Главная » 2013»Июнь»3 » Ветер вместо атома: скорее мечта, чем перспектива. Окончание
00:41
Ветер вместо атома: скорее мечта, чем перспектива. Окончание
Тяньваньская АЭС – самый крупный объект экономического сотрудничества между Россией и Китаем
В первой части статьи мы более или менее разобрались со всякими неатомными способами генерации: с классическими гидро- и теплостанциями, с вожделенными солнцем, ветром, приливами и геотермалом. Здесь поговорим о будущем ядерной (в том числе и термо-) электроэнергетики.
Прошу: кто не читал, прочтите сначала первую часть.
Триллионы и фантастика
Очевидное препятствие для отказа от атомной энергетики в ближайшие десятилетия – экономика. Ведь себестоимость энергии АЭС очень невелика: в 2008 году на оптовом рынке США один «атомный» киловатт час стоил 0,0187 долл. – при средней цене электричества для промышленности $0,07–0,08 за 1 кВт•ч. (Извините, более новых цифр не нашёл; но порядок-то ясен…)
Но дело не только в деньгах. Не надо забывать, что на существующие АЭС ориентирована энергетическая логистика. А «зелёные» станции потребуют совсем другой распределительной инфраструктуры, включающей в десятки, сотни раз большее число мелких энергоузлов.
Сколько это может стоить?
На конец 2009 года в мире действовали АЭС общей мощностью 366,6 ГВт. Допустим, мы хотим заменить их солнечными станциями типа канадской (97 МВт), строительство которой обошлось в $300 млн. Легко подсчитать, что таких станций надо построить почти 3800 штук, они займут площадь в 1,5 млн гектаров, или свыше 14,5 тыс. кв. км, и обойдутся не меньше, чем в $1133,7 млрд. Если же учесть стоимость инфраструктуры распределения и тот простой факт, что солнце светит ярко далеко не везде, эти цифры можно смело умножать на три.
За последние 20 лет совокупное энергопотребление в мире выросло на 45% и, согласно прогнозам, вырастет еще на 40% в течение следующих двух десятилетий. Мировая экономика обрела новые полюса. Энергопотребление Китая уже в 2010 году сравнялось с американским и продолжает расти. На подходе и миллиардная Индия, и другие страны с развивающимися экономиками, которые и обеспечат свыше 90% роста спроса на энергию. А получить её проще всего, строя крупные, многогигаваттные станции. Зачастую оптимальным вариантом оказываются именно АЭС.
За какое время мир сможет выделить такие средства? Пока он будет их выделять – насколько возрастут его потребности в электричестве?
Похоже, нынешним поколениям не суждено увидеть безмятежное царство «зелёной» энергетики.
Электростанции на основе управляемого термоядерного синтеза? Они, конечно, чрезвычайно перспективны. Запасы сырья для них – тяжёлой воды – практически безграничны, в мировом океане её содержится 1015 т. Но мы слышим про «термояд» с 1960-х годов, много лет его выход на практическое применение регулярно включали среднесрочные прогнозы. Однако никакого приближения к практике не случилось, и в прогнозах он больше почему-то не фигурирует.
Есть международный проект управляемого термоядерного реактора ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor). Он хорошо финансируется, на него брошены немалые научные силы… Но пока никто не может сказать, когда он даст результаты и сколько времени и средств понадобится для того, чтобы реализовать эти результаты в практической энергетике.
Курчатовский институт – участник проекта ИТЭР, причём на первых ролях
Всё это означает, что, если мы не хотим окончательно закоптить планету, выкопать за 30 лет весь уголь, спалить ценнейшие, невосполнимые запасы сырья для химического и биосинтеза, то остаётся одно – совершенствовать атомную энергетику.
Векторы безопасности
Если АЭС правильно строить и эксплуатировать, то вероятность катастрофических аварий можно свести к пренебрежимо малой величине.
Правильно строить – значит изначально закладывать в проект защиту от даже самых маловероятных сочетаний внешних факторов. Разрабатывать многоуровневые системы защиты, многократно резервировать подсистемы, обслуживающие реакторы.
У российских атомщиков такие проекты есть: после Чернобыльской катастрофы в отрасли ввели требования к конструктивной безопасности, по жёсткости превосходящие всё, что построено за рубежом. Примером может служить строящаяся в Белоруссии Островецкая АЭС.
В проекте станции применены и активные (с участием человека), и пассивные системы безопасности. Реакторы поколения 3+ (подавляющее большинство находящихся в эксплуатации реакторов относятся ко 2-му поколению) имеют двойную защитную оболочку, ловушку расплава и систему подавления водорода. Трагедия «Фукусимы-1» связана с выходом из строя дизель-генераторов – в Островце создаются три независимые системы электропитания, никакое внешнее событие не сможет одновременно вывести их из строя.
Копии Островецкой АЭС уже строят под Ново-Воронежем и под Санкт-Петербургом
В «горячей» части станции реализовано четыре уровня защиты. Первый – топливная матрица, не допускающая выхода продуктов деления под оболочку тепловыделяющего элемента. Второй – оболочка ТВЭЛа, которая не позволяет радиоактивным веществам попасть в теплоноситель главного циркуляционного контура. Третий – циркуляционный контур, выполненный так, что эти вещества не могут «выбраться» из него под защитную оболочку энергоблока. Наконец, четвёртый – система защитных оболочек, предотвращающая выбросы радиации в окружающую среду.
Это о том, что такое правильно строить. А правильно эксплуатировать – значит совершенствовать алгоритмы систем управления энергоблоками, вводить в них элементы экспертного анализа и формирования рекомендаций, всестороннюю и высоконадёжную «защиту от дурака». Организовывать качественное обучение персонала и его постоянные тренировки – на имитаторах и на оборудовании; на штатные и нештатные ситуации.
Самое время задуматься и о смене поколений АЭС, переходу к реакторам принципиально нового типа, относимым к 4-му поколению. Это понятие объединяет несколько типов рабочего процесса и соответствующего конструктивного оформления; среди них специалисты выделяют в качестве, возможно, самых перспективных, так называемые реакторы на быстрых нейтронах.
Такой реактор парадоксальным образом сам готовит для себя топливо, за что его ещё называют бридером, или реактором-размножителем, а процесс, идущий в нём – замкнутым топливным циклом. В качестве расщепляющегося материала применяется плутоний-239, каждый атом которого дает при распаде по 2-3 высокоэнергичных нейтрона. Один из них расходуется на поддержание цепной реакции, а остальные поглощаются ураном-238 с образованием… того же плутония-239, то есть нового ядерного топлива. Такой реактор может производить даже больше нового топлива, чем расходует.
Главное преимущество бридера – он вырабатывает энергию из бесполезного для других реакторов урана-238, что означает в 60 раз более полное использование природного урана. Подсчитано, что такие АЭС смогут 300 лет работать на том, что является отходами АЭС прежних поколений. Рабочий режим бридера характерен высокими температурами при сравнительно низком давлении, что придаёт ему «врождённую» безопасность от теплового взрыва в случае аварийных ситуаций.
Первые экспериментальные реакторы на быстрых нейтронах появились ещё в 1950-х, и с тех пор продолжаются работы над созданием прототипов промышленных энергоблоков. На Белоярской АЭС в России с 1980 года работает единственный в мире (на 2010 год) действующий энергоблок с реактором БН-600 на быстрых нейтронах (не экспериментальная установка, а именно энергоблок). Там же сооружается энергоблок с более мощным БР-800; его планировали ввести в строй в 2012 году, да вот что-то пока не слышно...
Белоярская АЭС, 3-й энергоблок, реактор БН-600
Замкнутый топливный цикл хорош ещё и тем, что в нём долгоживущие продукты деления трансмутируют в короткоживущие, а это позволяет радикально решить проблему обезвреживания отходов атомной энергетики и многократно уменьшить объем радиоактивных отходов, подлежащих захоронению.
Резюме
Безусловно, энергетику возобновляемых ресурсов надо развивать, но не поддаваясь при этом давлению «противоатомного» лобби. Ведь рассчитывать на скорую и беспроблемную замену АЭС «зелёными» генераторами не приходится.
Нельзя надеяться и на решение вопроса только за счёт внедрения энергосберегающих технологий в промышленности и в быту. Сбережение может сэкономить считанные проценты, а человечеству пока нужно прибавлять почти по 2% в год: встав на путь технической цивилизации, теперь оно может развиваться только при условии роста производства энергии.
Так что, по крайней мере в ближайшие полвека, без атомной энергетики – обновлённой, безопасной и малоотходной – нам не прожить.
Если вы считаете, что данный текст или изображения нарушают ваши авторские и/или смежные права,
сообщите об этом администрации сайта через Гостевую книгу или на e-mail vemsev@gmail.com для принятия мер по устранению нарушения.
