АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Кроме того, какими бы запасами органического топлива не располагал мир (прогнозы достаточно противоречивы), вопрос: «Насколько их хватит?» теперь уже во многом не корректен. Главным стал другой вопрос: «Насколько их можно использовать?»
Сегодня уже очевидно, что перспективы энергообеспечения на длительный период времени не могут более связываться с углеводородным топливом, как базовым энергоисточником. Аргументы в поддержку такого утверждения известны:
· это топливо невозобновляемо,
· ресурсы его ограничены,
· стоимость добычи и транспортировки неумолимо растёт,
· и, наконец, энерготехнологии на его основе не могут в принципе удовлетворять современным экологическим требованиям, соответствующим современному пониманию процессов, происходящих в окружающей среде.
Настороженное отношение общественности к ядерной энергетике говорит о том, что она ещё не достигла уровня развития традиционной энергетики сжигания органического топлива или других видов промышленности (например, автомобилестроения), к проблемам которых общество относится достаточно равнодушно. Однако отношение, сложившееся в отношении атомной энергетики после Чернобыля, как врага природы и экологии, постепенно уходит в прошлое.
Вся промышленная деятельность человечества (в том числе и атомная, и тепловая энергетика) оказывает техногенное воздействие на окружающую природную среду. Однако, если сравнивать вред от воздействия других технологий на общий риск для жизни человека и природы в целом, то приходишь к выводу, что без АЭС может быть ещё хуже.
Несмотря на опасность производства, связанного с радиацией, за 50 лет освоения атомной энергии в мире от переоблучения погибло меньше людей, чем погибает ежедневно в результате автомобильных аварий. По данным ученых США вероятность погибнуть в результате аварии на предприятиях атомной промышленности в 100 раз ниже, чем в автомобильной катастрофе и в 1000 раз ниже, чем от болезни сердца.
В XXI веке к атомной энергетике предъявляются 5 основных требований:
· безопасность,
· экономика (конкурентоспособность по сравнению с другими энерготехнологиями),
· нераспространение,
· обращение с отработавшим топливом и радиоактивными отходами (экология).
Три главных потенциала ядерной энергетики позволят выполнить эти требования:
· огромный энергоресурсный (теплотворная способность ядерного топлива в 2–3 млн. раз больше, чем у традиционных видов),
· энергоэкономический (экономический показатели не зависят от места расположения)
· и энергоэкологический (отсутствие вредных выбросов)
В настоящее время атомная энергетика сохраняет и усиливает свои позиции, как один из основных мировых источников энергии.
На атомную энергию приходится 6% мирового топливо–энергетического баланса и 17% производимой электрической энергии.
Наработано уже более 10000 реакторо-лет, из них 7000 без крупных аварий после апреля 1986 года. В 2020 году будет эксплуатироваться более 500 блоков АЭС
Согласно МАГАТЭ по состоянию на конец 2006 г в 30 странах мира работало 435 энергетических реакторов и строилось еще 29. Первое место в этом списке принадлежит США со 103 энергоблоками, далее Франция (59), Япония (55), Россия (31).
Таблица 2.
Различные виды энергии в сравнительной статистике
| Показатель | Уголь | Нефть | Природный газ | Ядерная энергия | Гидроэнергия | Ветровая энергия | Солнечная энергия |
| Вклад различных видов энергоносителей в производство электроэнергии, %: | |||||||
| Мир | ~17 | ~17 | ~1 | ~1 | |||
| Страны, богатые гидроресурсами,% | |||||||
| Канада | 5,1 | 12,9 | ≈3 | ≈3 | |||
| Швеция | 1,1 | - | 43,9 | <1 | <1 | ||
| Швейцария | - | - | 36,0 | - | - | ||
| Страны, богатые углём, % | |||||||
| США | 49,6 | 20,4 | ≈3 | ≈3 | |||
| Германия | 54,5 | 30,5 | <1 | <1 | |||
| Великобритания | 6,6 | 24,4 | |||||
| Китай | 6,9 | - | 1,1 | - | - | ||
| Россия | <0,03 | <0,001 | |||||
| Страны, бедные природными энергоресурсами, %: | |||||||
| Франция | 77,1 | - | - | ||||
| Республика Корея | 28,7 | 39,3 | - | - | |||
| Тайвань | 30,4 | 21,6 | - | - | |||
| Япония | 9,7 | 34,3 | ≈2 | ≈2 | |||
| Западно-Сибирский регион | - | - | - | - | |||
| Общие подсчитанные резервы + потенциальные ресурсы, ЭДж(1 ЭДж=1018 Дж) | 18000 (11000) | 3500 (1400) | 2300 (11000) | 126 в год | 84 в год | 75 в год | |
| При открытом ядерном топливном цикле (ОЯТЦ) | 2000 (8000) | ||||||
| При замкнутом ЯТЦ (ЗЯТЦ) | 300000 (600000) | ||||||
| Продолжительность надёжного энергоснабжения, лет | (ОЯТЦ) (ЗЯТЦ) | - | - | - | |||
| Занимаемая площадь, необходимая для производства энергии. Отчуждение земли, м2/МВт |
Продолжение таблицы 2.
| Показатель | Уголь | Нефть | Природный газ | Ядерная энергия | Гидро энергия | Энергия ветра | Солнечная энергия | |
| Выделение CO2 (парниковый эффект), г/кВт·ч | 251/10 | 192/6 | 180/33 | 0/7 | 0/6 | 0/20 | 0/52 | |
| Выделение SОx, мг/(кВт·ч) | 288/38 | 26/3,5 | 0/7 | 0/32 | - | 0/15 | 0/104 | |
| Выбросы NOx, мг/(кВт·ч) | 516/44 | 242/21 | 208/69 | 0/70 | - | 0/19 | 0/99 | |
| Удельные капитальные вложения, долл./кВт | 1200-1400 | 1000-1300 | 1200-1500 | 1300-2000 | ||||
| Себестоимость электроэнергии, цент/(кВт·ч) | 2,5-4,0 | ~2,6-3,0 | ~2,6-3,0 | ~2,2-3,0 | 1,2 | 4,8-7,0 | 12,0 | |
| Средняя величина внешних затрат, цент/кВт∙ч | 4,7-7,3 | 4,4-7,0 | 1,3-2,3 | 0,4 | 0,4-0,5 | 0,1-0,2 | 0,6 | |
| Трудоемкость энергопроизводства, чел./(ТВт∙ч) | ~120 | ~130 | - | |||||
| Общее сокращение средней вероятностной продолжительности жизни лет/ТВт×ч | 2-10 | |||||||
| Показатели ущерба от тяжелых аварий на ГВт/год* | ВВЭР/РБМК | |||||||
| Число непосредственных летальных исходов | 0,13 | 0,39 | 0,066 | 0.0/0,16 | ||||
| Денежный ущерб (млн дол США, 1996) | 0,035 | 0,94 | 0,11 | 1,3/1760 | ||||
| Энерговложения в электростанции и сроки возврата ими электроэнергии (затраченной на строительство и топливообеспечение) при нормативном сроке службы 30 лет. | ||||||||
| Электровложения : В электростанцию, % | 1,5 | - | - | - | ||||
| В топливообеспечение, % | - | - | - | - | - | |||
| Доля от энерговыработки, % | 6,5 | - | - | - | ||||
| Срок возврата энерговложений, лет | ~2 | - | - | ~2 | ~ 9 | ~12 | - | |
* Сравнение аварийных рисков от разных энергоисточников были предприняты институтом Пауля Шеррера (ИПШ) в Швейцарии. Эти исследования продолжались свыше 5 лет. Риск для общества считается приемлемым, если частота аварий влекущих 10, 100 и 1000 летальных исходов, не превышает 10-5, 10-7, 10-9 в год соответственно.
Данные по неядерным энергетическим системам в европейских странах 1009-1996 гг от ИПШ. Данные по ядерной энергии 1960-1998гг от МАГАТЭ.
Таблица 3.
Сравнение технико-экономических и экологических показателей ТЭС и АЭС.
| Показатели | ТЭС | АЭС |
| Затраты на обеспечение топливом, млрд руб. | 2,1 | 0,26÷0,5 |
| Стоимость сооружения, млрд руб. | 25-40 | 50,0÷72,0 |
| Средний тариф на шинах (затраты на производство) коп./кВт·ч | 36,3 | 19,2 |
| Продолжительность строительства, годы | 3÷5 | 4÷6 |
| Потребление топлива для ТЭС и АЭС мощностью 1ГВт(эл), т/год | 3·106 | 30 т (200т природного урана) |
| Трудоёмкость энергопроизводства, чел/ГВт·год | ||
| Топливные, | ||
| эксплуатационные, | ||
| капитальные затраты, % | ||
| Отчуждение земли, га | 120÷160 | 30÷60 |
| Потребление атмосферного кислорода, м /год | 5,5·109 | – |
| Вода (безвозвратные потери), млн м3 | 19,2 | + |
| Твёрдые отходы, т/год (м3/год) | 700000 (420000) | Среднеактивные + низкоактивные < 800 (160) отработанное ядерное топливо (высокоактивные) 25÷30 (2,5). |
| Выбросы в атмосферу, т/год | ||
| СО2 | – | |
| SO2 | – | |
| NOX | – | |
| Зола | – | |
| С14 (ПДА, Бк/м3) | 17,2·10–7 (1,1·102) | |
| Т3 (ПДА, Бк/м3) | 20,6·10–6 (7,6·103) | |
| Активность свежезагруженного топлива, Ки | 3,51÷57,0 | 11,76 |
| Активность отходов, поступающих в биосферу, Ки | 65,65 | 1,8∙104** |
| Мощность тепловых сбросов в конденсатор, % от общей тепловой мощности | ||
| Мощность тепловых сбросов через трубу в атмосферу, % от общей тепловой мощности | ||
| Число случаев преждевременной смерти | 0,055 (360*) | 0,11 |
| Потеря трудоспособности, чел∙лет | 1,4 (7200*) | 2,2 |
| Сокращение продолжительности жизни, чел∙лет | 2,2 (104*) | 3,3 |
| Раковые заболевания с летальным исходом | + | 3,2∙10–2 |
| Раковые заболевания без летального исхода | + | 7,6∙10–2 |
| Генетические повреждения | + | 6,4∙10–3 |
| Коллективная доза облучения населения, чел∙Зв/ГВт∙год | 0,4÷1,8 | |
| Энерговложения в электростанции и сроки возврата ими электроэнергии (затраченной на строительство и топливообеспечение) при нормативном сроке службы 30 лет. | ||
| Электровложения: В электростанцию, % | 1,5 | |
| В топливообеспечение, % | ||
| Доля от энерговыработки, % | 6,5 | |
| Срок возврата энерговложений, лет | ~2 | ~2 |
* Заболевания нерадиационной этиологии.
** Активность поступающих в биосферу отходов от АЭС зависит от учета категории радионуклидов. Например, активность газов в случае выдержки их в газгольдере перед выбросом их в атмосферу уменьшается за счет распада короткоживущих радионуклидов.
Урановые топливные сборки, изготовленные в России, используются в каждом восьмом атомном энергоблоке мира (в 2007 г. в мире 432 энергоблока). Только в США более половины энергоблоков работают на российском уране (в США действуют 104 энергоблока, в России – 31).
Одна топливная таблетка из диоксида урана 4,5 г. (обогащение до 4 % по урану-235) выделяет энергию, эквивалентную сжиганию 882 кг дров, 550 кг угля, 500 куб. м природного газа или 500 кг нефти.
Один тепловыделяющий элемент (твэл, вмещает 340 топливных таблеток) для реактора ВВЭР-1000 выделяет энергию, эквивалентную сжиганию 300 т дров, 190 т угля, 170 тыс. куб. м природного газа или 170 т нефти.
Одна тепловыделяющая сборка (ТВС, состоит из 312 твэлов, вмещающих 106080 топливных таблеток) для реактора ВВЭР-1000 выделяет энергию, эквивалентную сжиганию 93,6 тыс. т дров, 59,28 тыс. т угля, 53,04 млн. куб. м природного газа или 53 тыс. т нефти.
Общая загрузка активной зоны для реактора ВВЭР-1000 составляет примерно 80 тонн диоксида урана.
Отметим, что для ТЭС на угле мощностью 2 ГВт требуется 6 млн. т угля (~ 150000 вагонов угля в год, >400 вагонов в сутки), потребление кислорода составляет ~ 1010 м3/год, накапливается около 1,4 млн. т (800 тыс. м3) твердых отходов в год.
Для АЭС требуется топлива 2 вагона в год, кислород не потребляет, облученное (отработанное) ядерное топливо (ОЯТ) составляет 40-50 т (5 м3) в год.
Такое громадное количество твердых отходов ТЭС не имеет никакой энергетической ценности, а изготовленное новое топливо из 50 т ОЯТ позволяет заместить 2 млн. т угля, 1.6 миллиардов м3 газа, 1,2 млн. т нефти.
1,2 млн. тонн российской нефти – это 900 млн. долларов США.
1,6 млрд. м3 газа – это 500 млн. долларов США.
В настоящее время установлено, что добыча этих 6 млн. т угля обойдется в 24 человеческие жизни и 90 травм шахтеров
Теплотворная способность различного топлива и коэффициент выброса СО2
| Топливо | Теплотворная способность, МДж/кг | Выбросы СО2, г/МДж |
| Сырая нефть | 45-46 | 70-73 |
| Природный газ | ||
| Каменный уголь (в среднем) | ||
| Бурый уголь (в среднем) | 9,7 | |
| Древесина (сухая) | ||
| Естественный уран (в реакторах на быстрых нейтронах) | 2,8∙107 | Нет |
| Уран, обогащенный до 3,5% (в реакторах типа ВВЭР) | 3,9·106 | Нет |