Атомна енергетика- Галузь, що активно розвивається. Вочевидь, що їй призначено велике майбутнє, оскільки запаси нафти, газу, вугілля поступово вичерпуються, а уран - досить поширений елемент Землі. В РФ, як і в багатьох країнах світу, споруджуються та працюють атомні електростанції, призначені для виробництва електроенергії та тепла. За призначенням та технологічним принципом дії атомні електростанції практично не відрізняються від традиційних теплових електростанцій (ТЕС), які використовують як паливо вугілля, газ або нафту. Як і ТЕС чи інші промислове підприємство, атомні електростанції неминуче надають певний вплив на навколишнє природне середовищеза рахунок:
технологічних скидів тепла (теплове забруднення);
загальнопромислових відходів;
викидів, що утворюються при експлуатації газоподібних і рідких радіоактивних продуктів, які хоч і незначні та строго нормовані, але мають місце.
І, звичайно, слід пам'ятати, що атомна енергетика пов'язана з підвищеною небезпекою для людей, яка, зокрема, проявляється у вкрай несприятливих наслідках аварій із руйнуванням атомних реакторів. У зв'язку з цим необхідно закладати вирішення проблеми безпеки (зокрема попередження аварій з розгоном реактора, локалізацію аварії в межах біозахисту, зменшення радіоактивних викидів та ін.) ще в конструкцію реактора на стадії його проектування. Варто також розглядати інші пропозиції щодо підвищення безпеки об'єктів атомної енергетики, як-от: будівництво атомних електростанцій під землею, відправлення ядерних відходів у космічний простір.
Головна особливість технологічного процесу на АС з використанням ядерного палива полягає в утворенні значних кількостей радіоактивних продуктів поділу, що знаходяться, в основному, в елементах тепловиділяють активної зони реактора. Для надійного утримання (локалізації) радіоактивних продуктів у ядерному паливі та в межах споруд атомної станціїу проектах АС передбачається низка послідовних фізичних бар'єрів на шляху поширення радіоактивних речовин та іонізуючих випромінювань у навколишнє середовище. У зв'язку з цим атомні станції технічно складніші порівняно з традиційними тепловими та гідравлічними електростанціями.
Але як показує практика, на АС можливі порушення режимів нормальної експлуатації та виникнення аварійних ситуацій із виходом радіоактивних речовин за межі АС. Це становить потенційний ризик для персоналу АС, населення та навколишнього середовища та вимагає вжиття технічних та організаційних заходів, що знижують ймовірність виникнення таких ситуацій до прийнятного мінімуму.
Будь-які види промислової діяльностіхарактеризуються наявністю ризику виникнення аварій із серйозними наслідками. Для кожного виду діяльності ризик специфічний, так само як і заходи щодо його зменшення. Так, у хімічної промисловостіце ризик витоку токсичних речовин у навколишнє середовище, ризик пожеж та вибухів на хімічних заводах. Ядерна промисловість не є винятком.
Багаторічний досвід експлуатації АС показує, що при роботі в нормальних режимах вони незначно впливають на навколишнє середовище (радіаційний вплив від них становить величини, що не перевищують 0,1-0,01 від фонових значень природної радіації). На відміну від електростанцій, що працюють на органічному паливі, АС не споживають кисень, не викидають в атмосферу золу, вуглекислий та сірчистий гази та окис азоту. Радіоактивні викиди атомної станції у повітря створюють у десятки разів меншу дозу опромінення біля, ніж теплова станція тієї ж потужності.
Тим не менш, при експлуатації АС не включається ймовірність виникнення інцидентів та аварій, включаючи важкі аварії, пов'язані з пошкодженням тепловиділяючих елементів та виходом із них радіоактивних речовин. Тяжкі аварії проходять дуже рідко, але величини їх наслідків при цьому дуже великі. Основною метою забезпечення безпеки на всіх етапах життєвого циклуАС є вжиття ефективних заходів, спрямованих на запобігання важким аваріям та захист персоналу та населення за рахунок запобігання виходу радіоактивних продуктів у навколишнє середовище за будь-яких обставин.
АС є безпечною, якщо:
радіаційний вплив від неї на персонал, населення та довкілля при нормальній експлуатації та при проектних аваріях не призводить до перевищення встановлених величин;
радіаційний вплив обмежується до прийнятних значень при тяжких (запроектних) аваріях.
Сигнал тривоги, що пролунав у мирну ніч на Чорнобильській атомній електростанції 26 квітня 1986 року в 1 годину 23 хвилини, сколихнув увесь світ. Він став грізним попередженням людству у тому, що колосальна енергія, ув'язнена в атомі, без належного контролю з неї може порушити питання існування людей планети.
Відлуння Чорнобильської трагедії пролунало у всіх куточках планети, випробування Ченобилем пройшла кожна людина, яка хоча б одного разу замислювалася над тим, що сталося.
Місто без мешканців вмирає швидко. Ще нещодавно Прип'ять іскрилася веселощами, з вікон, відчинених на зустріч весні, лилася музика, снували вулицями автомобілі, у парках і скверах гралися діти. Сьогодні місто зустрічає закритими фанерними щитами вітринами магазинів, сіткою від ліжок, що впали з вантажівки, і тишею.
Світ не залишив поза увагою Чорнобильську трагедію. Багато країн взяли участь у наданні допомоги її жертви. Тисячі дітей було відправлено до спеціальних реабілітаційних центрів.
Останнім часом прогрес у науці, досягнення в інших галузях культури дозволили людям вирватися в космос, надали в їхнє розпорядження невідомі раніше джерела енергії.
Чорнобильська біда ясно дала зрозуміти світові, що ядерна енергія, що вийшла з-під контролю, не визнає державних кордонів. Проблеми забезпечення її безпечного використання та надійного контролю за нею мають стати турботою всього людства.
Сьогодні до Чорнобильської зони повертаються ті, хто багато років тому покинув її, рятуючись від наслідків аварії. Туди повертаються ті, кому нікуди було йти, ті в кому туга по будинку сильніша за страх за життя і здоров'я.
Ми всі повинні бути насторожі, щоб ніколи не повторилася Чорнобильська трагедія, що сколихнула весь світ, щоб не пролилися сльози тисяч безневинних людей, які постраждали через безтурботну одиницю людей.
Класичними джерелами енергії від початку індустріалізації були природні копалини: нафту, газ і вугілля, спалювані з одержання енергії. З розвитком промисловості та інших галузей, а також у зв'язку з неминучим людство відкриває все нові джерела енергії, що не так згубно впливають на навколишнє середовище, більш енергетично вигідні і не вимагають виснаження вичерпних природних ресурсів. Ядерна енергетика (також звана атомної) заслуговує на особливу увагу.
У чому полягає її перевага? Ядерна енергетика базується в основному на використанні урану як джерело енергії і меншою мірою плутонію. Запаси урану у земній корі та світовому океані, які можна видобути з використанням сучасних технологій, Оцінюються числом 10 8 тонн. Цієї кількості вистачить ще на тисячі років, що незрівнянно з запасами, що залишилися, наприклад, тієї ж нафти. Ядерна енергетика при грамотній експлуатації та утилізації відходів практично безпечна для екологічної ситуації - кількість викидів у навколишнє середовище різних шкідливих речовин дуже мала. Нарешті, ефективна з економічного погляду. Все це говорить про те, що розвиток ядерної енергетики має велику значущість для енергетичної промисловості загалом.
На сьогоднішній день частка АЕС у світовому енерговиробництві становить приблизно 16%. Ядерна енергетика зараз розвивається з дещо сповільненою швидкістю. Основна причина цього - переконання в її небезпеці, що поширилося серед громадськості. Трагедія, що сталася кілька років тому в Японії і все ще незабута, сприяють створенню неприємного іміджу атомної енергетики. Справа в тому, що причинами подібних катастроф завжди є та/або недотримання техніки безпеки. Відповідно, при акуратній експлуатації та розвитку забезпечення безпеки на ймовірність подібних подій мінімізується.
До інших проблем атомної енергетики також належать питання щодо утилізації та долі нефункціонуючих АЕС. Що стосується відходів, то їх кількість значно менша за кількість таких в інших галузях енергетичної промисловості. Також проводяться різноманітні дослідження, метою яких є виявлення оптимального способу утилізації відходів.
Однак перспективи ядерної енергетики в сучасній промисловості, швидше, негативні. Незважаючи на її теоретичну перевагу, насправді з'ясувалося, що повністю замінити класичні галузі атомна енергетика не може. Крім того, свою роль відіграють громадська недовіра до неї та проблеми із забезпеченням безпеки на АЕС. Хоча, безумовно, найближчим часом ядерна енергетикане зникне як така, на неї навряд чи покладатимуться великі надії, і вона просто доповнюватиме класичну енергетичну промисловість.
На тлі все більшого світового попиту на електроенергію більшість експертів вважають, що саме ядерні технології в перспективі здатні стати стійким і масштабним джерелом енергії. Збільшення споживання енергії не може бути задоволене новими відновлюваними джерелами енергії - такими, як вітер та сонячна енергія. До того ж атомна енергетика – найбільш надійна, ефективна, екологічна. А в багатьох країнах, зокрема в Росії, атомні електростанції розглядаються як найбільш захищені об'єкти. На АЕС використовуються найсучасніші технічні засоби, що забезпечують їхню безпеку. Важливою є та обставина, що вартість ядерного палива становить невелику частину всіх виробничих витрат АЕС, порівняно з витратами на пальне під час виробництва електроенергії за рахунок, наприклад, спалювання газу, запаси якого далеко не нескінченні.
Нині 440 енергетичних реакторів у 31 країні світу забезпечують виробництво 16% усієї світової електроенергії; ще 30 реакторів перебувають у стадії будівництва. У Євросоюзі ядерна енергетика дає 35% усієї електроенергії. У Японії АЕС виробляють 30% усієї електроенергії країни, у Франції – навіть 75%, у США – 20% (при цьому США – найбільший у світі виробник ядерної енергії). Потрібно також враховувати, що коефіцієнт використання встановленої потужності (КВПМ) ядерних реакторів поступово збільшується внаслідок вдосконалення технологій та експлуатації. 1980 року атомні станції США використовували лише 54% своєї потенційної потужності, а сьогодні мають із КВУМ понад 90%, як і більшість реакторів Європи.
Приблизно 94% світової встановленої потужності АЕС знаходиться у промислово розвинених країнах. Проте країни, що розвиваються, припадає 60% реакторів, що знаходяться в стадії будівництва.
Згідно з підрахунками МАГАТЕ, атомні станції сьогодні запобігають викидам 2,5 млрд. тонн СО2 на рік, що рівнозначно приблизно половині викидів СО2 від моторних транспортних засобів у світі. Атомна енергетика - альтернатива вугільної електрогенерації, що є значно бруднішою з екологічної точки зору. Ядерні реактори фактично не виробляють парникових газів. Їхнє використання для генерації електроенергії може допомогти зупинити зростання загрози глобального потепління та радикальної зміни клімату. Вже сьогодні вони можуть бути використані з метою опріснення води та сприяти задоволенню зростаючих світових потреб у питній воді. Ядерні реактори сприятимуть і виробництву водню для використання його як паливо для екологічно чистих автомобілів.
За даними МАГАТЕ, до кінця 2004 року у всьому світі у стадії будівництва перебувало 26 АЕС, при цьому більша їх частина (18) - в Азії. У 2004 р. до енергомережі було підключено п'ять нових енергоблоків АЕС: по одному в Китаї, Японії та Росії, два в Україні. Одна станція була знову підключена до мережі Канади. Розпочато будівництво прототипного реактора-розмножувача на швидких нейтронах потужністю 500 МВт в Індії, корпусного легководного реактора Tomari-3 потужністю 866 МВт у Японії. У Західної Європирозпочали будівництво третього енергоблоку АЕС "Олкілуото" у Фінляндії. У Франції планується будівництво демонстраційного Європейського реактора з водою під тиском (EPR). У США Комісія з ядерного регулювання (КЯР) схвалила продовження ліцензій для більш ніж двох десятків енергоблоків АЕС (загалом у США в роботі 104 реактори АЕС). Міністерство енергетики США схвалило фінансову допомогу двом промисловим консорціумам на етапі підготовки ліцензії на будівництво та експлуатацію нових АЕС.
Навіть песимістичний прогноз передбачає збільшення до 427 ГВт глобальної потужності АЕС у 2020 році, що відповідає збільшенню числа АЕС потужністю 1000 МВт на 127 станцій.
Однак у деяких країнах Західної Європи (Бельгія, Німеччина, Швеція) оголошено про програми згортання вироблення електроенергії на АЕС.
У зв'язку з цим заслуговують на увагу висновки експертів МАГАТЕ про те, що в останнє десятиліття основною причиною зростання встановленої потужності АЕС було не нове будівництво, а збільшення експлуатаційної готовності існуючих станцій, і що покращилися показники безпеки АЕС.
Водночас світові потреби у сировині для виробництва ядерного палива сьогодні набагато перевищують обсяги видобутку урану, що забезпечує лише близько половини річних потреб АЕС. Лідери з видобутку урану - Канада та Австралія, Нігер, Казахстан та Росія.
У Червоній книзі за 2004 р. за урановими ресурсами (спільне видання ОЕСР/АЯЕ-МАГАТЕ) дається неоднозначна середньострокова перспектива світового уранового ринку, оскільки зберігається невизначеність і у можливих вторинних джерелах його поставок (таких, як цивільні та військові запаси, переробка відпрацьовування) палива та повторне збагачення збідненого урану). У 2003 р. ці джерела припадало 46% світових потреб в урані для цивільних енергетичних реакторів. Але в міру скорочення запасів їхнє значення, швидше за все, зменшуватиметься. Як вважають фахівці МАГАТЕ, після 2015 року потреби у реакторному паливі необхідно буде задовольняти шляхом розширення виробництва, освоєння нових джерел чи запровадження альтернативних паливних циклів.
Чималі проблеми пов'язані також із оновленням потужностей АЕС. На кінець 2004 р. 79 (18%) реакторів, що працюють у світі, перебували в експлуатації вже протягом 30 і більше років, а 143 реактори - понад 25 років. Тому прийняття рішень про зняття реакторів з експлуатації стає дедалі актуальнішим. Це або негайний демонтаж або довгострокова безпечна консервація з подальшим демонтажем.
За даними МАГАТЕ, на кінець 2004 року 6 станцій були повністю зняті з експлуатації, 17 - частково демонтовані та піддані безпечній консервації, 33 демонтуються, а 30 перебувають у стадії мінімального демонтажу перед довгостроковою консервацією.
У деяких країнах у зв'язку з цим було введено нова категоріярадіоактивних відходів - дуже низькоактивні відходи (ВВАТ): від зняття з експлуатації відходів з дуже низькою радіоактивністю, які вимагають меншого обсягу спеціальної обробки, ніж традиційні відходи низької активності, і, відповідно, характеризуються нижчими витратами поховання.
В даний час здійснюється міжнародний проект МАГАТЕ з інноваційних ядерних реакторів та паливних циклів (ІНПРО), в якому основна увага приділяється проблемі інновацій.
Застосування нових ядерно-енергетичних технологій для опріснення морської води виявилося в проекті ядерної опріснювальної установки на острові Мадура в Індонезії, в якому бере участь і Південна Корея. Але головні - не ці рішення, а програми освоєння потенціалу керованого термоядерного синтезу для виробництва енергії, які здійснюються приблизно в 50 країнах.
Міжнародні угоди про ядерну безпеку
Про значення цієї проблеми свідчить навіть простий перелік ухвалених конвенцій.
Насамперед це Конвенція про ядерну безпеку, яка зобов'язує держави, які експлуатують наземні АЕС, підтримувати високий рівень безпеки за рахунок виконання міжнародних норм. Її учасниками на кінець 2004 року було вже 55 держав.
Не менш значущими є Конвенція про допомогу у разі ядерної аварії або радіаційної аварійної ситуації та Конвенція про оперативне сповіщення про ядерну аварію: Він створюють юридичну базу для міжнародного співробітництва та координації дій у разі ядерної або радіаційної аварійної ситуації, встановлюють систему оповіщення про ядерні аварії, сприяють співпраці між МАГАТЕ та окремими країнами з метою оперативної допомогита надання підтримки при ядерних аваріях або радіаційних аварійних ситуаціях. Розроблено і Міжнародний план дій щодо зміцнення міжнародної системи готовності та реагування у разі ядерних та радіаційних аварійних ситуацій.
Перша конвенція наприкінці 2004 р. налічувала 90 учасників, друга – 94 учасників.
Ще одна конвенція - Об'єднана конвенція про безпеку поводження з відпрацьованим паливом та про безпеку поводження з радіоактивними відходами є єдиним міжнародним, юридично обов'язковим, правовим документомв цій області.
Конвенція про фізичний захист ядерного матеріалу зобов'язує Договірні держави забезпечувати під час міжнародних перевезень захист такого матеріалу, що знаходиться в межах їхньої території або на борту їх кораблів або літаків. На кінець 2004 року було вже 106 учасників цієї Конвенції.
Слід зазначити також два кодекси: Кодекс поведінки з безпеки дослідних реакторів та Кодекс поведінки з безпеки та збереження радіоактивних джерел.
Росія на світовому ринку ядерної енергії
В енергетичній стратегії розвитку атомної енергетики Росії у першій половині ХХ1 століття (прийнятої у 2000 р.) передбачається вирішення завдань щодо оптимізації структури споживання паливно-енергетичних ресурсів (з метою зменшення частки природного газу у паливно-енергетичному балансі (ТЕБ), а також оптимізації структури нових генеруючих потужностей та режимів їх використання Структурна оптимізація ТЕБ передбачається і за рахунок розвитку атомної енергетики: збільшення частки виробітку електроенергії на АЕС у європейській частині Росії (від 22% до 32%), покриття приросту потреби в електроенергії в основному за рахунок випереджального зростання виробництва енергії на АЕС (з темпом 4% на рік проти 2% на рік для електроенергетики в цілому), збільшення частки базової потужності АЕС у загальному обсязі виробництва електроенергії (з КВВМ понад 80%, у т.ч. за рахунок гідроакумулюючих електростанцій - ГАЕС та диверсифікації ринків енергії АЕС).
Енергоємність російської економіки(визначена із застосуванням методик обліку енергоспоживання, прийнятих у Міжнародному енергетичному агентстві) знижувалася у 1992-1999 роках. у середньому приблизно на 0,5% на рік. Проте її зниження вплинули чинники, пов'язані зі спадом виробництва, у Росії, і навіть збільшення диспропорцій у структурі ціни первинні енергоносії. Штучно низькі внутрішні цінина природний газдозволили підвищити, починаючи з 1992 р. частку газу в енергобалансі Росії з 40 до 52-54%. Разом з тим, енергоємність вітчизняного ВВП у 2000 р. була приблизно в 2-4 рази вищою, ніж у розвинених країнах світу.
В даний час ядерна енергетика Росії дає близько 16% електроенергії, що виробляється в країні. Розроблено стратегію розвитку атомної енергетики першу половину ХХ1 століття, що передбачає значне збільшення вкладу атомної енергетики в енергобаланс РФ. Разом з тим, незважаючи на відносну самодостатність російської атомної енергетики, її розвиток потребує і міжнародного співробітництва, кооперації у створенні нових систем та технологій, у тому числі технологій безпеки, які використовують принципи так званої природної безпеки, інноваційних технологійповодження з радіоактивними відходами тощо. Важливим є і міжнародне співробітництво в науці. Одним із його прикладів є роботи зі створення міжнародного термоядерного реактора ІТЕР.
Росія здійснює і будівництво нових ядерних блоків у низці країн: в Ірані, де йде добудова АЕС `Бушер`, в КНР, де йде будівництво двох блоків, в Індії, де також почалося будівництво двох блоків - реакторів ВВЕР, і поставки уранового палива, що стали традиційними. , а також машинобудівної та ізотопної продукції в зарубіжні держави.
Чорнобильський синдром поступово долається в більшості країн світу. Суспільна думка змінюється на користь атомної енергетики. Навіть у Німеччині, Швеції, Бельгії, де особливо сильні позиції зелених, все більше замислюються про перегляд заборон на будівництво нових АЕС. Масштабне будівництво атомних станцій відновлюється у США. Високими темпами розвиває свою атомну енергетику Японія, великі планиз будівництва АЕС у Китаю, Індії та Ірану. З урахуванням зростання цін на вуглеводні дана тенденція цілком об'єктивна. У найближчі десятиліття енергетика світу, з погляду, має неодмінно розвиватися з урахуванням атомних технологій. Створюватимуться реакторні установки на основі теплових нейтронів, станції на швидких нейтронах. Потім, швидше за все, на передній план вийде термоядерний синтез. Буде вирішено проблеми утилізації та зниження відходів від роботи АЕС та доведено до промислового використання замкнутий паливний цикл.
Росія, зокрема, має реактор, який можна використовувати у замкнутому циклі. У 2005 р. виповнилося 25 років з дня пуску блоку з реактором типу БН-600 на Білоярській АЕС – найбільшого у світі енергоблоку промислового масштабу з реактором на швидких нейтронах. За роки його безаварійної експлуатації була продемонстрована можливість тривалої, ефективної та безпечної роботитакого енергоблоку із зазначеним реактором та натрієвим теплоносієм. У майбутньому атомна енергетика, ймовірно, розвиватиметься саме на основі таких реакторів. На Білоярській АЕС у 2012 р. має завершитись будівництво енергоблоку на швидких нейронах БН-800.
Новим напрямом може стати створення пересувних АЕС малої потужності. Вже 2006 р. Росія передбачає розпочати будівництво малих плавучих АЕС потужністю 75 МВт для енергопостачання віддалених районів Півночі чи посушливих районів Азії.
На думку генерального директораВсесвітньої ядерної асоціації (ВЯА) Джона Рітча, у перспективі світ стане свідком "ренесансу" ядерної індустрії у багатьох країнах.
Протягом наступних 50 років людство споживатиме енергії більше, ніж було витрачено за всю попередню історію. Зроблені раніше прогнози про темпи зростання енергоспоживання не справдилися: воно зростає набагато швидше. Очікується, що до 2030 року воно збільшиться на 33% порівняно з 2016 роком і становитиме 32,9 трлн кВт∙год. Найбільше зростання припаде на Азію, де споживання електроенергії зросте в 1,5 рази (з 10,8 до 16,4 трлн кВт∙год).
Прогнози щодо розвитку нових енерготехнологій також не виправдалися. Нові джерела енергії запрацюють у промисловому масштабі та за конкурентоспроможними цінами не раніше 2030 року. Все гостріше постає проблема нестачі копалин енергоресурсів. Можливості будівництва нових гідроелектростанцій також дуже обмежені.
Не варто забувати і про боротьбу з «парниковим ефектом», що накладає обмеження на спалювання нафти, газу та вугілля на теплових електростанціях (ТЕС). Світовий рівень виділеного Вуглекислий газскладає близько 32 млрд тонн на рік і продовжує зростати. Прогнозується, що до 2030 року обсяг вуглекислого газу, що виділяється, перевищить 34 млрд тонн на рік.
Вирішенням проблеми може стати активний розвиток ядерної енергетики, однієї з наймолодших галузей глобальної економіки, що динамічно розвиваються. Дедалі більше країн сьогодні приходять до необхідності започаткування освоєння мирного атома.
Встановлені потужності світової атомної енергетики становлять 390 гігават. Якби вся ця потужність генерувалася за рахунок вугільних та газових джерел, то в атмосферу щороку викидалося додатково близько 2 млрд тонн вуглекислого газу. За оцінками міжурядової групи експертів зі зміни клімату, всі бореальні ліси (тайгові ліси, розташовані в північній півкулі) щороку поглинають близько 1 млрд. тонн СО2, а всі ліси планети – 2,5 млрд. тонн вуглекислоти. Тобто, якщо за критерій взяти вплив на рівень СО2 в атмосфері, атомна енергетика можна порівняти з «екологічною потужністю» всіх лісів планети.
У чому переваги ядерної енергетики?
Величезна енергоємність
1 кілограм урану зі збагаченням до 4%, що використовується в ядерному паливі, при повному вигорянні виділяє енергію, еквівалентну спалюванню приблизно 100 тонн високоякісного кам'яного вугілля або 60 тонн нафти.
Повторне використання
Матеріал, що розщеплюється (уран-235), вигоряє в ядерному паливі не повністю і може бути використаний знову після регенерації (на відміну від золи та шлаків органічного палива). У перспективі можливий повний перехід на замкнутий паливний цикл, що означає повну відсутність відходів.
Зниження «парникового ефекту
Інтенсивний розвиток ядерної енергетики можна вважати одним із засобів боротьби з глобальним потеплінням. Наприклад, атомні станції у Європі щорічно дозволяють уникнути емісії 700 мільйонів тонн СО2. АЕС Росії щорічно запобігають викиду в атмосферу близько 210 млн тонн вуглекислого газу. За цим показником Росія знаходиться на четвертому місці у світі.
Розвиток економіки
Будівництво АЕС забезпечує економічне зростання, появу нових робочих місць: 1 робоче місцепри спорудженні АЕС створює понад десять робочих місць у суміжних галузях. Розвиток атомної енергетики сприяє зростанню наукових дослідженьта обсягів експорту високотехнологічної продукції.
Двадцяте століття пройшло під знаком освоєння енергії нового виду, укладеної в ядрах атомів, і стало століттям ядерної фізики. Ця енергія багаторазово перевищує енергію палива, що застосовувалась людством протягом усієї його історії.
Вже до середини 1939 року вчені світу мали важливі теоретичні та експериментальні відкриття в галузі ядерної фізики, що дозволило висунути велику програму досліджень у цьому напрямку. Виявилося, що атом урану можна розщепити дві частини. У цьому звільняється дуже багато енергії. Крім того, у процесі розщеплення виділяються нейтрони, які у свою чергу можуть розщепити інші атоми урану та викликати ланцюгову ядерну реакцію. Ядерна реакція поділу урану дуже ефективна і перевершує найбурхливіші хімічні реакції. Порівняємо атом урану та молекулу вибухової речовини – тринітротолуолу (тротилу). При розпаді молекули тротилу виділяється 10 електронвольт енергії, а при розпаді ядра урану – 200 млн. електрон-вольт, тобто у 20 млн. разів більше.
Ці відкриття справили в науковому світі сенсацію: в історії людства не було наукової події, значноїшої за своїми наслідками, ніж проникнення у світ атома та оволодіння його енергією. Вчені розуміли, що головне її призначення - виробництво електроенергії та застосування в інших мирних напрямках. Із введенням в експлуатацію в СРСР у 1954 р. першою у світі промислової атомної електростанції потужністю 5 МВт у м. Обнінську почалася ера атомної енергетики. Джерелом виробництва електроенергії стало розщеплення ядер урану.
Досвід експлуатації перших АЕС показав реальність та надійність ядерно-енергетичної технології для промислового виробництваелектроенергії. Розвинені індустріальні країни розпочали проектування та будівництво АЕС з реакторами різних типів. До 1964 р. сумарна потужність АЕС у світі зросла до 5 млн. КВт.
З цього часу почався стрімкий розвиток атомної енергетики, яка, вносячи все більш значний внесок у загальне виробництвоелектроенергії у світі, стала новою перспективною енергетичною альтернативою. Почався бум замовлень на будівництво АЕС у США, пізніше у Західній Європі, Японії, СРСР. Темпи зростання атомної енергетики досягли близько 30% на рік. Вже до 1986 р. у світі працювали на АЕС 365 енергоблоків сумарною встановленою потужністю 253 млн. кВт. Практично за 20 років потужність АЕС збільшилась у 50 разів. Будівництво АЕС велося у 30 країнах світу (рис.1.1).
На той час широку популярність здобули дослідження Римського клубу – авторитетної спільноти вчених зі світовими іменами. Висновки авторів досліджень зводилися до неминучості досить близького вичерпання природних запасів органічних енергетичних ресурсів, зокрема нафти, ключових світової економіки, їх різкого подорожчання у найближчій перспективі. З урахуванням цього атомна енергетика припала якнайбільше до часу. Потенційні запаси ядерного палива (28U, 25U, 22Th) на тривалу перспективу вирішували життєво важливу проблему паливозабезпечення при різних сценаріях розвитку атомної енергетики.
Умови розвитку атомної енергетики були вкрай сприятливими, причому економічні показникиАЕС також вселяли оптимізм, АЕС вже могли успішно конкурувати із ТЕС.
Атомна енергетика дозволяла зменшити споживання органічного палива та різко скоротити викиди забруднюючих речовин у навколишнє середовище від ТЕС.
Розвиток атомної енергетики базувався на сформованому енергетичному секторі військово-промислового комплексу – досить добре освоєних промислових реакторах та реакторах для підводних човнівз використанням вже створеного для цих цілей ядерного паливного циклу (ЯТЦ), набутих знань та значного досвіду. Атомна енергетика, що мала величезну державну підтримку, успішно вписалася в існуючу енергетичну систему з урахуванням властивих цій системі правил та вимог.
Проблема енергетичної безпеки, що загострилася у 70-ті роки ХХ ст. у зв'язку з енергетичною кризою, викликаною різким підвищенням цін на нафту, залежністю її постачання від політичної обстановки, змусила багато країн переглянути свої енергетичні програми. Розвиток атомної енергетики, зменшуючи споживання органічного палива, знижує енергетичну залежність країн, які не мають або мають обмежені власні паливно-енергії
тичні ресурси, від їх ввезення та зміцнює енергетичну безпеку цих країн.
В процесі швидкого розвиткуатомної енергетики з двох основних типів енергетичних ядерних реакторів – на теплових та швидких нейтронах – найбільшого поширення у світі набули реактори на теплових нейтронах.
Розроблені різними країнамитипи та конструкції реакторів з різними сповільнювачами та теплоносіями стали основою національної ядерної енергетики. Так, у США основними стали водо-водяні реактори під тиском та киплячі реактори, у Канаді – важководні реактори на природному урані, у колишньому СРСР – водо-водяні реактори під тиском (ВВЕР) та уранографітові киплячі реактори (РБМК), зростала одинична потужність реакторів . Так, реактор РБМК-1000 електричною потужністю 1000 МВт було встановлено на Ленінградській АЕС 1973 р. Потужність великих АЕС, наприклад, Запорізької АЕС (Україна), досягла 6000 МВт.
Зважаючи на те, що блоки АЕС працюють практично з постійною потужністю, покриваючи
АЕС «Три Майл Айленд» (США)
базову частину добового графіка навантажень об'єднаних енергосистем, паралельно з АЕС у світі будувалися високоманеврені ГАЕС для покриття змінної частини графіка та закриття нічного провалу у графіку навантажень.
Високі темпи розвитку атомної енергетики не відповідали рівню її безпеки. На підставі досвіду експлуатації об'єктів атомної енергетики, зростаючого науково-технічного розуміння процесів та можливих наслідків виникла потреба перегляду технічних вимог, що викликало збільшення капвкладень та експлуатаційних витрат.
Серйозний удар розвитку атомної енергетики було завдано важкої аварією на АЕС «Три Майл Айленд» у США в 1979 р., а також на ряді інших об'єктів, що призвело до радикального перегляду вимог безпеки, посилення чинних нормативів та перегляду програм розвитку АЕС у всьому світі, завдало величезного морального і матеріальна шкодаатомної енергетики. У США, які були лідером в атомній енергетиці, з 1979 р. припинилися замовлення на будівництво АЕС, також скоротилося їхнє будівництво в інших країнах.
Найважча аварія на Чорнобильській АЕС в Україні в 1986 р., яка кваліфікується за міжнародною шкалою ядерних інцидентів як аварія найвищого сьомого рівня і викликала екологічну катастрофу на величезній території, загибель людей, переселення сотень тисяч людей, підірвала довіру світової спільноти.
«Трагедія у Чорнобилі – це попередження. І не лише в ядерній енергетиці», – говорив академік В.А. Легасов, член урядової комісії, перший заступник академіка О.П. Александрова, який очолював Інститут атомної енергії імені І.В. Курчатова.
У багатьох країнах було припинено програми розвитку атомної енергетики, а в низці країн взагалі відмовилися від намічених раніше планів щодо її розвитку.
Незважаючи на це, до 2000 р. на АЕС, що працюють у 37 країнах світу, вироблялося 16% світового виробництва електроенергії.
Зроблені безпрецедентні зусилля щодо забезпечення безпеки експлуатованих АЕС дозволили на початку XXI ст. відновити довіру суспільства до атомної енергетики. Настає час «ренесансу» у її розвитку.
Крім високої економічної ефективностіі конкурентоспроможності, забезпеченості паливними ресурсами, надійності, безпеки одним із важливих факторів є те, що атомна енергетика відноситься до екологічно найбільш чистих джерел електроенергії, хоча залишається проблема утилізації відпрацьованого палива.
Стала очевидною необхідність відтворення (бридингу) ядерного палива, тобто. будівництва також реакторів на швидких нейтронах (бридерів), запровадження переробки отриманого палива. Розвиток цього напряму мало серйозні економічні стимули та перспективи, велося у багатьох країнах.
У СРСР перші експериментальні роботи з промислового використання реакторів на швидких нейтронах було розпочато
1949 р., а з середини 1950-х років почалося введення в експлуатацію серії дослідно-експериментальних реакторів БР-1, БР-5, БОР-60 (1969 р.), 1973 р. була введена в дію двоцільова АЕС з реактором потужністю 350 МВт для виробництва електроенергії та опріснення морської води, 1980 року запущено промисловий реактор БН-600 потужністю 600 МВт.
Велика програма розвитку цього напряму реалізовувалася США. У 1966–1972 pp. був побудований експериментальний реактор «Enrico Fermil», а в 1980 році введено в експлуатацію найбільший у світі дослідний реактор FFTF потужністю 400 МВт. У Німеччині перший реактор почав працювати в 1974 році, а побудований реактор великої потужності SNR-2 так і не було введено в експлуатацію. У Франції 1973 року було пущено реактор «Phenix» потужністю 250 МВт, а 1986 р. – «Superphenix» потужністю 1242 МВт. Японія в 1977 р. ввела в експлуатацію досвідчений реактор Joyo, а в 1994 р. реактор Monju потужністю 280 МВт.
В умовах екологічної кризи, з якою світова спільнота увійшла у ХХI століття, атомна енергетика може зробити значний внесок у забезпечення надійного електропостачання, зниження викидів у довкілля парникових газів та забруднюючих речовин.
Атомна енергетика найкраще відповідає прийнятим у світі принципам сталого розвитку, однією з найважливіших вимог якого є наявність достатніх паливно-енергетичних ресурсів при їх стабільному споживанні в довгостроковій перспективі.
Відповідно до прогнозів, заснованих на розрахунках та моделюванні розвитку суспільства та світової економіки у XXI столітті, домінуюча роль електроенергетики збережеться. До 2030 р. за прогнозом Міжнародного енергетичного агентства (МЕА) виробництво електроенергії у світі збільшиться більш ніж у 2 рази та перевищить 30 трлн. кВт·год, а згідно з прогнозами Міжнародного агентства з атомної енергії (МАГАТЕ) в умовах «ренесансу» атомної енергетики її частка збільшиться до 25% світового виробництва електроенергії, причому вже протягом найближчих 15 років у світі буде збудовано понад 100 нових реакторів, а потужність АЕС зросте з 370 млн. кВт 2006 р. до 679 млн. кВт 2030 р.
В даний час активно розвивають атомну енергетику країни з високою її часткою в загальному обсязі електроенергії, що виробляється, включаючи США, Японію, Південну Корею, Фінляндію. Франція, переорієнтувавши електроенергетику країни на атомну та продовжуючи її розвивати, з успіхом вирішила енергетичну проблему на багато десятиліть. Частка АЕС у виробництві електроенергії у цій країні сягає 80%. Країни, що розвиваються, з незначною ще часткою ядерної генерації електроенергії високими темпами будують АЕС. Так, Індія заявила про намір у довгостроковій перспективі збудувати АЕС потужністю 40 млн. кВт, а Китай – понад 100 млн. кВт.
З 29 блоків АЕС, що будувалися у 2006 р., 15 перебували в Азії. Планують вперше запровадити АЕС Туреччина, Єгипет, Йорданія, Чилі, Таїланд, В'єтнам, Азербайджан, Польща, Грузія, Білорусь та інші країни.
Подальший розвиток атомної енергетики планує Росія, яка передбачає до 2030 року побудувати АЕС потужністю 40 млн. кВт. В Україні відповідно до Енергетичної стратегії України на період до 2030 р. передбачається збільшувати вироблення АЕС до 219 млрд. кВт·год, зберігши його на рівні 50% загального вироблення, та підвищити потужність АЕС практично вдвічі, довівши його до 29,5 млн. кВт, при коефіцієнті використання встановленої потужності (КВУМ) 85%, у тому числі за рахунок введення нових блоків потужністю 1–1,5 млн.кВт та продовження терміну експлуатації діючих блоків АЕС (у 2006 р. в Україні потужність АЕС становила 13 ,8 млн. кВт з виробленням 90,2 млрд. кВт·г електроенергії, або близько 48,7% загального виробітку).
Провідні в багатьох країнах роботи з подальшого вдосконалення реакторів на теплових та швидких нейтронах дозволять забезпечити подальше підвищення їхньої надійності, економічної ефективності та екологічної безпеки. При цьому важливого значення набуває міжнародне співробітництво. Так, при реалізації в майбутньому міжнародного проекту ГТ МСР (газотурбінний модульний реактор, що охолоджується геліо), який характеризується високим рівнембезпеки та конкурентоспроможності, мінімізацією радіоактивних відходів, може підвищитися к.п.д. до 50%.
Широке застосування в майбутньому двокомпонентної структури атомної енергетики, що включає АЕС з реакторами на теплових нейтронах і реакторами на швидких нейтронах, що відтворюють ядерне паливо, підвищить ефективність використання природного урану та знизить рівень накопичення радіоактивних відходів.
Слід зазначити найважливішу роль розвитку атомної енергетики ядерно-паливного циклу (ЯТЦ), який є її системообразующим чинником. Це викликано такими обставинами:
- ЯТЦ повинен забезпечуватись усіма необхідними структурними, технологічними та конструктивними рішеннями для безпечної та ефективної роботи;
- ЯТЦ є умовою соціальної прийнятності та економічної ефективності атомної енергетики та її широкого використання;
- розвиток ЯТЦ призведе до необхідності об'єднання завдань забезпечення необхідного рівня безпеки АЕС, що виробляє електроенергію, та мінімізації ризиків, пов'язаних з виробництвом ядерного палива, включаючи видобуток урану, транспортування, переробку відпрацьованого ядерного палива (ВЯП) та захоронення радіоактивних відходів (єдина система вимог щодо безпеки) ;
- різке збільшення видобутку та використання урану ( початковий етапЯТЦ) веде до зростання небезпеки потрапляння природних довгоживучих радіонуклідів у середовище проживання, що вимагає підвищення ефективності використання палива, зменшення кількості відходів і замикання паливного циклу.
Економічна ефективність роботи АЕС залежить безпосередньо від паливного циклу, включаючи скорочення часу на перевантаження палива, підвищення експлуатаційних характеристик тепловиділяючих зборок (ТВЗ). Тому важливе значення має розвиток і вдосконалення ЯТЦ з високим коефіцієнтом використання ядерного палива, створенням малоотходного замкненого паливного циклу.
Енергетичною стратегією України передбачається розвиток національного паливного циклу. Так, видобуток урану має збільшитися з 0,8 тис. т до 6,4 тис. т у 2030 році, отримає подальший розвиток вітчизняне виробництво цирконію, цирконієвих сплавів та комплектуючих для тепловиділяючих зборок, а в перспективі створення замкнутого паливного циклу, а також участь у міжнародній кооперації з виробництва ядерного палива. Передбачається корпоративна участь України у створенні потужностей з виготовлення тепловиділяючих зборок для реакторів ВВЕР та у створенні Міжнародного центрузі збагачення урану в Росії, входження України до запропонованого США Міжнародного банку ядерного палива.
Забезпеченість паливом атомної енергетики має найважливіше значення для її розвитку. Сучасні потреби у природному урані у світі становлять близько 60 тис. т за загальних запасів близько 16 млн.т.
У ХХІ ст. різко зросте роль атомної енергетики у забезпеченні зростання виробництва електроенергії у світі з використанням більш досконалих технологій. Атомна енергетика поки що не має серйозного конкурента на тривалу перспективу. Щоб реалізувати її розвиток у широких масштабах, вона, як уже вказувалося, повинна мати наступні властивості: високу ефективність, забезпеченість ресурсів, енергонадмірність, безпеку, прийнятність екологічного впливу. Перші три вимоги можуть бути виконані при використанні двокомпонентної структури атомної енергетики, що складається з теплових та швидких реакторів. За такої структури можна значно збільшити ефективність використання природного урану, знизити його видобуток та обмежити рівень надходження радону у біосферу. Шляхи досягнення необхідного рівня безпеки та зниження капітальних витрат для реакторів обох типів вже відомі, потрібні час та кошти на їх реалізацію. До моменту усвідомлення суспільством необхідності подальшого розвитку атомної енергетики технологія двокомпонентної структури буде фактично підготовлена, хоча багато чого ще необхідно зробити щодо оптимізації ЯЕУ та структури галузі, включаючи і підприємства паливного циклу.
Рівень екологічного впливу в основному визначається кількістю радіонуклідів у паливному циклі (уран, плутоній) та у сховищах (Np, Am, Cm, продукти поділу).
Ризик від впливу короткоживучих ізотопів, наприклад 1 1 I і 9 0 Sr, l 7 Cs, може бути знижений до допустимого рівня за рахунок підвищення безпеки АЕС, сховищ, підприємств паливного циклу. Прийнятність такого ризику можна довести практично. Але важко довести і неможливо продемонструвати надійність поховання довгоживучих актиноїдів та продуктів поділу протягом мільйонів років.
Безсумнівно, не можна відмовлятися від пошуку шляхів надійного поховання радіоактивних відходів, але потрібно розробляти можливість використання актиноїдів щоб одержати енергії, тобто. замикання паливного циклу як по урану і плутонію, а й у актиноїдах (Np, Am, Cm та інших.). Трансмутація небезпечних довгоживучих продуктів поділу в системі реакторів на теплових нейтронах ускладнить структуру атомної енергетики за рахунок додаткових технологічних процесівз виготовлення та переробки ядерного палива або збільшить кількість типів ядерно-енергетичних установок. Введення Np, Am, Cm, інших актиноїдів та продуктів розподілу в паливо реакторів ускладнить їх конструкцію, вимагатиме розробки нових видів ядерного палива, негативно позначиться на безпеці.
У зв'язку з цим розглядається можливість створення трикомпонентної структури атомної енергетики, що складається з теплових та швидких реакторів та реакторів для спалювання Np, Am, Cm та інших актиноїдів та трансмутації деяких продуктів поділу.
Найважливішими проблемами є переробка та видалення радіоактивних відходів, які можуть бути перетворені на ядерне паливо.
У першій половині ХХI століття людству належить здійснити науковий та технічний прорив на шляху освоєння нових видів енергії, у тому числі електроядерної з використанням прискорювачів заряджених частинок, та в перспективі термоядерної, що потребує об'єднання зусиль міжнародної кооперації.
Тяньванська АЕС – найбільша за одиничною потужністю енергоблоків серед усіх АЕС, що будуються в даний час в Китаї. Її генплан передбачає можливість будівництва чотирьох енергоблоків потужністю 1000 МВт кожен. Станція розташована між Пекіном та Шанхаєм на березі Жовтого моря. Будівельні роботина майданчику розпочалися 1998 року. Перший енергоблок АЕС із водо-водяним енергетичним реактором ВВЕР-1000/428 та турбіною К-1000-60/3000, запущений у травні 2006 року, був зданий в експлуатацію 2 червня 2007 року, а другий такий самий блок – 12 вересня 2007 року. В даний час обидва енергоблоки атомної станції працюють стабільно на 100% потужності та постачають електроенергією китайську провінцію Цзянсу. Планується будівництво третього та четвертого енергоблоків АЕС «Тяньвань».
