Деление ядер — мощный источник энергии, которое человечество используе
Ядерная энергетика в мире сегодня
Сегодня ядерная энергетика стала традиционной отраслью энергетики, в настоящее время доля выработки электроэнергии на АЭС во многих странах достигает довольно больших значений. По данным МАГАТЭ, в настоящее время более 18% электроэнергии, вырабатываемой в мире, производится на ядерных реакторах, которые, к тому же, в отличие от электростанций, работающих на органическом топливе, не загрязняют атмосферу. Неоспоримый плюс ядерной энергии — ее стоимость, которая ниже, чем на большинстве электростанций иных типов. Согласно базе данных МАГАТЭ по энергетическим реакторам (PRIS) на начало 2011 года в мире эксплуатировались 442 ядерных энергоблока общей мощностью 374 993 МВт, которые расположены более чем в 30 странах (Таблица 1).
|
В эксплуатации |
Сооружается |
Доля ядерной энергии, % |
|||
|
Число блоков |
Мощность, млн кВт |
Число блоков |
Мощность, млн кВт |
||
|
Аргентина |
2 |
935 |
1 |
692 |
9,0 |
|
Армения |
1 |
376 |
— |
— |
55,0 |
|
Бельгия |
7 |
5757 |
— |
— |
56,0 |
|
Болгария |
4 |
2722 |
— |
— |
40,0 |
|
Бразилия |
2 |
1900 |
1 |
— |
3,6 |
|
Венгрия |
4 |
1755 |
32,7 |
— |
|
|
Великобритания |
27 |
12.020 |
— |
— |
25,0 |
|
Германия |
18 |
20.643 |
— |
— |
29,0 |
|
Индия |
14 |
2503 |
2 |
3614 |
3,3 |
|
Иран |
— |
— |
1 |
953 |
— |
|
Испания |
9 |
7574 |
— |
— |
23,6 |
|
Канада |
16 |
11.268 |
— |
— |
13,0 |
|
КНР |
11 |
9100 |
9 |
24,75 |
2,0 |
|
Республика Корея |
17 |
15.810 |
1 |
960 |
40,0 |
|
Северная Корея |
— |
— |
2 |
2000 |
— |
|
Литва |
2 |
2370 |
— |
— |
80,6 |
|
Мексика |
2 |
1310 |
— |
— |
4,0 |
|
Нидерланды |
1 |
449 |
— |
— |
4,5 |
|
Пакистан |
2 |
425 |
— |
— |
2,3 |
|
Россия |
32 |
20.817 |
2 |
3784 |
16,5 |
|
Румыния |
1 |
650 |
1 |
650 |
9,3 |
|
Словакия |
6 |
2446 |
2 |
816 |
57,8 |
|
Словения |
1 |
676 |
— |
— |
39,0 |
|
США |
104 |
99.096 |
— |
— |
20,0 |
|
Тайвань |
6 |
4884 |
2 |
2630 |
21.5 |
|
Украина |
13 |
11.190 |
2 |
1900 |
45,1 |
|
Финляндия |
4 |
2656 |
— |
— |
25,8 |
|
Франция |
59 |
63.183 |
— |
— |
77,0 |
|
Чехия |
6 |
3494 |
— |
— |
30,5 |
|
Швейцария |
5 |
3200 |
— |
— |
40.0 |
|
Швеция |
11 |
9427 |
— |
— |
49,2 |
|
Южная Африка |
2 |
1844 |
— |
— |
6,0 |
|
Япония |
53 |
44.145 |
1 |
4361 |
25,0 |
Kashiwazaki Kariva
В первую пятерку государств, которые большую часть своих потребностей в электроэнергии удовлетворяют за счет АЭС, входят Литва (80,6%), Франция (77%), Словакия (57,8%), Бельгия (56%) и Армения(55%).
Атомные станции работают в 15 из 27 стран — членов Евросоюза и производят около 33% вырабатываемой в ЕС электроэнергии. Наибольшим количеством ядерных энергоблоков располагают США (104), Франция (59), Япония (53), Россия (30) и Великобритания (27).
В десятке самых богатых стран мира только Италия не имеет своих АЭС. Однако правительство этой страны намерено начать строительство в стране атомных электростанций. Таким образом, 22-летний период отказа от атомной энергетики в Италии завершается. Строительство первой АЭС планируется начать в течение ближайших 5 лет. Основным элементом атомной электростанции является ядерный реактор — источник энергии на ядерном топливе. Энергоблок на атомной электростанции включает в себя реактор, парогенераторы, турбины и служит для преобразования энергии ядерного топлива в электрическую. Как правило, на атомных электростанциях устанавливается 2-6 энергоблоков в зависимости от необходимой потребности в электроэнергии.
Запорожская АЭС
Крупнейшая в мире АЭС — это Kashiwazaki Kariva (Япония) мощностью 8200 МВт (7 реакторов типа BWR с установленной мощностью 110—1356 МВт).
Cамая крупная в Европе — это Запорожская АЭС (Украина) мощностью 6000 МВт (6 реакторов ВВЭР-1000).
В России наибольшую мощность имеют Балаковская, Ленинградская, Калининская и Курская АЭС (по 4 реактора мощностью 1000 МВт каждый).
По данным все того же Международного агентства по атомной энергии, только в 2000-2005 гг. в строй было введено 30 новых реакторов. Основные генерирующие мощности сосредоточены в Западной Европе и США.
Наилучшим по количеству новых пусков за все десять лет XXI столетия стал 2010 год. В строй вошли пять новых блоков: два в Китае (Lingao-3 и Qinshan II-3), по одному в России (энергоблок № 2 Ростовской АЭС), Индии (Rajasthan-6) и Южной Корее (Shin-Kori-1).
База данных PRIS засчитывает блок после подключения его к электрической сети, поэтому Kaiga-4 (синхронизирован с индийской южной энергосистемой 19 января 2011 г.) и Busher-1 (Иран) числятся в ней строящимися.
В стадии строительства в мире находятся 66 энергоблоков, причем 44 из них — в Азии, потребности которой в электричестве оказывают мощное воздействие на процессы, происходящие на энергетическом рынке.
Ядерная энергетика в РФ
История российской атомной отрасли начиналась с реализации советского «атомного проекта». Отправной точкой в ней стало секретное постановление Государственного комитета обороны №2352сс «Об организации работ по урану», подписанное 28 августа 1942 года. В нем АН СССР было предписано «возобновить работы по исследованию осуществимости использования атомной энергии путем расщепления ядра урана и представить к 1 апреля 1943 года доклад о возможности создания урановой бомбы или уранового топлива».
Пуск в 1954 году первой атомной электростанции ознаменовал начало развития атомной энергетики, которая может обеспечить человечество электрической и тепловой энергией на длительный период.
Первая в мире атомная электростанция с реактором АМ-1 (Атом мирный) мощностью 5 МВт дала промышленный ток 27 июня 1954 г. и открыла дорогу использованию атомной энергии в мирных целях, успешно проработав почти 48 лет.
Обнинская АЭС
29 апреля 2002 г. в 11 ч. 31 м. по московскому времени был навсегда заглушен реактор первой в мире АЭС в Обнинске. Как сообщила пресс-служба Минатома России, станция была остановлена исключительно по экономическим соображениям, поскольку “поддержание ее в безопасном состоянии с каждым годом становилось все дороже и дороже”.
Опыт ее эксплуатации полностью подтвердил технические и инженерные решения, предложенные специалистами отрасли, что позволило осуществить строительство и пуск в 1964 г. Белоярской АЭС электрической мощностью 300 МВт.
Операция по остановке реактора в Обнинске прошла штатно, без нарушений, в присутствии научной общественности и ветеранов отечественной ядерной энергетики. Результаты, полученные в ходе выполнения этой операции, будут использованы при выполнении аналогичных процедур на других реакторах. По информации пресс-службы Минатома, со временем на первой в мире АЭС будет создан музей.
Российская атомная отрасль является одной из передовых в мире по уровню научно-технических разработок в области проектирования реакторов, ядерного топлива, опыту эксплуатации атомных станций, квалификации персонала АЭС. Предприятиями отрасли накоплен огромный опыт в решении масштабных задач. Россия обладает наиболее совершенными в мире обогатительными технологиями, а проекты атомных электростанций с водо-водяными энергетическими реакторами (ВВЭР) доказали свою надежность.
Сегодня атомная отрасль России представляет собой мощный комплекс из более чем 270 предприятий и организаций, в которых занято свыше 190 тыс. человек. В структуре отрасли — четыре крупных научно-производственных комплекса: предприятия ядерно-топливного цикла, атомной энергетики, ядерно-оружейного комплекса и научно-исследовательские институты. Кроме того, после включения в состав Госкорпорации «Росатом» ФГУП «Атомфлот» сюда же можно включить самый мощный в мире ледокольный флот.
Росатом строит первую ПАТЭС (плавучая атомная теплоэлектростанция) на Балтийском заводе в Санкт-Петербурге. В июне 2010 года на воду был спущен плавучий энергоблок, состоящий из гладкопалубного несамоходного судна с двумя реакторными установками КЛТ-40С ледокольного типа. Установленная электрическая мощность каждого реактора — 35 МВт, тепловая мощность — 140 гигакалорий. Потенциальный срок эксплуатации станции — 38 лет.
В отдаленных районах, куда невыгодно тянуть линии электропередач или завозить топливо, постройка и эксплуатация ПАТЭС значительно выгоднее постройки и эксплуатации наземных электростанций.
Россия была, есть и будет одной из ведущих энергетических держав мира. И это не только потому, что в недрах страны находится 12% мировых запасов угля, 13% нефти и 36% мировых запасов природного газа, которых достаточно для полного обеспечения собственных потребностей и для экспорта в сопредельные государства. Россия вошла в число ведущих мировых энергетических держав, прежде всего, благодаря созданию уникального производственного, научно-технического и кадрового потенциала топливно-энергетического комплекса (ТЭК).
Плюсы и минусы ядерной энергетики
Тримайл Айленд
Основными преимуществами атомной энергетики являются высокая конечная рентабельность и отсутствие выбросов в атмосферу продуктов сгорания (с этой точки зрения она может рассматриваться как экологически чистая), основными недостатками — потенциальная опасность радиоактивного заражения окружающей среды продуктами деления ядерного топлива при аварии (типа Чернобыльской или на американской станции Тримайл Айленд) и проблема переработки использованного ядерного топлива.
Чернобыльская АЭС
Остановимся поподробнее на преимуществах. Рентабельность атомной энергетики складывается из нескольких составляющих. По оценке ученых, ядерное топливо имеет в миллионы раз большую концентрацию энергии и неисчерпаемые ресурсы, а отходы атомной энергетики — относительно малые по объему и могут быть надежно локализованы. Так, один грамм урана дает столько же энергии, сколько 3 т угля. Отсюда следует независимость от транспортировки топлива. Если для электростанции мощностью 1 млн. кВт требуется в год около 2 млн. т низкосортного угля, то для блока ВВЭР-1000 понадобится доставить не более 30 т. обогащенного урана, что практически сводит к нулю расходы на перевозку топлива (на угольных станциях эти расходы составляют до 50% себестоимости).
Объемы ядерных отходов, образующихся в ходе нормальной работы АЭС, весьма незначительны, причем наиболее опасные из них можно «сжигать» прямо в ядерных реакторах. Стоимость электричества, произведенного на АЭС, ниже, чем на большинстве электростанций иных типов. По данным МАГАТЭ, в среднем на производство 1 МВт электроэнергии из атомного топлива уходит около $21-$31, из угля — $25-$50, из газа — $37-$60. Если цена ядерного топлива возрастет вдвое, то стоимость электричества, вырабатываемого на АЭС, увеличится всего на 2-4%, и на 70%, если удвоится цена природного газа или нефти. Города, находящиеся вблизи атомных станций, являются в основном экологически чистыми зелеными городами во всех странах мира, а если это не так, то это происходит из-за влияния других производств и объектов, расположенных на этой же территории. В этом отношении ТЭС дают совсем иную картину. Анализ экологической ситуации в России показывает, что на долю ТЭС приходится более 25% всех вредных выбросов в атмосферу. Около 60% выбросов ТЭС приходится на европейскую часть и Урал, где экологическая нагрузка существенно превышает предельную. Наиболее тяжелая экологическая ситуация сложилась в Уральском, Центральном и Поволжском районах, где нагрузки, создаваемые выпадением серы и азота, в некоторых местах превышают критические в 2-2,5 раза.
Фукусима-1
К недостаткам ядерной энергетики следует отнести потенциальную опасность радиоактивного заражения окружающей среды при тяжелых авариях типа Чернобыльской. Сейчас на АЭС, использующих реакторы типа Чернобыльского (РБМК), приняты меры дополнительной безопасности, которые, по заключению МАГАТЭ, полностью исключают аварию подобной тяжести: по мере выработки проектного ресурса такие реакторы должны быть заменены реакторами нового поколения повышенной безопасности. Однако стихийные бедствия порой рушат все прогнозы и планы экспертов. Так, в результате мощных землетрясений, начавшихся в Японии 11_03_2011 были в разной степени повреждены 11 энергоблоков. Больше других пострадали станции Фукусима-1 и Фукусима-2. На одном из энергоблоков первой станции произошел взрыв в результате роста давления внутри реактора, 4 инженера были госпитализированы. Ситуация очень напоминает аварию на американской Тримайл Айленд в 1979 году, но, как уверяют эксперты, авария чернобыльского типа исключена, «так как там нет графита и гореть там нечему». Тем не менее, радиационный фон существенно повысился, в атмосферу был выброшен Йод 131 (период полураспада составляет примерно 8 суток).
Люди были эвакуированы с прилежащих территорий в радиусе 20 километров (примерно 100.000 человек), и последствия могут оказаться весьма тяжелыми. Благодаря тому, что подобные случаи имеют место быть, в общественном мнении перелом по отношению к безопасному использованию атомной энергии произойдет, по-видимому, не скоро. Проблема утилизации радиоактивных отходов стоит очень остро для всего мирового сообщества. Сейчас уже существуют методы остекловывания, битумирования и цементирования радиоактивных отходов АЭС, но требуются территории для сооружения могильников, куда будут помещаться эти отходы на вечное хранение. Страны с малой территорией и большой плотностью населения испытывают серьезные трудности при решении этой проблемы.
Прогнозы и перспективы развития ядерной энергетики
При рассмотрении вопроса о перспективах атомной энергетики в ближайшем (до конца века) и отдаленном будущем необходимо учитывать влияние многих факторов: ограничение запасов природного урана, высокая по сравнению с ТЭС стоимость капитального строительства АЭС, негативное общественное мнение, которое привело к принятию в ряде стран (США, ФРГ, Швеция, Италия) законов, ограничивших атомную энергетику в праве использовать ряд технологий, что привело к свертыванию строительства новых мощностей и постепенному выводу отработавших без замены на новые.
В то же время, наличие большого запаса уже добытого и обогащенного урана, а также высвобождаемого при демонтаже ядерных боеголовок урана и плутония, наличие технологий расширенного воспроизводства (где в выгружаемом из реактора топливе содержится больше делящихся изотопов, чем загружалось) снимают проблему ограничения запасов природного урана, увеличивая возможности ядерной энергетики. Но технологии расширенного воспроизводства (в частности, реакторы-размножители на быстрых нейтронах) не перешли в стадию серийного производства из-за отставания в области переработки и рецикла (извлечения из отработанного топлива «полезного» урана и плутония).
А наиболее распространенные в мире современные реакторы на тепловых нейтронах используют лишь 0,56% урана (в основном делящийся изотоп U 238 , концентрация которого в природном уране 0,7%).
При такой низкой эффективности использования урана энергетические возможности атомной энергетики оцениваются довольно невысоко. Хотя это может оказаться приемлемым для мирового сообщества на ближайшую перспективу, с учетом уже сложившегося соотношения между атомной и традиционной энергетикой и постановкой темпов роста мощностей АЭС во всем мире.
Кроме того, технология расширенного воспроизводства дает значительную дополнительную экологическую нагрузку. Сегодня специалистам вполне понятно, что ядерная энергия, в принципе, является единственным реальным и существенным источником обеспечения электроэнергией человечества в долгосрочном плане, не вызывающим такие отрицательные для планеты явления, как парниковый эффект, кислотные дожди и т.д. Как известно, сегодня энергетика, базирующаяся на органическом топливе, то есть на сжигании угля, нефти и газа, является основой производства электроэнергии в мире. Стремление сохранить органические виды топлива, одновременно являющиеся ценным сырьем, обязательство установить пределы для выбросов СО или снизить их уровень и ограниченные перспективы широкомасштабного использования возобновляемых источников энергии — все это свидетельствует о необходимости увеличения вклада ядерной энергетики.
Учитывая все перечисленное выше, можно сделать вывод, что перспективы развития атомной энергетики в мире будут различны для разных регионов и отдельных стран, исходя из потребностей в электроэнергии, масштабов территории, наличия запасов органического топлива, возможности привлечения финансовых ресурсов для строительства и эксплуатации такой достаточно дорогой технологии, влияния общественного мнения в данной стране и ряда других причин.
Отдельно рассмотрим перспективы атомной энергетики в России. Созданный в России замкнутый научно-производственный комплекс технологически связанных предприятий охватывает все сферы, необходимые для функционирования атомной отрасли, включая добычу и переработку руды, металлургию, химию и радиохимию, машиностроение и приборостроение, строительный потенциал. Уникальным является научный и инженерно-технический потенциал отрасли. Промышленно-сырьевой потенциал отрасли позволяет уже в настоящее время обеспечить работу АЭС России и СНГ на много лет вперед, кроме того, планируются работы по вовлечению в топливный цикл накопленного оружейного урана и плутония. Россия может экспортировать природный и обогащенный уран на мировой рынок, учитывая, что уровень технологии добычи и переработки урана по некоторым направлениям превосходит мировой, что дает возможность в условиях мировой конкуренции удерживать позиции на мировом урановом рынке.
В диалоге сторонников и противников атомной энергетики необходимы полная и точная информация по состоянию дел в отрасли как в отдельной стране, так и в мире, научно обоснованные прогнозы развития и потребности в атомной энергии. Только на пути гласности и информированности могут быть достигнуты приемлемые результаты. Миллионы людей в мире добывают уран, обогащают его, создают оборудование и строят атомные станции, десятки тысяч ученых работают в отрасли. Это одна из наиболее мощных отраслей современной индустрии, ставшая уже ее неотъемлемой частью.
По данным экспертов МАГАТЭ, к 2030 году мировые энергетические потребности увеличатся не менее чем на 50-60%. Наряду с ростом энергопотребления имеет место катастрофически быстрое исчерпание самых легкодоступных и удобных органических энергоносителей — газа и нефти. По прогнозным расчетам, сроки их запасов — 50-100 лет. Растущий спрос на энергоресурсы неизбежно ведет к их прогрессирующему удорожанию.
В настоящее время в Азиатско-Тихоокеанском регионе по перспективным планам лидирует Китай, который к 2020 году собирается увеличить мощности своих АЭС в 4 раза, построив порядка 40 новых реакторов. В этой стране строительство атомных станций началось в 1970 г. и сейчас успешно развивается, основываясь на французских, канадских и российских технологиях. В настоящее время в Китае в эксплуатации находятся 11 энергоблоков АЭС на 6 площадках. Другой рынок будущего — Индия, которая предполагает к 2020 г. значительно увеличить производство электроэнергии, чтобы сохранить темпы своего экономического развития. В стране эксплуатируется 14 ядерных реакторов, и принято принципиальное решение о возведении еще 8 новых с привлечением иностранных компаний. Масштабное строительство атомных станций возобновляется и в США. Министерство энергетики этой страны планирует к 2050 г. увеличить количество ядерных энергоблоков в стране со 104 до 300. Атомная энергия является главным энергетическим ресурсом Японии. Правительство этого государства не видит ей альтернативы с точки зрения стабильного энергообеспечения экономики и населения. В Японии действуют 53 ядерных реактора суммарной мощностью более 44 тыс. МВт. Два реактора находятся в стадии завершения строительства, для восьми подобраны места возведения (их планируется ввести до 2015 года).
По прогнозам, суммарная электрическая мощность атомных электростанций в Японии после ввода в строй новых энергоблоков достигнет 70 тыс. МВт. В перспективе долю ядерной энергетики в данной стране планируется довести до 30-40% электрогенерирующих мощностей. Доля же нефти в энергетическом балансе Японии будет снижена с 50% до 40%. Положительные тенденции в развитии ядерной энергетики наметились и в государствах Евросоюза. Так, Швеция решила «продлить жизнь» своих АЭС с 40 до 60 лет и ввести мораторий на программу прогрессивного отказа от ядерной энергии. Британское правительство намерено удвоить долю АЭС в производстве электроэнергии и обратилось к частному сектору с призывом развивать, строить и эксплуатировать новое поколение ядерных реакторов в 2015-2020 гг. В Германии все чаще поднимается вопрос о пересмотре энергетической политики, направленной на отказ от АЭС. Россия также планирует увеличить долю ядерной энергетики — почти в 2,5 раза за счет ввода до 2030 года почти 40 новых блоков. До 2020 года в Российской Федерации построят четыре новые атомные электростанции. Возведение АЭС планируется в Тверской, Нижегородской и Челябинской областях, а также либо в Ярославской, либо в Костромской. На данный момент в управлении государственного предприятия «Росатом» находятся 10 АЭС общей мощностью более 20 тыс. МВт. Серьезно рассматривают развитие атомной энергетики и ряд других государств, не имеющих собственной атомной генерации: Польша, Турция, Египет, Марокко, Чили, Нигерия, Бангладеш, Индонезия, Вьетнам, Таиланд, Австралия, Новая Зеландия, Казахстан.
