Первая атомная электростанция в мире. обнинская аэс

Атомная энергетика в Украине

Атомные электростанции Украины построены во времена Советского Союза. Совокупная установленная мощность украинских АЭС сравнима с российскими.

Название АЭС	Количество работающих блоков	Тип реакторов	Установленная мощность, МВт
Запорожская	6	ВВЭР-1000	6000
Ровенская	4	ВВЭР-440,ВВЭР-1000	2880
Хмельницкая	2	ВВЭР-1000	2000
Южно-Украинская	3	ВВЭР-1000	3000

До распада СССР атомная энергетика Украины была интегрирована в единую отрасль. В постсоветский период до событий 2014 года на Украине работали промышленные предприятия, выпускающие комплектующие и для российских АЭС. В связи с разрывом промышленных отношений между РФ и Украиной задержаны запланированные на 2014 и 2015 годы пуски энергоблоков, строящихся в России.

Атомные электростанции Украины работают на ТВЭЛах (тепловыделяющих элементах с ядерным топливом, где происходит реакция деления ядер), изготовляющихся в РФ. Желание Украины перейти на американское топливо чуть не привело в 2012 году к аварии на Южно-Украинской АЭС.

К 2015 году госконцерн «Ядерное топливо», в состав которого входит Восточный горно-обогатительный комбинат (добыча урановой руды), пока не смог организовать решение вопроса о производстве собственных ТВЭЛов.

Преимущества и недостатки использования АЭС

Потребление электроэнергии во всем мире постоянно возрастает. При этом рост потребления увеличивается более ускоренными темпами, чем выработка энергии, а практическое применение современных перспективных технических решений в данной области по многим причинам начнется через несколько лет. Решением данной проблемы становится совершенствование ядерной энергетики и возведение новых атомных электростанций. Можно выделить следующие преимущества эксплуатации атомных электростанций:

Высокая энергоемкость используемого топливного ресурса. При полноценном выгорании один килограмм урана выделяет количество энергии, сопоставимое с результатом сжигания около 50 тонн нефти, либо вдвое больше тонн каменного угля
Способность вторичного применения ресурса после переработки. Расщепленный уран, в отличие от отходов органического топлива, может быть повторно использован для выработки энергии. Дальнейшее развитие атомных электростанций предполагает полноценный переход на замкнутый цикл, что поможет обеспечить отсутствие образования каких-либо вредных отходов
Атомная станция не способствует образованию парникового эффекта. Каждый день атомные электростанции помогают избежать эмиссии около 600 миллионов тонн углекислого газа. Действующие на территории России АЭС каждый год задерживают поступление в окружающую среду более 200 миллионов тонн углекислого газа
Абсолютная независимость от местонахождения источников топлива. Большая удаленность атомной электростанции от месторождения урана никак не влияет на возможность ее функционирования. Энергетический эквивалент ядерного ресурса во много раз больше, в сравнении с органическим топливом, и расходы на его транспортировку минимальны
Невысокая стоимость использования. Для большого числа стран выработка электроэнергии при помощи АЭС не затратнее, чем на других типах электростанций

Несмотря на большое количество положительных сторон эксплуатации атомных электростанций, существует несколько проблем. Основной недостаток заключается в тяжких последствиях аварийных ситуаций, для предотвращения которых электростанции оснащаются довольно сложными системами безопасности с большими запасами и резервированием. Таким образом обеспечивается исключение повреждения центрального внутреннего механизма даже при масштабной аварии.

Большой проблемой для эксплуатации АЭС также является их уничтожение после выработки ресурсов. Стоимость их ликвидации может достигать 20% от всех затрат на их сооружение. Кроме того, по техническим соображениям для атомных электростанций является нежелательным функционирование в маневренных режимах.

Первые атомные электростанции в мире позволили сделать большой шаг в усовершенствовании ядерной энергетики. В современных условиях в России около 17% электроэнергии вырабатывается именно при помощи АЭС. По причине выгоды эксплуатации АЭС многие страны приступают к строительству новых реакторов и рассматривают их как перспективный источник электроэнергии.

Выбросы в атмосферу через трубу АЭС

Наверное, самое большое число слухов и домыслов ходят вокруг выбросов атомных станций. Выбросы действительно есть и происходят они, в основном, через вентиляционные трубы — это те самые трубы, которые стоят возле каждого энергоблока и никогда не дымят. По большей части, в атмосферу попадают инертные радиоактивные газы — ксенон, криптон и аргон. Но перед сбросом в атмосферу воздух из помещений АЭС проходит систему сложных фильтров, где удаляется большая часть радионуклидов. Короткоживущие изотопы распадаются еще до того, как газы достигнут верха трубы, еще больше снижая радиоактивность. В итоге, вклад в естественный радиационный фон газоаэрозольных выбросов АЭС в атмосферу незначителен и им вообще можно пренебречь. Поэтому атомная энергия является одной из самых чистых, в сравнении с другими электростанциями. В любом случае, все радиоактивные выбросы атомных станций строго контролируются экологами и разрабатываются способы дальнейшего их снижения.

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.

Безопасность

Список радиационных аварий в мире, начатый 12 декабря 1952 года (Чок-Риверская лаборатория) по 8 августа 2019 (полигон ВМФ России «Нёнокса»), включает в себя 22 инцидента. Кроме того, зафиксировано 7 случаев радиоактивного загрязнения местности.

Вопросы безаварийной эксплуатации на предприятиях ядерной энергетики, правильного обращения с отходами, отработавшим установленный срок топливом, проблемы консервации, ликвидации объектов атомной военной и промышленной отрасли стали в настоящее время очень актуальными.

Контроль деятельности опасных производственных объектов (к числу которых относится АЭС) осуществляет Ростехнадзор. В его распоряжении имеется целый ряд регламентирующих состояние безопасности документов.

2018-2019 годы вывели «Росатом» в число лидеров экологической безопасности. В этом нет ничего удивительного, так как ядерная энергетика всегда являлась самой экологически чистой сферой производства энергоресурсов. Ведётся работа по созданию более безопасных реакторов, размещения АЭС в сейсмоустойчивых зонах. На госкорпорацию возложена обязанность организовать ликвидацию химического оружия, построить комплексы по утилизации чрезвычайных отходов.

Обнинская АЭС: от пуска до музея

Советские ученые во главе с И. В. Курчатовым по окончании военных программ сразу приступили к созданию атомного реактора с целью использования тепловой энергии для преобразования ее в электричество. Первая атомная электростанция была разработана ими в кратчайшие сроки, и в 1954 году состоялся пуск промышленного ядерного реактора.

Высвобождение потенциала, как промышленного, так и профессионального, после создания и испытания ядерного вооружения позволило И. В. Курчатову заняться порученной ему проблемой получения электричества путем освоения тепловыделений при протекании управляемой ядерной реакции. Технические решения по созданию ядерного реактора были освоены еще при пуске самого первого опытного уран-графитового реактора Ф-1 в 1946 году. На нем была проведена первая цепная ядерная реакция, подтверждены практически все теоретические наработки за последнее время.

Для промышленного реактора нужно было найти конструктивные решения, связанные с непрерывной работой установки, съемом тепла и подачи его на генератор, циркуляцией теплоносителя и защитой его от радиоактивного загрязнения.

Коллективом лаборатории № 2, возглавляемой И. В. Курчатовым, совместно с НИИхиммаш под руководством Н. А. Доллежаля были проработаны все нюансы сооружения. Физику Е. Л. Фейнбергу была поручена теоретическая разработка процесса.

Пуск реактора (достижение критических параметров) был произведен 9 мая 1954 года, 26 июня этого же года атомная электростанция подключена в сеть, а уже в декабре выведена на проектную производительность.

После того как Обнинская АЭС безаварийно проработала как промышленная электростанция почти 48 лет, она была остановлена в апреле 2002 года. В сентябре этого же года закончена выгрузка ядерного топлива.

Еще во время работы на АЭС приезжало множество экскурсий, станция работала как учебный класс для будущих ядерщиков. Сегодня на ее базе организован мемориальный музей атомной энергетики.

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.

Строительство Калининской АЭС

В 1970х годах руководством Советского Союза рассматривались различные планы и проекты постройки электроэнергетической станции для поставки энергии в ближайшие с Москвой регионы. Самым вероятным планом считалась стройка новой атомной станции в столице, но после долгих споров выбор пал на Тверскую область. Тогда же был дан старт строительству Калининской АЭС.

Калининская АЭС, Тверская АЭС, АЭС Удомля – все это названия одной и той же атомной станции, которая находится близ города Удомля, на южном берегу одноименного озера, в 120 км от Твери. Общая площадь территории станции – 287,37 Га.

Интересно, что:

Строиться Калининская АЭС начала в 1974 году. На месте, выбранном застройщиками, не было ни автомобильных дорог, ни более или менее крупных населенных пунктов.
Стоял лишь поселок городского типа Удомля с пятью тысячами жителей и покосившимися деревянными домами.
Первое время строителям Тверской АЭС приходилось с семьями ночевать в банях местных жителей, поскольку жилья всем катастрофически не хватало.

В 1975м начали строить жилой комплекс для работников станции. В домах долгое время не могли провести отопление и сделать дороги, на работу строители АЭС Удомля шли через доски, проложенные поверх болотистых водоемов. Облагораживали город сами.

После стройки все дружно шли сажать деревья в будущем городе Удомля. Калининская АЭС планировалась как атомная станция с 4мя тепловыми реакторами на медленных нейтронах типа ВВЭР (водо-водяные реакторы).

Запустить первый энергоблок планировали уже в 1977, но стройка шла очень медленно и в 1975м на территории будущей станции стояли лишь деревянные таблички: «На этом месте будет реактор №1», «Здесь будет машинный зал №1». Финансировалось строительство плохо, т.к. в это время в СССР строились еще несколько атомных станций – Нововоронежская и Южно-украинская АЭС.

Примечательно, что Удомля АЭС можно было запустить гораздо раньше, но руководство Украинской СССР выступило на съезде партии с пламенной речью о том, что Украине жизненно необходима атомная станция в кратчайшие сроки. В итоге Южно-украинскую АЭС стали строить быстрее, Калининская атомная станция строилась еще 10 лет.

Атомные электростанции с трехконтурным реактором:

Трехконтурная схема используется на атомных электростанциях с реакторами типа БН («быстрый натриевый»). Работа таких реакторов основана на быстрых нейтронах, в качестве теплоносителя используется радиоактивный жидкий натрий. Для исключения его контакта с водой в конструкции реактора предусмотрен дополнительный контур, в котором используется натрий без радиоактивных свойств; это обеспечивает трехконтурный тип схемы.

Современный 3-контурный реактор БН-800, разработанный в 80-х – 90-х годах прошлого столетия, обеспечил России передовые позиции в области производства быстрых реакторов. Его ключевой особенностью является защищенность от воздействий, проистекающих изнутри или извне. В этой модели сведен к минимуму риск возникновения аварии, при которой расплавляется активная зона и в ходе переработки облученного ядерного топлива выделяется плутоний.

В рассматриваемом реакторе могут применяться различные виды топлива — обычные с окисью урана или МОКС-топливо на основе урана и плутония. Использование последнего приносит ряд преимуществ: во-первых, в этом случае могут быть использованы запасы энергетического плутония, во-вторых, появляется возможность утилизации оружейного плутония и сжигания изотопов актиноидов, содержащихся в облученном топливе тепловых реакторов и являющихся долгоживущими.

Показатель электрической мощности модели — 880 мегаватт, тепловой мощности — 2100 мегаватт.

Преимущества и недостатки атомных электростанций

Спрос на электроэнергию, постоянно растет во всем мире. Особенно это касается развитых стран, где потребление значительно опережает выработку электричества. Принимаются меры по использованию альтернативных источников, но заметных практических результатов они пока не дали. Решить эту проблему возможно разными способами, в том числе путем дальнейшего развития и совершенствования атомной энергетики. При этом, нужно обязательно учитывать все плюсы и минусы атомных электростанций.

Строительство новых АЭС имеет несомненные достоинства, среди которых можно отметить следующие:

Используемые топливные ресурсы обладают высокой энергоемкостью. Полноценное использование одного килограмма урана дает такое же количество энергии, которое получается при сжигании 50 т нефти или 100 т каменного угля. Отсюда и высокий КПД атомной электростанции.
Возможность переработки ресурсов и их вторичное применение. В отличие от традиционных видов топлива, уран после расщепления вполне может быть использован вновь. В перспективе возможен полный переход к замкнутому циклу, при котором не будут образовываться вредные и опасные отходы.
Когда эксплуатируется электростанция (АЭС), у нее отсутствует парниковый эффект. Эти установки ежедневно предотвращают выбросы в атмосферу миллионов тонн углекислого газа.
Независимость реакторов от мест, где располагается топливо. Из-за высокого энергетического эквивалента ядерных ресурсов, процесс их транспортировки не требует существенных затрат.
Стоимость эксплуатации сравнительно невысокая и не превышает расходы на содержание других типов электростанций.

Однако, учитывая специфику атомных установок, следует отметить и недостатки, связанные с их использованием:

В первую очередь, это тяжелые последствия, возникающие даже при незначительной аварии. В связи с этим, любая АЭС опасна и требует достаточно сложных систем безопасности с широкими возможностями резервирования. Это позволяет обезопасить основной механизм даже при значительных авариях.
Необходимость уничтожать отработанное топливо. Его утилизация требует серьезных затрат, достигающих 20% от общих эксплуатационных расходов.
Для атомных электростанций по техническим причинам нежелательна работа в маневренном режиме.

Тем не менее, несмотря на недостатки, данное направление считается перспективным, поэтому ведутся постоянные исследования по дальнейшему совершенствованию и развитию атомной энергетики.

Все атомные электростанции России

Плавучая атомная электростанция

Аварии на атомных электростанциях

Газотурбинная электростанция (ГТЭС)

Тепловые электростанции (ТЭС)

Волновая электростанция (ВЭС)

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.

Предпосылки к созданию первой в мире АЭС

Изучение реакции атомов велось с начала 20го века во всех развитых странах мира. О том, что людям удалось подчинить себе энергию атома, первыми заявили в США, когда 6 августа 1945 года провели испытания, сбросив атомную бомбу, на японские города Хиросима и Нагасаки. Параллельно велось изучение применения атома в мирных целях. Разработки такого рода были и в СССР.

Еще в 40е Курчатов говорил о необходимости мирного изучения атома в целях извлечения его энергии на благо людей. Но попытки создания атомной энергетики прерывал Лаврентий Берия, в те годы именно он курировал проекты изучения атома. Берия считал, что атомная энергия может быть сильнейшим оружием в мире, способным сделать СССР непобедимой державой. Ну, собственно по поводу сильнейшего оружия он не ошибался…

После взрывов в Херосиме и Нагасаке в СССР началось усиленное изучение ядерной энергетики. Ядерное оружие в тот момент было гарантом безопасности страны. После испытаний советского ядерного оружия на Семипалатинском полигоне, в СССР началось активное развитие ядерной энергетики. Ядерное оружие уже было создано и испытано, можно было сосредоточиться на использовании атома в мирных целях.

Типы ядерных реакторов

То, как работает АЭС, зависит от того, как именно работает ее атомный реактор. Сегодня есть два основных типа реакторов, которые классифицируются по спектру нейронов: Реактор на медленных нейтронах, его также называют тепловым.

Для его работы используется 235й уран, который проходит стадии обогащения, создания урановых таблеток и т.д. Сегодня реакторов на медленных нейтронах подавляющее большинство. Реактор на быстрых нейтронах.

За этими реакторами будущее, т.к. работают они на уране-238, которого в природе пруд пруди и обогащать этот элемент не нужно. Минус таких реакторов только в очень больших затратах на проектирование, строительство и запуск. Сегодня реакторы на быстрых нейтронах работают только в России.

Теплоносителем в реакторах на быстрых нейтронах выступает ртуть, газ, натрий или свинец.

Реакторы на медленных нейтронах, которыми сегодня пользуются все АЭС мира, тоже бывают нескольких типов.

Организация МАГАТЭ (международное агентство по атомной энергетике) создало свою классификацию, которой пользуются в мировой атомной энергетике чаще всего. Так как принцип работы атомной станции во многом зависит от выбора теплоносителя и замедлителя, МАГАТЭ базировали свою классификацию на этих различиях.

PWR (pressurized water reactors) — водо-водяной реактор (реактор с водой под давлением). В странах СНГ такие реакторы называют аббревиатурой ВВЭР. В качестве теплоносителя и замедлителя в них используется обычная вода. Водо-водяные реакторы самые распространенные в мире (около 62% от всех реакторов). Водо-водяные реакторы дешевы и удобны, т.к. вода не воспламеняется, не затвердевает, и ее использование относительно безопасно.
BWR (boiling water reactor) — кипящий реактор или кипящий водо-водяной реактор. Принцип действия АЭС на таком реакторе очень похож на то, как работает АЭС на ВВЭР. Кипящий реактор также использует обычную воду, его особенность в только том, что пар генерируется сразу в активной зоне. В водо-водяном реакторе сначала нагревается вода, которая позже, спустя несколько этапов, переводится в пар, в кипящих реакторах тепло сразу отдается кипящей воде, которая мгновенно становится горячим паром.Кипящие реакторы достаточно распространены, их 20% от всех атомных реакторов мира.
LWGR (light water graphite reactor) — графито-водный реактор, ГВР, ВРГ или уран-графитовый реактор. В качестве замедлителя в таком типе реактора используется графит, в качестве теплоносителя – обычная вода. Схема работы АЭС, запущенной впервые в мире, основывалась на графито-водном реакторе. Сегодня такие реакторы используют редко, большинство из них расположены в России.
PHWR (pressurised heavy water reactor) — тяжеловодный реактор. В таких реакторах в качестве теплоносителя и замедлителя используется тяжелая вода (D2O), по-другому ее называют тяжеловодородной водой или оксидом дейтерия.

С химической точки зрения оксид дейтерия идеальный замедлитель и теплоноситель, т.к. ее атомы наиболее эффективно взаимодействуют с нейтронами урана по сравнению с другими веществами. Попросту говоря, свою задачу тяжелая вода выполняет с минимальными потерями и максимальным результатом. Однако ее производство стоит денег, в то время как обычную «легкую» и привычную для нас воду использовать куда проще.

Обнинская аэс