции аналогичной мощности (золаугольных ТЭС содержит процент урана и тория, достаточный для их выгодного извлечения);
• Небольшой объём используемого топлива и возможность его повторного использования после переработки;
• Высокая мощность: 1000—1600 МВт на энергоблок;
• Низкая себестоимость энергии, особенно тепловой.

Отрицательные стороны атомных станций:

• Облучённое топливо опасно, требует сложных и дорогих мер по переработке и хранению;
• Нежелателен режим работы с переменной мощностью для реакторов, работающих на тепловых нейтронах;
• Последствия возможного инцидента крайне тяжелые, хотя его вероятность достаточно низкая;
• Большие капитальные вложения, как удельные, на 1 МВт установленной мощности для блоков мощностью менее 700—800 МВт, так и общие, необходимые для постройки станции, её инфраструктуры, а также в случае возможной ликвидации.

Научные разработки в сфере атомной энергетики

Конечно, имеются недостатки и опасения, но при этом атомная энергия представляется самой перспективной.

Альтернативные способы получения энергии, за счёт энергии приливов, ветра, Солнца, геотермальных источников и др. в настоящее время имеют не высокий уровнем получаемой энергии, и её низкой концентрацией.

Необходимые виды получения энергии, имеют индивидуальные риски для экологии и туризма, например производство фотоэлектрических элементов, которое загрязняет окружающую среду, опасность ветряных станций для птиц, изменение динамики волн.

Ученые разрабатывают международные проекты ядерных реакторов нового поколения, например ГТ-МГР, которые позволят повысить безопасность и увеличить КПД АЭС.

Россия начала строительство первой в мире плавающей АЭС, она позволяет решить проблему нехватки энергии в отдалённых прибрежных районах страны.

США и Япония ведут разработки мини-АЭС, с мощностью порядка 10-20 МВт для целей тепло и электроснабжения отдельных производств, жилых комплексов, а в перспективе — и индивидуальных домов.

Уменьшение мощности установки предполагает рост масштабов производства. Малогабаритные реакторы создаются с использованием безопасных технологий, многократно уменьшающих возможность утечки ядерного вещества.

Производство водорода

Правительством США принята Атомная водородная инициатива. Совместно с Южной Кореей ведутся работы по созданию атомных реакторов нового поколения, способных производить в больших количествах водород.

INEEL (Idaho National Engineering Environmental Laboratory) прогнозирует, что один энергоблок атомной электростанции следующего поколения, будет производить ежедневно водород, эквивалентный 750000 литров бензина.

Финансируются исследования возможностей производства водорода на существующих атомных электростанциях.

Термоядерная энергетика

Ещё более интересной, хотя и относительно отдалённой перспективой выглядит использование энергии ядерного синтеза.

Термоядерные реакторы, по расчётам, будут потреблять меньше топлива на единицу энергии, и как само это топливо (дейтерий, литий, гелий-3), так и продукты их синтеза нерадиоактивны и, следовательно, экологически безопасны.

В настоящее время при участии России, на юге Франции ведётся строительство международного экспериментального термоядерного реактора ITER.

Что такое КПД

Коэффициент полезного действия (КПД) — характеристика эффективности системы или устройства в отношении преобразования или передачи энергии.

Определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой. КПД является безразмерной величиной и часто измеряется в процентах.

КПД атомной электростанции

Наиболее высокий КПД (92-95%) – достоинство гидроэлектростанций. На них генерируется 14% мировой электро мощности.

Однако, этот тип станций наиболее требователен к месту возведения и, как показала практика, весьма чувствителен к соблюдению правил эксплуатации.

Пример событий на Саяно-Шушенской ГЭС показал, к каким трагическим последствиям может привести пренебрежение правилами эксплуатации в стремлении снизить эксплуатационные издержки.

Высоким КПД (80%) обладают АЭС. Их доля в мировом производстве электроэнергии составляет 22%.

Но АЭС требуют повышенного внимания к проблеме безопасности, как на стадии проектирования, так и при строительстве, и во время эксплуатации.

Малейшие отступления от строгих регламентов обеспечения безопасности для АЭС, чревато фатальными последствиями для всего человечества.

Пример тому авария на АЭС в Чернобыле и японское землетрясение в марте 2011 года, приведшее к аварии на АЭС, расположенной на острове Хонсю, в городе Окума, префектуры Фукусима.

Кроме непосредственной опасности в случае аварии, использование АЭС сопровождается проблемами безопасности, связанными с утилизацией или захоронением отработанного ядерного топлива.

КПД тепловых электростанций не превышает 34%, на них вырабатывается до шестидесяти процентов мировой электроэнергии.

Кроме электроэнергии на тепловых электростанциях производится тепловая энергия, которая в виде горячего пара или горячей воды может передаваться потребителям на расстояние в 20-25 километров. Такие станции называют ТЭЦ (Тепло Электро Централь).

ТЕС и ТЕЦ не дорогие в строительстве, но если не будут приняты специальные меры, они неблагоприятно воздействуют на окружающую среду.

Неблагоприятное воздействие на окружающую среду зависит от того, какое топливо применяется в тепловых агрегатах.

Наиболее вредны продукты сгорания угля и тяжёлых нефтепродуктов, природный газ менее агрессивен.

ТЭС являются основными источниками электроэнергии на территории России, США и большинства стран Европы.

Однако, есть исключения, например, в Норвегии электроэнергия вырабатывается в основном на ГЭС, а во Франции 70% электроэнергии генерируется на атомных станциях.

Первая электростанция в мире

Самая первая центральная электростанция, the Pearl Street, была сдана в эксплуатацию 4 сентября 1882 года в Нью-Йорке.

Станция была построена при поддержке Edison Illuminating Company, которую возглавлял Томас Эдисон.

На ней были установлены несколько генераторов Эдисона общей мощностью свыше 500 кВт.

Станция снабжала электроэнергией целый район Нью-Йорка площадью около 2,5 квадратных километров.

Станция сгорела дотла в 1890году, сохранилась только одна динамо-машина, которая сейчас находится в музее the Greenfield Village, Мичиган.

30 сентября 1882 года заработала первая гидроэлектростанция the Vulcan Street в штате Висконсин. Автором проекта был Г.Д. Роджерс, глава компании the Appleton Paper & Pulp.

На станции был установлен генератор с мощностью приблизительно 12.5 кВт. Электричества хватало на дом Роджерса и на две его бумажные фабрики.

Электростанция Gloucester Road. Брайтон был одним из первых городов в Великобритании с непрерывным электроснабжением.

В 1882 году Роберт Хаммонд основал компанию Hammond Electric Light , а 27 февраля 1882 года он открыл электростанцию Gloucester Road.

Станция состояла из динамо щетки, которая использовалась, чтобы привести в действие шестнадцать дуговых ламп.

В 1885 году электростанция Gloucester была куплена компанией Brighton Electric Light. Позже на этой территории была построена новая станция, состоящая из трех динамо щеток с 40 лампами.

Электростанция Зимнего дворца

В 1886 году в одном из внутренних дворов Нового Эрмитажа была построена электростанция.

Автором проекта выступил техник дворцового управления Василий Леонтьевич Пашков.

Электростанция была крупнейшей во всей Европе, не только на момент постройки, но и на протяжении последующих 15 лет.

Ранее для освещения Зимнего дворца использовались свечи, с 1861 года начали использовать газовые светильники. Так как электролампы имели большее преимущество, были начаты разработки по внедрению электроосвещения.

Прежде чем здание было полностью переведено на электричество, освещении при помощи ламп использовали для освещения дворцовых зал во время рождественских и новогодних праздников 1885 года.

9 ноября 1885 года, проект строительства «фабрики электричества» был одобрен императором Александром III. Проект включал электрификацию Зимнего дворца, зданий Эрмитажа, дворовой и прилегающей территории в течение трех лет до 1888 года.

Была необходимость исключить возможность вибрации здания от работы паровых машин, размещение электростанции предусмотрели в отдельном павильоне из стекла и металла. Его разместили во втором дворе Эрмитажа, с тех пор называемом «Электрическим».

Как выглядела станция

Здание станции занимало площадь 630 м², состояло из машинного отделения с 6 котлами, 4 паровыми машинами и 2 локомобилями и помещения с 36 электрическими динамо-машинами. Общая мощность достигала 445 л.с.

Первыми осветили часть парадных помещений:

• Аванзал
• Петровский зал
• Большой фельдмаршальский зал
• Гербовый зал
• Георгиевский зал

Было предложено три режима освещения:

• полное (праздничное) включать пять раз в году (4888 ламп накаливания и 10 свечей Яблочкова);
• рабочее – 230 ламп накаливания;
• дежурное (ночное) – 304 лампы накаливания.
  Станция потребляла около 30 тыс. пудов (520 т) угля в год.

Крупные ТЭС, АЭС и ГЭС России

Крупнейшие электростанции России по федеральным округам:

Центральный:

• Костромская ГРЭС, которая работает на мазуте;
• Рязанская станция, основным топливом для которой является уголь;
• Конаковская, которая может работать на газе и мазуте;

Уральский:

• Сургутская 1 и Сургутская 2. Станции, которые являются одними из самых крупных электростанций РФ. Обе они работают на природном газе;
• Рефтинская, функционирующая на угле и являющаяся одной из крупнейших электростанций на Урале;
• Троицкая, также работающая на угле;
• Ириклинская, главным источником топлива для которой является мазут;

Приволжский:

• Заинская ГРЭС, работающая на мазуте;

Сибирский ФО:

• Назаровская ГРЭС, потребляющая в качестве топлива мазут;

Южный:

• Ставропольская, которая также может работать на совмещенном топливе в виде газа и мазута;

Северо-Западный:

• Киришская на мазуте.

Список электростанций России, которые вырабатывают энергию при помощи воды, расположены на территории Ангаро-Енисейского каскада:

Енисей:

• Саяно-Шушенская
• Красноярская ГЭС;

Ангара:

• Иркутская
• Братская
• Усть-Илимская.

Атомные электростанции России

Балаковская АЭС

Расположена рядом с городом Балаково, Саратовской области, на левом берегу Саратовского водохранилища. Состоит из четырёх блоков ВВЭР-1000, введённых в эксплуатацию в 1985, 1987, 1988 и 1993 годах.

Балаковская АЭС — одна из четырёх крупнейших в России АЭС, одинаковой мощностью по 4000 МВт.

Ежегодно она вырабатывает более 30 миллиардов кВт•ч электроэнергии. В случае ввода в строй второй очереди, строительство которой было законсервировано в 1990-х, станция могла бы сравняться с самой мощной в Европе Запорожской АЭС.

Белоярская АЭС

Белоярская АЭС расположена в городе Заречный, в Свердловской области, вторая промышленная атомная станция в стране (после Сибирской).

На станции были сооружены четыре энергоблока: два с реакторами на тепловых нейтронах и два с реактором на быстрых нейтронах.

В настоящее время действующими энергоблоками являются 3-й и 4-й энергоблоки с реакторами БН-600 и БН-800 электрической мощностью 600 МВт и 880 МВт соответственно.

БН-600 сдан в эксплуатацию в апреле 1980 — первый в мире энергоблок промышленного масштаба с реактором на быстрых нейтронах.

БН-800 сдан в промышленную эксплуатацию в ноябре 2016 г. Он также является крупнейшим в мире энергоблоком с реактором на быстрых нейтронах.

Билибинская АЭС

Расположена рядом с городом Билибино Чукотского автономного округа. Состоит из четырёх блоков ЭГП-6 мощностью по 12 МВт, введённых в эксплуатацию в 1974 (два блока), 1975 и 1976 годах.

Вырабатывает электрическую и тепловую энергию.

Калининская АЭС

Калининская АЭС — одна из четырёх крупнейших в России АЭС, одинаковой мощностью по 4000 МВт.

Расположена на севере Тверской области, на южном берегу озера Удомля и около одноимённого города.

Состоит из четырёх энергоблоков, с реакторами типа ВВЭР-1000, электрической мощностью 1000 МВт, которые были введены в эксплуатацию в 1984, 1986, 2004 и 2011 годах.

4 июня 2006 года было подписано соглашение о строительстве четвёртого энергоблока, который ввели в строй в 2011 году.

Кольская АЭС

Кольская АЭС расположена рядом с городом Полярные Зори Мурманской области, на берегу озера Имандра.

Состоит из четырёх блоков ВВЭР-440, введённых в эксплуатацию в 1973, 1974, 1981 и 1984 годах.
Мощность станции — 1760 МВт.

Курская АЭС

Курская АЭС — одна из четырёх крупнейших в России АЭС, одинаковой мощностью по 4000 МВт.

Расположена рядом с городом Курчатов Курской области, на берегу реки Сейм.

Состоит из четырёх блоков РБМК-1000, введённых в эксплуатацию в 1976, 1979, 1983 и 1985 годах.

Мощность станции — 4000 МВт.

Ленинградская АЭС

Ленинградская АЭС — одна из четырёх крупнейших в России АЭС, одинаковой мощностью по 4000 МВт.

Расположена рядом с городом Сосновый Бор Ленинградской области, на побережье Финского залива.

Состоит из четырёх блоков РБМК-1000, введённых в эксплуатацию в 1973, 1975, 1979 и 1981 годах.

Мощность станции — 4 ГВт. В 2007 году выработка составила 24,635 млрд кВт•ч.

Нововоронежская АЭС

Расположена в Воронежской области рядом с городом Воронеж, на левом берегу реки Дон. Состоит из двух блоков ВВЭР.

На 85 % обеспечивает Воронежскую область электрической энергией, на 50 % обеспечивает город Нововоронеж теплом.

Мощность станции (без учёта Нововоронежской АЭС-2) — 1440 МВт.

Ростовская АЭС

Расположена в Ростовской области около города Волгодонск. Электрическая мощность первого энергоблока составляет 1000 МВт, в 2010 году подключен к сети второй энергоблок станции.

В 2001—2010 годах станция носила название «Волгодонская АЭС», с пуском второго энергоблока АЭС станция была официально переименована в Ростовскую АЭС[38].

В 2008 году АЭС произвела 8,12 млрд кВт-час электроэнергии. Коэффициент использования установленной мощности (КИУМ) составил 92,45 %. С момента пуска (2001) выработала свыше 60 млрд кВт-час электроэнергии.

Смоленская АЭС

Расположена рядом с городом Десногорск Смоленской области. Станция состоит из трёх энергоблоков, с реакторами типа РБМК-1000, которые введены в эксплуатацию в 1982, 1985 и 1990 годах.

В состав каждого энергоблока входят: один реактор тепловой мощностью 3200 МВт и два турбогенератора электрической мощностью по 500 МВт каждый.

Атомные электростанции США

АЭС Шиппингпорт с номинальной мощностью 60 МВт, открыта в 1958 году в штате Пенсильвания. После 1965 года произошло интенсивное сооружение атомных электростанций по всей территории Штатов.

Основная часть атомных станций Америки была сооружена в дальнейшие после 1965 года 15 лет, до наступления первой серьезной аварии на АЭС на планете.

Если в качестве первой аварии вспоминается авария на Чернобыльской АЭС, то это не так.

Первая авария произошла в штате Пенсильвания на станции Три-Майл-Айленд 28 марта 1979 года.

Причиной аварии стали нарушения в системе охлаждения реактора и многочисленные ошибки обслуживающего персонала. В итоге расплавилось ядерное топливо. На устранение последствий аварии ушло около одного миллиарда долларов, процесс ликвидации занял 14 лет.

После авария правительство Соединенных Штатов Америки откорректировало условия безопасности функционирования всех АЭС в государстве.

Это соответственно привело к продолжению периода строительства и значительному подорожанию объектов «мирного атома». Такие изменения затормозили развитие общей индустрии в США.

В конце двадцатого века в Соединенных Штатах было104 работающих реактора. На сегодняшний день США занимают первое место на земле по численности ядерных реакторов.

С начала 21 столетия в Америке было остановлено четыре реактора в 2013 году, и начато строительство ещё четырех.

Фактически на сегодняшний момент в США функционирует 100 реакторов на 62 атомных электростанциях, которыми производится 20% от всей энергии в государстве.

Последний сооруженный реактор в США был введен в эксплуатацию в 1996 году на электростанции Уотс-Бар.

Власти США в 2001 году приняли новое руководство по энергетической политике. В нее внесен вектор развития атомной энергетики, посредствам разработки новых видов реакторов, с более подходящим коэффициентом экономности, новых вариантов переработки отслужившего ядерного топлива.

В планах до 2020 года было сооружение нескольких десятков новых атомных реакторов, совокупной мощностью 50 000 МВт. Кроме того, достичь поднятия мощности уже имеющихся АЭС приблизительно на 10 000 МВт.

США — лидер по количеству атомных станций в мире

Благодаря внедрению данной программы, в Америке в 2013 году было начато строительство четырех новых реакторов – два из которых на АЭС Вогтль, а два других на Ви-Си Саммер.

Эти четыре реактора новейшего образца – АР-1000, производства Westinghouse.

Атомная электростанция (АЭС): принцип работы, как устроена, плюсы и минусы и опасна ли

Атомные электростанции для многих всё ещё синоним катастрофических последствий, вызванных инцидентами в Чернобыле, Фукусиме и других, менее значимых объектах. Но с другой стороны это и серьёзнейший прорыв в энергетике, который невозможно игнорировать. Разберёмся с принципом работы АЭС и определим их настоящий уровень опасности.

На постсоветском пространстве слово «атомная электростанция» не является для кого-либо абстрактным научным или фантастическим термином. Всё потому, что ещё буквально в конце прошлого века на атомную энергетику возлагались огромные надежды — считалось, что именно этот подход избавит человечество от надвигающегося энергетического кризиса.

К сожалению, в 1986 году произошла самая крупная техногенная катастрофа в истории человечества — одна из АЭС (расшифровка — Атомная ЭлектроСтанция), которая питала электричеством Советский Союз. Учитывая то, сколько энергии вырабатывает атомная станция, выход из строя даже одного энергоблока принёс большие разрушения и унёс множество жизней. Помимо физического урона был нанесён и урон репутационный — теперь ядерная энергетика напрямую ассоциировалась с катастрофой. Даже сейчас, когда по всему миру построены десятки таких станций, их продолжают опасаться и даже бойкотировать. Всё это происходит от непонимания принципов, по которым работают АЭС.

Что такое атомная промышленность

Атомная промышленность — это самый простой и очевидный ответ на вопрос об энергетическом кризисе. Дело в том, что с момента «обуздания» атома, человечество так и не нашло более эффективного способа энергодобычи. Более выгодной по отдаче является только концепция холодного синтеза, который пока что на очень ранних стадиях прототипов.

С помощью атомной промышленности удавалось и удаётся решить вопрос с потребностью в большом количестве энергии. Энергию эту обычно используют для производства электричества, а его в свою очередь — для обеспечения производственных мощностей или закрытия потребностей населения.

Главное отличие атомной электростанции от обычной — работа обеспечивается ядерным реактором. Задача реактора — в полностью контролируемом персоналом режиме производить энергию путём ядерного деления. Деление такого типа производит колоссальное количество энергии, но капсула реактора, технологии охлаждения и прочие сопутствующие приспособления держит всё под контролем и не даёт произойти взрыву.

Первые атомные электростанции

Атомная энергетика кажется нам чем-то относительно недавним, но первый реактор заработал ещё во времена Второй Мировой — в Америке в 1942 году. Конечно, запуск носил экспериментальный характер и не нёс никакой практической пользы. Научная работа Ферми была частью американской ядерной программы и относилась скорее к гонке вооружений.

Позже, уже после войны — в 1948 году реактор впервые был использован для экспериментальной добычи электроэнергии. Это произошло в Ок-Ридже, штат Теннесси. Именно это событие можно считать поворотным в энергетике — с того момента человечество в лице сверхдержав рядом с военными программами твёрдо решило обуздать и так называемый «мирный атом». Далее проекты полноценных электростанций на реакторах будут только множиться.

Какая атомная электростанция была первой? Первая полноценно функционирующая АЭС появилась в 1954 году — это была Обнинская АЭС, расположенная на территории СССР в Калужской области.

На данный момент станция нерабочая — её совершенно безопасно обесточили после 48 лет продуктивной работы по экономическим причинам. Обнинская АЭС не только выполняла свои непосредственные задачи, но и стала безопасным испытательным полигоном работы с такими станциями. Именно на основе наработок по этой станции в будущем были реализованы многие успешные проекты, работающие до сих пор.

Классификация АЭС

Атомные электростанции не одинаковы — есть международная классификация, которая различает эти постройки по принципу работы. Фундаментальных отличий не могло не быть, так как одновременно созданием и усовершенствованием таких электростанций занимались несколько стран с кардинально разными подходами.

По типу реакторов

Классификация по реакторам скорее техническая — от типа «сердца» такой электростанции напрямую зависит, как её необходимо обслуживать, каких мер безопасности она требует и на что потенциально способна в плане обеспечения энергией.

Какие реакторы могут быть установлены:

1. На тепловых нейтронах. Такие АЭС эксплуатировались первыми в силу несовершенства технологий на тот момент (вторая половина двадцатого века). Именно схему реактора на тепловых нейтронах вы можете помнить со школы, документальных и художественных фильмов. В свою очередь такие реакторы делятся на следующие подгруппы: на лёгкой воде, на тяжёлой воде, на графитовых реакторах.
2. Реакторы на быстрых нейтронах. Следующее поколение, которое во многом основано на предыдущих наработках, но со значительными дополнениями.
3. Субкритические реакторы на внешних источниках нейронов. Такими установками планировалось решить проблемы потенциальных опасностей на производстве, добавив внешние источники.
4. Термоядерные реакторы. Именно в таком виде АЭС планируют «снарядить» на борьбу с энергетическим кризисом будущего — это новейшие модели и разработки, в которых учтены ошибки прошлого, так или иначе приводящие к катастрофам.

Реакторы первого поколения не обязательно однозначно уступают последующим разработкам — в некоторых случаях их использование активно продолжается по объективным причинам, а не из экономии.

По виду отпускаемой энергии

Основная функция АЭС — производить энергию в таких количествах, чтобы были возможны любые энергетические задачи. Обыватель знает, что такие атомные станции производят электричество, но это обобщённый термин — станции классифицируются по виду производимой энергии следующим образом:

1. Классические АЭС. Наиболее распространённый в массах тип, производит только электроэнергию. Как правило, к АЭС подсоединяются напрямую энергообъекты младшего порядка, через которые идёт обеспечение энергией производств и гражданской инфраструктуры.
2. АСТ. Основным продуктом является не электричество, а тепловая энергия. Так как для нужд населения её приспособить сложно, такие объекты обычно обслуживают производственные мощности.
3. АТЭЦ или атомные теплоэлектростанции. Как можно понять из названия, производят как электричество, так и тепло. Используются для самых разных целей и обычно гораздо масштабнее, чем предыдущие типы объектов.

С виду отличить одну станцию от другой непросто, так что лучше всего ориентироваться на аббревиатуру названия — она всегда содержит в себе тип объекта и населённый пункт.

Принцип работы атомной электростанции

Несмотря на то, что атомные электростанции благодаря медиа в целом укрепились в сознании массового зрителя и читателя, даже базовое устройство этого монструозного устройства по производству энергии остаётся для большинства загадкой.

На самом деле принцип работы АЭС в упрощённой форме состоит всего из нескольких этапов и понять его вполне можно. На вопрос «на чём же работает АЭС» и вовсе лучше ответить просто — на реакторе. Обывателю совсем не нужны научные и технические особенности процесса получения из урановой руды нужного, самого продуктивного изотопа.

Для того, чтобы поверхностно разобраться в устройстве АЭС, достаточно запомнить три простых факта:

1. Реактор — сердце АЭС, где происходит основной процесс выработки энергии.
2. Для обеспечения работы реакторов необходима водная система охлаждения (не всегда, но практически всегда), поэтому станции чаще всего располагаются возле естественных или искусственных водоёмов.
3. Сам по себе реактор только производит энергию. Для её подачи к промежуточным энергообъектам необходима инфраструктура экспорта — генератор и прочее оборудование.

Уже на этом этапе понятно, для чего нужны АЭС — для надёжного и дешёвого энергообеспечения с минимальной привязкой к обстоятельствам и другим энергообъектам. Кроме того, свою работу любая АЭС тоже обеспечивает энергией полностью самостоятельно — от конструкторов и исполнителей требуется только правильно замкнуть цикл из следующих компонентов.

Ядерный реактор

Реактор — это по сути устройство, которое служит безопасной капсулой для проведения ядерного синтеза. На данный момент весь поставленный на поток синтез «горячий» — то есть, каждая миллисекунда деления должна происходить под строжайшим контролем, чтобы не допустить катастрофы.

Количество энергии, высвобождаемой при работе реактора, настолько огромно, что деление никогда не происходит само по себе — процесс управляется с помощью урановых стержней. В зависимости от потребностей энергопроизводства нужное количество стержней опускают в реактор, пуская их в ход.

Энергоблоки далеко не всегда работают на полную мощность — из соображений безопасности такое почти никогда не допускается.

Как работает реактор на АЭС:

1. Реактор запускается и зацикливается в реакции — полностью остановить его работу невозможно, так как это повлечёт за собой слишком большие убытки. Можно только снизить его мощность до минимума.
2. Персонал станции осуществляет постоянное наблюдение и контролирует мощность реакции с помощью стержней и компенсатора давления.
3. Параллельно с делением в капсуле реактора постоянно работает водная система охлаждения. Вода одновременно охлаждает реактор и приводит в движение турбину, вырабатывающую электричество.
4. Электричество с турбины подаётся как на «экспорт» — на внешние энергообъекты, так и на внутренние нужды станции. На этом цикл замыкается, так как электричество приводит в действие конденсатор и насосы, которые обеспечивает циркуляцию воды между реактором и хранилищем.

Большая часть описанного выше производственного цикла происходит под землёй из соображений удобства и безопасности. На поверхности находятся объекты, необходимые для обеспечения работы станции — именно поэтому атомная станция выглядит так, как выглядит. Обычно это огромная территория с несколькими блоками, выполняющими разные функции.

Парогенератор

О парогенераторах часто забывают в простых схематических «набросках» работы АЭС, но это очень важная часть станции, одна из самых сложных и массивных. Парогенератор на станции является частью реакторного отсека и выполняет две важных функции:

1. Теплообмен для преобразования энергии. Пар в огромном количестве поступает на турбину, за счёт чего тепловая энергия (её от работы реактора в избытке) переходит в электричество, что зачастую и является целью работы станции.
2. Разделение теплоносителя первого контура и пара с водой второго контура. Разница в том, что первый — радиоактивен, а вторые нет. Благодаря тому, что при преобразовании энергии происходит это разделение, поступающий к турбине пар не радиоактивен и никаких мер по защите персонала от него предпринимать не нужно.

Парогенератор настолько большой и необходимый для работы станции элемент, что занимает половину реакторной капсулы — это можно увидеть на типовой схеме работы АЭС, которая показывает работу реактора и обслуживающих его механизмов в упрощённом формате.

Если парогенератор внезапно окажется неисправен, то работа всей охладительной системы будет нарушена, что приведёт к катастрофическим последствиям. К счастью, такой вариант развития событий практически невозможен — подача электричества к парогенератору включена в цикл самообеспечения станции.

В обычном режиме на работающей станции увидеть, как работает парогенератор на АЭС, не получится, так как вся его массивная конструкция находится внутри. Из-за особенностей расположения все процессы автоматизированы и управлять этой частью механизма станции можно только дистанционно, с помощью электроники.

Турбина и генератор

Внимательного взгляда на турбину и генератор достаточно, чтобы понять, для чего нужна атомная электростанция. Производимое с помощью «мирного атома» количество энергии настолько колоссальное, что для нужд ядерных станций производятся специальные образцы турбин и генераторов — они аналогичны другим, более распространённым моделям, но с повышенными по всем показателям характеристиками и размерами.

Почти все виды атомных электростанций придерживаются следующего цикла выработки электричества:

1. Реактор запускается и начинает работу. Вместе с ним запускается система охлаждения, в частности — парогенератор.
2. Через какое-то время работы реактора парогенератор даёт первый концентрат в виде пара — он не радиоактивен и полностью безопасен. Согласно законам физики пар поднимается вверх и тепловой энергии, которую он даёт, достаточно для запуска турбины.
3. Турбина сама по себе является чисто механическим элементом, подключённым к генератору. Когда она под воздействием пара начинает вращаться, начинается производство электричества — по локальной сети оно поступает в генератор, где временно накапливается.
4. От генератора основной объём электричества поступает на внешнюю инфраструктуру для передачи электричества — ЛЭП и другие. Энергия станции может напрямую питать локальные подстанции в населённых пунктах или направляться на какие-либо производственные объекты.

Небольшая в сравнении с основным объёмом часть электричества всегда оставляется на нужды станции + запас на случай ЧП.

Помимо основного генератора всегда есть дополнительные — они не входят в прямую систему выработки энергии на станции, но включены в локальную сеть, чтобы в случае резкой остановки процесса продолжить питать реактор.

Если этого не произойдёт, то вероятна авария — опыт катастроф на ядерных объектах привёл к тому, что все атомные электростанции в России и в мире оборудованы такими резервными мощностями.

Управление реактором

Управление процессом деления в нормальной ситуации не требуется — обычно от персонала станции требуется только задать необходимые параметры. Когда все параметры выставлены, реактор не нуждается во внешнем управлении — реакция ядерного деления в нём зациклена и не может быть нарушена никакими внешними факторами (этого не допустит герметичная структура реактора).

Чем управляет персонал на станции:

1. Мощностью. Чтобы заставить реактор работать на полную мощность или, напротив, снизить интенсивность его работы, достаточно вставить или убрать соответственно определённое количество урановых стержней.
2. Подачей электроэнергии. Подача получаемой электроэнергии в основном автоматизирована, но ощутимая часть специалистов на АЭС занята именно контролем за корректной передачей электричества.
3. Температурой. Современные станции позволяют с большой точностью контролировать температуру реактора и прогнозировать её.

Для того, чтобы заниматься реактором, не обязательно быть профессором по ядерной физике. Если первая в мире атомная электростанция была экспериментом и требовала постоянного надзора от самых квалифицированных специалистов, то современные АЭС в основном управляются силами техников. Учёные и инженеры только курируют процесс и выступают контролирующим фактором.

Что ещё есть на АЭС

Атомная электростанция — это объект под строжайшим контролем, как правило работающий в режиме полной секретности. Ничего удивительного в этом нет — в любой стране атомная электростанция обеспечивает так много производственных процессов и покрывает нужды такого количества населения, что является важнейшим комплексом на уровне любого военного.

Именно поэтому все ядерные станции представляют из себя закрытые в себе комплексы, учитывающие в том числе и необходимость постоянного присутствия сотен человек персонала. Любая станция достаточно самодостаточна, чтобы не зависеть от поставок извне некоторое время.

Помимо надстроек над реакторами, необходимых для обеспечения работы станции, большую часть территории занимает энергетическая инфраструктура. Для обеспечения энергией самой станции необходимы не только турбина и генератор — в силу особенностей системы обеспечения часть её должна находиться снаружи.

Некоторые факты об ядерных реакторах

Ядерный реактор — это главная загадка атомной энергетики. Принцип его работы сложен даже в простейшем изложении от специалистов, а ужасающая сила и производительность поражают человека любой степени вовлечённости в тему. Учёные со всего мира пытаются «обезопасить» ядерную энергию в глазах обывателя и объяснить, почему она так важна и нужна человечеству.

Возможно, ваше мнение изменится после нескольких интересных фактов об этих удивительных источниках энергии.

Реакторы очень опасны — но только внутри

Читая про принцип работы ядерного реактора можно подумать, что он должен находиться как минимум в шахте на несколько километров вглубь, а все манипуляции с ними должны проводиться роботами. Но если посмотреть на фото работы с реактором, то можно увидеть учёных и другой персонал, которые спокойно расхаживают в нескольких метрах от «машины смерти».

Всё дело в достижениях науки. Перед тем, как запускать ядерные реакторы, было придумано столько средств безопасности, что подвергнуть себя опасности можно только путём грубейшего нарушения правил обращения с реактором.

Ядерный реактор — это не для всех

Действительно, это невероятно дорогой в реализации проект. Более того, даже при наличии денег на такой энергетический объект, построить его — это задача со звёздочкой. Технологиями, специалистами и опытом в этой сфере обладает в лучшем случае десяток стран со всего мира, а также проблемой является уран.

Уран и его обогащение — критическая часть процесса производства энергии с помощью АЭС, но также и часть ядерных программ, которые мирными никак не назовёшь.

Иными словами, постройка атомной станции с реактором и даже намёк на такой проект — уже серьёзный показатель статуса страны.

После Чернобыльской катастрофы от реакторов не отказались

Конечно, разнообразные организации и лоббисты делают всё возможное, чтобы на их век денег от «зелёных технологий» и нефти хватило с избытком. Но тем, кто действительно принимает долгоиграющие энергетические решения, очевидно, что за атомной энергетикой будущее.

Это доказывают десятки АЭС, которые строятся на территории самых состоятельных и благополучных стран мира. Сейчас доля атома в общей энергетике не превышает 20% по показателям самых развитых стран, но неуклонно растёт.

Какие виды топлива используются на АЭС

Топливо — это то, что делает атомные электростанции такими эффективными и так сильно отличающимися от обычных электростанций. Основным видом топлива является обогащённый уран.

Данный металл в исходном виде добывается в виде металлической породы, сам элемент тоже был открыт человечеством достаточно давно. До атомной эры использовался в лёгкой промышленности и даже не представлял сильной опасности, так как слабо радиоактивен в отличие от того же радия. Сейчас добыча урана и его обработка — ключевая отрасль мировой промышленности, так как это ответ на вопрос «какое топливо используется на атомных электростанциях».

Урановое топливо

Уран в изначальной форме — это металлическая руда, которая добывается из породы примерно в количестве 55 000–65 000 тонн в год по всему миру. В виде руды уран ещё не является топливом, необходим длительный и многоуровневый процесс, в результате которого получаются элементы из изотопа данного металла — для удобства реакции его производят в виде стержней. На промежуточном этапе производства топливо выглядит как крупные металлические гранулы.

Подготовка урана

В чистом виде уран не годится для обеспечения работы реактора — для того, чтобы происходила стабильная и контролируемая реакция деления, необходим его изотоп U-235. В изначально добываемой руде содержание этого изотопа очень низкое, 0.7%. Чтобы добиться эффективной реакции, её необходимо обогатить — именно этот процесс и является основной сложностью работы с атомной энергетикой, мешающий большинству стран быстро и на долгий срок решить свои проблемы с энергетикой.

Сколько энергии вырабатывает АЭС

Про суть работы атомных электростанций обычный человек знает крайне немного, несмотря на огромную популярность темы не только в научпопе, но и более повседневной медийной повестке. А вот огромное количество производимой энергии — это факт, известный каждому — в противном случае зачем бы устраивать вокруг атомной энергетики столько шума?

Все типы АЭС действительно производят огромное количество энергии. Для чистоты сравнения будем брать только те станции, которые производят электричество. В среднем одна АЭС может выдавать результат от 3.5 до 8.8. МВт.

Это очень большие показатели — даже нижнего значения достаточно, чтобы спокойно обслуживать потребности населённых пунктов с суммарным населением от 4 млн. человек.

КПД атомной электростанции

Коэффициент полезного действия — это основная величина, когда речь идёт о целесообразности чего-то. На данный момент средний КПД АЭС составляет около 40% — это хороший показатель, который в долгосрочной перспективе даёт возможность строить большие планы.

Кроме того, атомная энергетика не стоит на месте. Новые реакторы постепенно повышают планку эффективности, то же делают и вспомогательные технологии, которые тоже развиваются, становятся экологичнее, потребляют меньше, а дают — больше.

Кроме того, со временем атомная станция становится всё дешевле и дешевле — нет необходимости в поиске и воспитании сотен новых специалистов, все процессы уже отлажены, а также появляется серьёзный избыток, который можно экспортировать. Уровень КПД и его дальнейший рост зависят исключительно от управления станцией, соблюдения всех норм безопасности и выработки, периодичности модернизации и прочих факторов.

Преимущества и недостатки атомных станций

У атомных электростанций как и у любых других энергообъектов есть как преимущества, так и недостатки. Однако из-за предвзятого отношения считается, что последних гораздо больше. Это мягко говоря голословное утверждение — потенциал АЭС всегда значительно преуменьшается из-за низкой информированности населения, а вот страшные легенды наоборот, преувеличиваются.

Плюсы АЭС

Главный плюс атомной энергетики — это огромное количество производимой энергии, которое пока невозможно добыть никаким другим способом. Даже самые упрямые скептики признают, что на данный момент для человечества этот метод борьбы с энергетическим кризисом представляется самым реалистичным.

Помимо этого есть и другие плюсы:

1. Экологичность. Для многих является открытием то, что атомная энергетика — один из самых «зелёных» способов добывать энергию, не жертвуя при этом её количеством. Реального вреда окружающей среде при соблюдении всех правил безопасности нет (с поправкой на масштабы объекта).
2. Безопасность. Очевидный плюс на поверхности, который постепенно замещает панику в информационном пространстве.
3. Доступность электроэнергии для всех. АЭС делают электричество дешёвым, а значит — доступным для потребителей и предпринимателей. Низкая цена на энергию однозначный бустер экономики и ВВП.
4. Возможность питания труднодоступных регионов. АЭС вырабатывает так много энергии, что становится целесообразным дорогой её транспорт в регионы, где нельзя построить другие электростанции.

При должном уходе и правильной эксплуатации АЭС может служить десятилетиями, закрывая для государства и населения вопрос с электроснабжением. Также такая станция может быть построена для нужд тяжёлой промышленности, в разы поднимая производственные мощности.

Минусы АЭС

Минусы у атомных электростанций, как и у любых других энергетических объектов, тоже имеются. Но они и близко не такие критичные, как их позиционируют.

Основные недостатки:

1. Высокая стоимость постройки и качественного обслуживания. Несмотря на весь свой потенциал, окупаться станция начнёт только спустя десятилетия.
2. Возможность аварии. Эта вероятность очень маленькая — на уровне статистической погрешности, но последствия по теоретическим расчётам и из опыта существующих инцидентов представляются экспертам разрушительными.
3. Утилизация и контроль отходов. Работа реактора так или иначе даёт отходы, которые необходимо утилизировать согласно строжайшим правилам экологической и санитарной безопасности.

Позволить себе атомную электростанцию может далеко не каждое государство — это не вопрос одноразовой покупки, а серьёзное вложение в энергетическую независимость.

Опасны ли атомные электростанции

С учётом современных технологий на этот вопрос уже можно ответить однозначно — нет, никакой опасности АЭС не несут. Вероятность какого-либо критического происшествия настолько незначительна, что с той же вероятностью можно переживать о падении на объект, например, метеорита.

Говоря об опасности, многие не могут забыть инцидент на Чернобыльской АЭС, а также менее известные, но тоже критически опасные инциденты с японскими реакторами. Но ЧАЭС пострадала в результате ошибки энергетиков — точнее, их преступной халатности по отношению к управлению ресурсами, предназначенными для обслуживания станции. Вероятность такого исхода была настолько маленькой для учёных, проектировщиков и прочих причастных, что казалась невозможной.

К сожалению, из катастрофы было сделано несколько неправильных выводов:

• Все реакторы опасны и рано или поздно детонируют таким образом;
• Атомная энергетика выглядит целесообразной, но однажды цена за дешёвую энергию может исчисляться в жизнях и непригодных для жизни квадратных километрах;
• Человеческий фактор делает использование атомной энергии слишком опасным, даже если в проект вложено очень много средств.

Несомненно, сам факт этой катастрофы и некоторых других сильно затормозил развитие атомной энергетики — даже с учётом того, что инцидент пошёл по одному из самых благополучных путей развития событий.

Почему АЭС не опасны:

1. Техника безопасности доведена до совершенства, а уровень контроля достигает самых серьёзных военных объектов.
2. Важность человеческого фактора на самом деле сведена к минимуму — один человек или даже группа специалистов не могут самостоятельно решить какой-либо важный вопрос, тем более тайно.
3. Атомной энергетике уже 80 лет — это почти целый век. За это время было выработано всё необходимое для безопасности объектов.
4. Исследования, эксперименты и другие меры по улучшению системы безопасности ведутся постоянно. Любые технологии, которые могут послужить для модернизации «мирного атома», моментально используются после проверок.

Более «безопасные» способы получения энергии, которые при этом выдают в разы худший КПД, безопасными совсем не являются и точно так же подвержены человеческому фактору и пресловутой халатности.

Страны с наибольшим количеством АЭС

Считается, что СССР оставил своим правопреемникам больше всего атомных электростанций, но это уже давно не так. Россия не находится даже в первой тройке стран, которые активно используют атомную энергетику для своих потребностей.

Рейтинг стран по активным АЭС:

1. США
2. Япония
3. Франция.

Помимо этих лидеров в мире ещё 28 стран, которые располагают атомными электростанциями. Интересный факт — подсчёт производится не в непосредственно станциях, а в действующих энергоблоках. Например, США располагает 95 энергоблоками, а Россия — всего 38.

Страны самостоятельно осуществляют контроль за работой своих станций, а также могут делать их на заказ, оплачивая услуги другой, более «компетентной» в плане опыта и специалистов страны.

В качестве общего инструмента контроля существует международная организация МЭГАТЕ, которая наделена полномочиями проверять такие объекты на предмет нарушений.

Если посмотреть на статистику, то станет понятно, что АЭС используются не просто 28 странами мира, а исключительно промышленными и экономическими лидерами. Есть исключения — например, многие страны постсоветского пространства, которым станции достались «в наследство» от СССР и государства так называемого «третьего мира», где АЭС были построены в качестве меры протектората от какой-либо из сверхдержав.

Рейтинг самых мощных атомных электростанций в мире

Как оказалось, ядерная станция — один из самых простых способов обеспечить энергией производство и потребительские потребности населения в целой стране. Уже сейчас есть примеры, когда небольшие государства опираются на атомную энергетику и достигают больших успехов — хорошими примерами будут Япония и Франция, например.

Сейчас в мире функционируют десятки мощных АЭС, обеспечивающих подачу электричества для целых регионов.

Особенно выделяются четыре самых мощных:

• 4. Гравелине, Франция. Мощность — 5460 МВт. По совместительству является самым важным объектом атомной энергетики во Франции.
• 3. Йонван, Южная Корея. Мощность — 5875 МВт. Первый энергоблок станции запущен в эксплуатацию в год чернобыльской катастрофы, в 1986.
• 2. Запорожская АЭС, Украина. Мощность — 6000 МВт. Официально крупнейшая атомная электростанция в Европе.
• 1. Касивадзаки-Карива, Япония. Мощность — 7965 МВт. В эксплуатации помимо обычных энергоблоков есть два уникальных, принадлежащих к третьему поколению.

Официально самой мощной АЭС считается комплекс Фукусима I-II, но на данный момент из-за природной катастрофы мощность в 8814 МВт является незадействованной.

Аварии с радиоактивными выбросами

Разобравшись, как работает АЭС, полностью понятен страх людей перед атомной энергетикой — слишком велика цена ошибки. Для обывателя, который вдобавок мало представляет, зачем нужны атомные электростанции в перспективе энергетического развития, цена тем более не стоит свеч.

Конечно, огромную роль в формировании такого вектора общественного сознания сыграли крупные катастрофы, которые либо нанесли экосистеме и населению огромный вред, либо привели к ситуации на грани. Помимо аварии на ЧАЭС, которая из-за личного героизма ликвидаторов имела колоссальный медийный эффект, были и другие катастрофы:

• Фактическое уничтожение Фукусима 1 и Фукусима 2 — крупнейшего японского энергетического объекта Японии (2011);
• Выброс радиоактивных веществ вследствие пожара на «Уиндскей», Великобритания (1957);
• Авария на «Три-Майл-Айленд», США — происшествие затормозило строительство АЭС по всей территории Штатов (1979).

Нельзя сказать, что подобные происшествия никак не повлияли на развитие атомной энергетики — негативное влияние было как локальным, так и глобальным.

Перспективы и новые разработки в сфере атомной энергетики

Одним из самых главных аргументов в пользу безопасности мирного атома является то, что принцип работы и защиты реакторов уже кардинально отличается от того максимума, что человечество могло организовать в прошлом веке.

Главную надежду человечество возлагает на холодный ядерный синтез — принципиально новый способ контролируемого деления, который будет исключать прежние риски и потребует гораздо меньше ресурсов на поддержание необходимого уровня безопасности.

Предполагаемые преимущества:

• КПД любой АЭС на таком реакторе будет значительно выше;
• Удастся устранить одну из самых дорогих и опасных проблем атомной энергетики — эффективное и бесперебойное охлаждение;
• Процесс можно будет сделать дешевле и доступнее.

Вероятнее всего, после полноценного внедрения холодного синтеза ответ на вопрос «как работает атомная электростанция» будет уже принципиально другим. Учёные считают, что уже существующие положительные результаты по холодному ядреному синтезу — прямой ответ надвигающемуся масштабному энергетическому кризису.

Проектируемые АЭС в России

За проекты по атомной энергетике — как новые, так и те, что остались нереализованными со времён СССР, в РФ ответственна компания Росатом. Именно эта корпорация занимается как внутренней поддержкой атомных объектов, так и осуществлением заказов от других стран (об экспорте атомных технологий — ниже).

На данный момент на стадии проектов находятся следующие АЭС:

• Курск-2 — станция на 4 энергоблока;
• Ленинградская АЭС-2. Планируется как постройка новых, так и замена старых энергоблоков на новые, более безопасные и эффективные.
• Смоленск-2. Также частично заместительный проект — планируется заменить как минимум два энергоблока.
• БРЕСТ-ОД-300. Наиболее новый проект, начатый в 2021 году. Главной особенностью нового энергообъекта будет новый реактор на быстрых нейтронах.

Как видно, поддержка касается как уже существующих объектов, так и новых, которые пока только планируется построить. С времён, когда функционировали первые атомные электростанции, прошло очень много времени, а в случае с АЭС своевременная модернизация — это первое, что нужно сделать для безопасности. Если учесть все требования, которые диктует современная атомная энергетика, то сложно представить, сколько атомных электростанций Росатом может построить в России и в мире.

Международные проекты России по атомной энергетике

Помимо собственных проектов РФ реализует ещё и зарубежные заказы — дело в том, что устройство ядерного реактора хоть и известно любому желающему, на практике является невероятно сложной схемой, требующей не только выдающихся, но и опытных специалистов. Являясь правопреемником разнообразных КБ СССР, Росатом как раз располагает сотнями квалифицированных специалистов.

Международные проекты Росатома:

1. Постройка Аккую, Турция. Планируется сверхсовременный комплекс, который будет состоять из четырёх энергоблоков, питаемых самыми современными реакторами российского производства.
2. Белорусская АЭС. Как понятно из названия, строится на территории РБ прямо сейчас — в истории страны это первая электростанция, при СССР энергоблоков на её территории не было.
3. Куданкулам, Индия. Планируется построить шесть энергоблоков, из которых два уже в технической эксплуатации.
4. Пакш-2, Венгрия. На данный момент проект находится в стадии активной подготовки — непосредственно строительные работы скоро начнутся.

Также Россия активно сотрудничает в плане постройки АЭС с Бангладешем, Китаем, Египтом и Тайванем — больше о связанных с этим проектом можно найти на официальном сайте Росатома.

Альтернативная энергетика

Так как атомные электростанции в России и в мире уже долгое время работают безаварийно — даже последняя авария на комплексе Фукусима случилась по природным причинам, атомная энергетика понемногу реабилитируется в общественном сознании. Основным «антагонистом» повсеместного использования мирного атома является так называемая альтернативная энергетика.

Что можно считать альтернативной энергетикой:

• Использование устаревших технологий — ветра, воды, пара;
• Биотопливо и метан;
• Солнечная энергетика.

Недостатки АЭС — в первую очередь риски по безопасности, делают такие способы получения энергии привлекательными на вид, но не по сути. Специалисты и те, кто интересуются как устроена АЭС, понимают, что для получения такого же КПД от альтернативной энергетики потребуется несоизмеримо больше ресурсов, исчисляемых в деньгах, времени, технологиях и специалистах. На фоне надвигающегося энергетического кризиса человечество не может позволить себе тратить время и ресурсы на альтернативные способы добычи энергии в промышленных масштабах.

Как видно, атомная энергетика идеальна для решения энергетических проблем человечества — она даёт потрясающую эффективность уже сейчас, а в потенциале обещает ещё больше. Кроме того, альтернативные энергетические объекты нередко парадоксально оказываются более вредными для экологии, чем АЭС — например, основной проблемой использования солнечной энергии является производство солнечных панелей, требующих большого количества «вредных» промышленных процессов.