Атомные станции. Атомные станции Украины. Атомные станции России. Атомные станцииАтомные станции. Атомные станции Украины. Атомные станции РоссииСовременные потребности человечества в энергии растут гигантскими темпами. Возрастает ее расход на освещение городов, на промышленные и прочие нужды народного хозяйства. Соответственно, в атмосферу выбрасывается все больше и больше копоти от сжигаемого угля и мазута, усиливается парниковый эффект. Кроме того, все больше разговоров в последние годы о вводе в эксплуатацию электрических транспортных средств, которые также внесут свою лепту в повышение потребления электричества.
Несмотря на случившееся в Чернобыле, даже памятуя о недавних незадачах японцев, ученые всего мира признают, что мирный атом – единственное решение приближающегося энергетического кризиса на сегодняшний день. Широко разрекламированные альтернативные источники энергии не дают даже сотой доли того объема электричества, который требуется миру каждый день. Кроме того, даже взрыв атомной станции в Чернобыле не нанес окружающей среде и сотой доли того урона, который отмечается даже при одной катастрофе на нефтедобывающей платформе. Инцидент с ВР – яркое тому подтверждение. Принцип действия ядерного реактораИсточником тепла являются тепловыделяющие элементы - ТВЭЛ. По сути, это трубки из циркониевого сплава, который слабо подвержен дегенерации даже в зоне активного деления атомов. Внутрь помещаются таблетки двуокиси урана или крупка из сплава урана и молибдена. Внутри реактора эта трубки компонуют в сборки, каждая из которых содержит по 18 ТВЭЛ. Всего сборок может быть почти две тысячи, причем размещаются они в каналах внутри графитовой кладки. Выделяющееся тепло собирается посредством теплоносителя, причем в современных АЭС два циркуляционных контура. Во втором из них вода никак не взаимодействует с активной зоной реактора, что значительно повышает безопасность конструкции в целом. Сам реактор располагает в шахте, а для графитной кладки создается специальная капсула из того же циркониевого сплава (30 мм толщиной). Вся конструкция опирается на чрезвычайно массивное основание из высокопрочного бетона, под которым располагается бассейн. Он служит для охлаждения ядерного топлива в случае аварии.
История созданияВо второй половине 40-х годов в СССР были приложены все силы для создания проектов, предполагавших мирное использование атомной энергии. Знаменитый академик Курчатов, выступая на очередном заседании ЦК КПСС, выдвинул предложение об использовании атомной энергии в деле выработки электроэнергии, в которой страна, восстанавливаемая после страшной войны, остро нуждалась. В 1950 году началось строительство атомной станции (первой в мире, кстати), которую заложили в поселке Обнинское, что в Калужской области. Через четыре года эта станция, имевшая мощность в 5 МВт, была успешно запущена. Уникальность события еще и в том, что наша страна стала первым в мире государством, которое сумело эффективно использовать атом исключительно в мирных целях. Продолжение работыУже в 1958 году были начаты работы по проектированию Сибирской АЭС. Проектная мощность увеличилась сразу в 20 раз, составив уже 100 МВт. Но уникальность ситуации даже не в этом. Когда станцию сдавали, ее отдача составила 600 МВт. Ученые всего за пару лет сумели натолько улучшить проект, а совсем недавно такая результативность казалась совершено невозможной. Впрочем, атомные станции на просторах Союза тогда росли не хуже грибов. Так, уже через пару лет после Сибирской была запущена Белоярская АЭС. Вскоре была построена станция в Воронеже. В 1976 году была введена в эксплуатацию Курская атомная станция, реакторы которой в 2004 году были серьезно модернизированы.
Как дела обстояли за рубежомНе следует считать, что подобные разработки велись исключительно в нашей стране. Англичане прекрасно понимали, насколько важными могут быть атомные станции, а потому активно работали в этом направлении. Так, уже в 1952 году они запустили собственный проект по разработке и созданию АЭС. Через четыре года городок Колдер-Холл стал первым английским атомным городом с собственной электростанцией на 46 МВт. В 1955 году торжественно ввели в эксплуатацию АЭС в американском городе Шиппингпорте. Ее мощность была равной 60 МВт. С тех пор атомные электрические станции начали свое триумфальное шествие по миру. Угрозы мирного атомаПервая эйфория от укрощения атома уже вскоре сменилась тревогой и страхом. Разумеется, самой серьезной катастрофой стала ЧАЭС, но был комбинат «Маяк», аварии с атомными реакторами в АПЛ, а также прочие инциденты, о многих из которых мы наверняка никогда не узнаем. Последствия этих аварий заставили людей задуматься о повышении уровня культуры использования атомной энергии. Кроме того, человечество еще раз осознало, что не в силах противостоять стихийным силам природы. Многие светила мировой науки долго обсуждали, как же сделать атомные станции безопаснее. В Москве 1989 года была собрана всемирная ассамблея, по результатам совещания которой были сделаны выводы о необходимости кардинально ужесточить контроль над атомной энергетикой. Сегодня мировые сообщества пристально следят, как соблюдаются все эти соглашения. Впрочем, никакие наблюдения и контроль не могут спасти от природных катаклизмов или банальной глупости. Это еще раз подтвердила авария на "Фукусима-1", в результате которой уже сотни миллионов тонн радиоактивной воды вылились в Тихий Океан. Вообще, Япония, атомная станция в которой – единственное средство обеспечения гигантских потребностей промышленности и населения электричеством, от программы строительства АЭС так и не отказалась. КлассификацияВсе АЭС могут классифицироваться по типу вырабатываемой энергии, а также по модели своего реактора. Учитывается также степень безопасности, тип конструкции, а также прочие важные параметры. Вот так они подразделяются по типу вырабатываемой энергии:
|
К сожалению, экологически чистые ГЭС покрыть такие гигантские потребности не в состоянии, а дальнейшее увеличение числа ТЭС и ТЭЦ попросту нецелесообразно. Что же предпринять в данном случае? А выбирать-то особенно не из чего: атомные станции при правильной их эксплуатации являются отличным выходом из энергетического тупика.
Принцип действия прост: ТВЭЛы нагреваются, тепло от них передается на первичный теплоноситель (жидкий натрий, дейтерий), после чего энергия передается на вторичный контур, внутри которого под огромным давлением циркулирует вода. Она тут же закипает, а пар раскручивает турбины генераторов. После этого пар поступает в конденсирующие устройства, снова переходит в жидкое состояние, после чего вновь отправляется во вторичный контур.
Вообще, АЭС строились в плановом порядке весь послевоенный период. Только катастрофа в Чернобыле смогла затормозить этот процесс.
Выделявшийся при этом пар имел температуру в 280 градусов. Все каналы, в которых размещались ТВЭЛы, были сделаны съемными, так как их требовалось сравнительно часто заменять. Дело в том, что в зоне активности ядерного топлива материалы достаточно быстро подвергаются деформации и разрушению. Вообще-то конструктивные элементы в активной зоне рассчитаны на 30 лет, но в таких делах оптимизм недопустим.
Вообще, сразу после Чернобыля многие программы стали массово сворачиваться, что сразу привело к росту цен на многие «экологически чистые» сорта теплоносителей. Во многих областях были вынуждены вернуться к строительству ТЭЦ, которые (в том числе) работают даже на угле, продолжая чудовищно загрязнять атмосферу крупных городов.
Сегодня во всем мире вновь вспоминают о преимуществах мирного атома. Целый город может снабжаться энергией от маленькой и примитивной АЭС, которая тратит в год около 2 тонн топлива. Сколько за тот же период придется сжечь газа или угля? Так что перспективы у технологии огромные: энергоносители традиционных видов постоянно растут в цене, а их количество уменьшается.
Рис. В.1. Развитие атомной энергетики мира| Страна | 1981 | 1982 | 1983 | 1984 | 1985 | Итого |
| США | 4390 | 4300 | 3165 | 6920 | 10430 | 29205 |
| Франция | 7600 | 1870 | 3740 | 6390 | 4970 | 24570 |
| Япония | 1600 | — | 2510 | 2840 | 1990 | 8940 |
| Германия | 1300 | — | 1320 | 5335 | 330 | 8255 |
| Канада | — | 1900 | 540 | 2310 | — | 4750 |
| Испания | 930 | — | 1860 | 975 | 930 | 4695 |
| Бельгия | — | 1880 | — | — | 2130 | 4010 |
| Швеция | 930 | 960 | — | — | 2060 | 3950 |
| Тайвань | 985 | 985 | — | 951 | 951 | 3872 |
| Великобритания | — | — | 1980 | — | 1320 | 3300 |
| Южная Корея | — | 680 | 650 | — | 960 | 2290 |
| ЮАР | — | — | — | 965 | 965 | 1930 |
| Швейцария | — | — | — | 1045 | — | 1045 |
| Бразилия | — | 660 | — | — | — | 660 |
| Югославия | 660 | — | — | — | — | 660 |
| Аргентина | — | — | 640 | — | — | 640 |
| Индия | — | — | 235 | — | 235 | 470 |
| Итого | 18395 | 13235 | 16640 | 27731 | 26276 | 103242 |
Таблица В.2б. Ввод новых мощностей на АЭС мира (без стран Восточной Европы) за пять лет после аварии на Чернобыльской АЭС, МВт
| Страна | 1986 | 1987 | 1988 | 1989 | 1990 | Итого |
| США | 6089 | 8732 | 3641 | 3564 | 2398 | 24424 |
| Франция | 6436 | 3679 | 2726 | — | 1382 | 14223 |
| Япония | 2260 | 1100 | — | 2489 | 1100 | 6949 |
| Германия | 1395 | — | 2771 | 1316 | — | 5462 |
| Канада | 1455 | 890 | — | — | 936 | 3281 |
| Испания | — | 992 | 1041 | — | — | 2033 |
| Бельгия | — | — | — | — | — | — |
| Швеция | — | — | — | — | — | — |
| Тайвань | — | — | — | — | — | — |
Продолжение таблицы
| Страна | 1986 | 1987 | 1988 | 1989 | 1990 | Итого |
| Великобритания | — | — | 2021 | 701 | — | 2722 |
| Южная Корея | 1910 | 950 | 950 | 905 | — | 4715 |
| ЮАР | — | — | — | — | — | — |
| Швейцария | — | — | — | — | — | — |
| Бразилия | — | — | — | — | — | — |
| Югославия | — | — | — | — | — | — |
| Аргентина | — | — | — | — | — | — |
| Индия | — | — | — | — | — | — |
| Итого | 19545 | 16343 | 13150 | 8975 | 5816 | 63829 |
Рис. В.2. Ввод новых мощностей на АЭС мира до и после аварии на ЧАЭС (без стран Восточной Европы)
Из табл. В.1 видно, что наиболее распространены в мире реакторы с водным теплоносителем некипящим (PWR — Power Water Reactor) и кипящим (BWR-Boiling Water Reactor). В нашей стране также наиболее распространены реакторы с водным теплоносителем. Русская аббревиатура ВВЭР (Водо-Водяной Энергетический Реактор) соответствует международному обозначению PWR. Но кипящие корпусные реакторы типа BWR в нашей стране не создаются, вместо них сооружаются реакторы РБМК единичной мощностью 1000 и 1500 МВт: аббревиатура РБМК означает реактор большой мощности канальный. Для него, как и для BWR, теплоносителем является пароводяная смесь, но замедлителем служит графит.
Реакторы с водным теплоносителем требуют замедления нейтронов до скорости теплового движения молекул, в связи с чем они получили общее наименование "реакторов на тепловых нейтронах". Именно этим реактором и уделено в данном учебнике основное внимание.
Таблица В.З. Выработке электроэнергии на АЭС в сравнении с общейвыработкой электроэнергии, %
Таблица В.4. Мощность атомных электростанций во отдельным регионам СНГн для СНГ в целом на 1 января 1992 года, МВт
В табл. В.4 приведено состояние атомной энергетики в СНГ в настоящее время, причем так же, как и в табл. В.1, приведены данные и о реакторах на быстрых нейтронах, использование урана в зоне воспроизводства которых не требует его обогащения (аббревиатура FBR — Fast Breeder Reactor в табл. B.1 и БН в табл. В.4).
Из сопоставления табл. В.4 с табл. В.1 следует, что атомная энергетика СНГ находится на третьем месте в мире по своей мощности, то есть после США и Франции.
В связи с авариями на ряде АЭС мира была разработана под эгидой Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) Международная школа, которая введена и в нашей стране с сентября 1990 г., она содержит семь уровней:
- Незначительное происшествие.
- Происшествие средней тяжести.
- Серьезное происшествие.
- Авария в пределах АЭС.
- Авария с риском для окружающей среды.
- Тяжелая авария.
- Глобальная авария (катастрофа).
Первые три уровня называются происшествиями (инцидентами), а последние четыре — авариями. Опасность для здоровья персонала и населения, а также для окружающей среды могут представлять лишь события, относящиеся к последним четырем уровням. Так, Чернобыльская катастрофа в 1986 году — это беспрецедентная авария в атомной энергетике, приведшая к крупномасштабным воздействиям на окружающую среду и здоровье людей в больших регионах, поэтому она относится к наивысшему, седьмому уровню.
В 1979 г. произошла авария на АЭС "Три-Майл-Айленд" (США), в ходе которой была серьезно повреждена активная зона реактора. Но при наличии защитного колпака над реакторной установкой АЭС выброс радиоактивных продуктов за пределы АЭС был незначительным, что дало основание классифицировать эту аварию по пятому уровню.
В 1989 г. на испанской АЭС "Вандельос" возник пожар, который привел к повреждению систем безопасности станции. Хотя повреждений активной зоны и внешнего выброса радиоактивности не было, риск таких событий велик, что побудило экспертов отнести эту аварию к третьему уровню.
После 1954 года, когда родилась атомная энергетика, Госплан СССР планировал ее развитие только из необходимости наращивания производства электроэнергии при сокращении расходования органического топлива, без анализа надежности и безопасности отечественных атомных реакторов. Кроме того, планирование размещения атомной энергетики делалось без согласования с населением, без учета общего экономического развития региона, без учета зарубежного опыта. При проведении на АЭС различных экспериментов не был обязателен авторский надзор, не было строгого обязательного соблюдения всех технологических регламентов, что и привело к трагедии при проведении эксперимента на Чернобыльской АЭС. После этой аварии строительство ряда АЭС было прекращено, некоторые строившиеся АЭС были законсервированы, государство понесло огромные убытки, рост электроэнергетики стал отставать от планируемого уровня, а население стало протестовать против развития атомной энергетики вообще.
В отдельных странах мира отношение к развитию атомной энергетики неоднозначно. Так, США, Франция, Япония, Канада, Южная Корея безусловно считают атомную энергетику важнейшей отраслью народного хозяйства и находят соответствующую поддержку у подавляющей части населения. Эти страны развивают и будут развивать атомную энергетику, причем не только для своей страны, но и для соседних стран. Франция уже сейчас имеет наибольшую суммарную мощность АЭС в Европе. Кроме того, во Франции завершается строительство еще пяти блоков с реакторами типа PWR на общую мощность 6850 МВт. В то же время правительства ряда стран Европы под давлением общественного мнения отказываются от строительства новых АЭС и даже прекращают эксплуатацию ранее действовавших АЭС, покупая недостающую им электроэнергию у Франции. К ним относятся, например, Италия, Бельгия, Швеция и др., хотя это вовсе не означает отсутствия риска от действующей атомной энергетики Франции.
Человечество забывает, что вся его деятельность, особенно в эпоху научно-технического прогресса, связана с риском, еще до появления атомной энергетики. На ряде предприятий
игнорируют сооружение необходимых очистных сооружений. Между тем с точки зрения экологии атомная энергетика является наиболее "чистой", так как очистные объекты органически входят в состав проекта АЭС, которая не может работать без них.
Напомним, что Генеральный директор Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) проф. X. Блике считает, что "в ядерной энергетике, как и в любой другой промышленной технологии, невозможно достичь нулевого риска, т. е. полной безопасности, но риск, связанный с ядерной энергетикой, во много раз меньше, чем в любой другой отрасли техники".
Негативное отношение к развитию атомной энергетики может быть объяснено широкой осведомленностью о воздействии радиации на организм человека. Это безусловно надо иметь в виду, всемерно повышая безопасность и надежность реакторных систем. Поэтому Президент Исполнительного комитета Мировой энергетической конференции М. Буатэ полагает, что "основное направление повышения безопасности реакторных систем должно заключаться в том, чтобы при возникновении аварийных ситуаций было бы невозможно их развитие до аварии за счет незамедлительного останова реактора независимо от действия персонала".
Правительство России в начале 1993 г. приняло решение "О развитии атомной энергетики", согласно которому до 1995 года будут введены следующие реакторы ВВЭР-1000: на Балаковской АЭС (4-й блок) и на Калининской АЭС (3-й блок), предусматривается ввод еще двух блоков на Балаковской АЭС — до 2000 года 5-й блок и до 2006 года 6-й блок, предстоит сооружение к 2000 году 6-го и 7-го блоков ВВЭР-1000 на Нововоронежской АЭС. В г. Сосновый Бор будет сооружен новый блок типа ВВЭР мощностью 630 МВт повышенной безопасности. В последующем на Кольской АЭС будут установлены три реактора того же типа, что и в г. Сосновый Бор. Предстоит начать строительство новой Южноуральской АЭС с блоками типа БН, а также установка на Белоярской АЭС 4-го блока такого же типа. На более дальние сроки планируется создание новых АЭС — в Дальневосточном и Приморском краях, получит дальнейшее развитие Билибинская АТЭЦ.
nuclearfactor.ru
проект российской атомной станции нового поколения
Как ни странно, но на сегодняшний день одним из самых чистых видов энергии считается… атомная! И, в общем-то, довольно оправданно. Да, АЭС дают опасные виды отходов, но их количество сравнительно невелико, и человечество уже давно научилось их переплавлять в стеклоподобную субстанцию, которая не подвергается коррозии и может тысячелетиями храниться в подземных бункерах.
Если сравнить их опасность с теми объемами сажи и угарного газа, которые выбрасывают в воздух ТЭЦ, то атом явно безопаснее.
Новые проекты
Кроме того, энергетики во всем мире непрестанно работают, создавая электростанции на атоме нового поколения. У нас, к примеру, в не столь далеком прошлом была анонсирована АЭС-2006. Это проект совершенно новой ядерной электростанции. Если разработка и внедрение пройдут успешно, то у нас появится возможность строить значительно более мощные, но при этом безопасные АЭС. За разработку отвечал институт ядерной энергетики, специалисты которого справились со своей задачей идеально.
На сегодняшний день точно известно, что новые электростанции вызвали пристальную заинтересованность потенциальных заказчиков в Иране, а также ОАЭ. В общем-то, это неудивительно, так как у этих государств давний опыт работы с нашей страной.
Основные конструкционные особенности
Отметим, что ключевыми составляющими любой ядерной электростанции типа АЭС-2006 являются два «острова»: традиционный и ядерный. Под последним подразумеваются все конструкции и системы, обеспечивающие преобразование атомной энергии в тепловую, а также электроника и прочее оборудование, которое отвечает за безопасность данного процесса. Соответственно, традиционный "остров" – это обобщающее название механизмов и систем, которые позволяют переводить тепло в электричество. Он делится на три участка:
- Турбогенераторный.
- Электротехнический.
- Теплофикационный.
Наиболее важен турбогенераторный отсек АЭС-2006, так как именно там происходит преобразование тепловой энергии в необходимое человеку электричество. В электротехническом отделе расположены повышающие и понижающие трансформаторы, на которых оно «переделывается» под нужные для транспортировки значения.
Теплофикационный контур развит не на всех АЭС, но там, где он есть, отвечает за передачу тепловой энергии потребителям (подача горячей воды в городскую отопительную сеть, например). В настоящее время все процессы, проходящие в традиционном и ядерном "островах", находятся под постоянным контролем современных электронных систем, которые могут автоматически заглушить реактор при возникновении малейших неполадок.
Сведения об устройстве «островов»
Как нетрудно догадаться, центральное место ядерного "острова" всегда занимает реактор. Он опутан системами теплоотводов, охлаждения, электронными системами контроля и защиты. Состояние реактора ежесекундно контролируется, показания сравниваются с нормативами в автоматическом порядке. Если хоть какие-то показания резко изменяются, электроника сразу подает сигнал тревоги на пульт дежурного персонала.
В случае традиционного "острова" центральное место занимает машинный отсек. Основные его установки: турбогенератор, конденсационный тракт, установки теплофикации и прочие вспомогательные узлы. Они очень важны, так как АЭС-2006, судя по сведениям подрядчика, будет способна обеспечивать близкорасположенные населенные пункты не только электричеством, но и теплом.
Охладительная система
Собственно, она состоит из реактора и теплоносителя, непосредственно сообщающегося с блоками ядерного топлива. В ее состав входят четыре циркуляционные петли, а также один конденсационный блок. Также здесь есть несколько парогенераторов, холодильников, прочих вспомогательных элементов. Как нетрудно догадаться, первый контур – радиоактивный, так как его теплоноситель непосредственно контактирует с излучающими радиацию компонентами топлива.
Соответственно, второй контур является нерадиоактивным. Это снова парогенераторы, паропроводы, турбоагрегаты и конденсационные установки с насосами, прочие элементы. Продукты работы этого контура не представляют опасности для персонала станции и окружающей среды, так как напрямую с радиоактивным топливом или теплоносителем первого контура не контактируют.
Как это все работает?
Итак, когда теплоноситель в первом контуре проходит через активную зону реактора, она нагревается, а затем проходит через четыре дополнительные теплообменные петли. В это время происходит передача тепла второму контуру. После прохода через теплообменники первичный теплоноситель снова идет в активную зону реактора для нагрева. Циркуляция воды – принудительная, посредством насосов.
Основные отличия нового типа электростанций
Чем отличаются проекты АЭС нового типа от традиционных разновидностей такого рода станций? Самое важное отличие – полная универсальность. Электростанции полностью унифицированы для всех типов местностей и климатических условий. Предполагается возведение как на скальных основаниях, так и на мягких грунтах, в том числе и в тех регионах, где регулярно фиксируется сейсмическая активность.
Если необходимо возвести АЭС нового поколения там, где фиксируются агрессивные внешние воздействия (морская вода, сейсмическая нестабильность), то в проект просто вносятся заранее предусмотренные изменения. Сама конструкция при этом никак не изменяется.
Меры по защите окружающей среды
Новые проекты АЭС предусматривают немалое количество мер, направленных на минимизацию риска заражения окружающей среды радиаций. Это достигается за счет использования большого количества защитных систем. При строительстве основное внимание уделяется таким объектам, как:
- Реакторный отсек.
- Вспомогательное здание для резервных реакторных отсеков.
- Аварийная подстанция для электроснабжения систем станции.
- Основная турбогенераторная установка.
Реакторное здание – основное, вокруг него возводится вся инфраструктура ядерного "острова". Именно там располагается парогенераторная установка, а также холодильные установки и прочая аппаратура. Кроме того, проектом предполагается монтирование резервных генераторов на жидком топливе, которые отвечают за питание циркуляционных насосов в тех случаях, когда сама станция по причине какой-то аварии электричество уже не вырабатывает, но при этом охлаждать активную зону реактора все равно необходимо. Так что безопасность атомных станций нового поколения находится на высоте.
Прочие предосторожности
Реактор и все прилегающие к нему узлы защищены массивной двойной оболочкой, которая препятствует выходу продуктов распада и компонентов ядерного топлива из реактора в случаях аварий и прочих непредвиденных ситуаций.
Кроме того, в специальных подсобных помещениях располагаются системы глубокой очистки воды, пара, отходов. Все вентиляционные и парогенераторные установки многократно дублированы, чтобы свести к минимуму вероятность аварий и прочих неприятных происшествий. Вообще атомная станция (фото есть в этом материале) – объект, безопасности которого могут позавидовать даже армейские части и базы.
Резервы - прежде всего!
Все активные элементы безопасности подключаются к резервным источникам энергии, чтобы даже в условиях ЧП стабильность их работы не нарушалась. Здания в новых проектах отечественных АЭС располагаются на максимально возможном удалении друг от друга, так, чтобы даже в случае падения самолета ничего необратимого не произошло. Вот чем отличается АЭС-2006, проект которой мы только что рассмотрели в общих чертах.
Отличительные черты реакторного отсека
В случае новейших отечественных ядерных электростанций используется реактор марки (РУ) В-392М. Конечно, сюда относится не только сама установка, но также конденсаторы, парогенераторы, насосные станции и прочие важные технологические компоненты. Если сравнивать все это с предшествующими моделями станций, а также с разработками иностранных инженеров, то отечественное решение отличается сразу несколькими важными преимуществами:
- Был значительно повышен КПД за счет использования нового типа топлива, но при этом новые реакторы вполне могут работать и со старым.
- Использованы новейшие системы интерактивной диагностики, позволяющие получать информацию о состоянии каждого узла.
- Системы контроля над активной зоной реактора также были значительно усовершенствованы.
- Срок эксплуатации основного оборудования повышен минимум до 60 лет.
- Максимальное значение величины выгорания атомного топлива удалось увеличить сразу до 70 МВт.
- Время простоя сведено к минимуму.
Таким образом, ядерная энергетика России получила в свое распоряжение новый мощный инструмент, который позволит еще более упрочить энергетическую независимость нашей страны.
fb.ru
Атомная электростанция - «Энциклопедия»
АТОМНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ (АЭС), электростанция, на которой для получения электроэнергии используется теплота, выделяющаяся в ядерном реакторе в результате контролируемой цепной реакции деления ядер тяжёлых элементов (в основном 233U, 235U, 239Pu). Теплота, образующаяся в активной зоне ядерного реактора, передаётся (непосредственно либо через промежуточный теплоноситель) рабочему телу (преимущественно водяному пару), которое приводит в действие паровые турбины с турбогенераторами.
АЭС в принципе является аналогом обычной тепловой электростанции (ТЭС), в которой вместо топки парового котла используется ядерный реактор. Однако при сходстве принципиальных термодинамических схем ядерных и тепловых энергоустановок между ними есть и существенные различия. Основными из них являются экологические и экономические преимущества АЭС перед ТЭС: АЭС не нуждаются в кислороде для сжигания топлива; они практически не загрязняют окружающую среду сернистыми и другими газами; ядерное топливо имеет значительно более высокую теплотворную способность (при делении 1 г изотопов U или Pu высвобождается 22500 кВтч, что эквивалентно энергии, содержащейся в 3000 кг каменного угля), что резко сокращает его объёмы и расходы на транспортировку и обращение; мировые энергетические ресурсы ядерного топлива существенно превышают природные запасы углеводородного топлива. Кроме того, применение в качестве источника энергии ядерных реакторов (любого типа) требует изменения тепловых схем, принятых на обычных ТЭС, и введения в структуру АЭС новых элементов, например, биологической защиты (смотри Радиационная безопасность), системы перегрузки отработанного топлива, бассейна выдержки топлива и др. Передача тепловой энергии от ядерного реактора к паровым турбинам осуществляется посредством теплоносителя, циркулирующего по герметичным трубопроводам, в сочетании с циркуляционными насосами, образующими, так называемый реакторный контур или петлю. В качестве теплоносителей применяют обычную и тяжёлую воду, водяной пар, жидкие металлы, органические жидкости, некоторые газы (например, гелий, углекислый газ). Контуры, по которым циркулирует теплоноситель, всегда замкнуты во избежание утечки радиоактивности, их число определяется в основном типом ядерного реактора, а также свойствами рабочего тела и теплоносителя.
Реклама
На АЭС с одноконтурной схемой (рис., а) теплоноситель является также и рабочим телом, весь контур радиоактивен и потому окружён биологической защитой. При использовании в качестве теплоносителя инертного газа, например гелия, который не активируется в нейтронном поле активной зоны, биологическая защита необходима только вокруг ядерного реактора, поскольку теплоноситель не радиоактивен. Теплоноситель - рабочее тело, нагреваясь в активной зоне реактора, затем поступает в турбину, где его тепловая энергия преобразуется в механическую и далее в электрогенераторе — в электрическую. Наиболее распространены одноконтурные АЭС с ядерными реакторами, в которых теплоносителем и замедлителем нейтронов служит вода. Рабочее тело образуется непосредственно в активной зоне при нагревании теплоносителя до кипения. Такие реакторы называют кипящими, в мировой ядерной энергетике они обозначаются как BWR (Boiling Water Reactor). В России получили распространение кипящие реакторы с водяным теплоносителем и графитовым замедлителем - РБМК (реактор большой мощности канальный). Перспективным считается использование на АЭС высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов (с гелиевым теплоносителем) - ВТГР (HTGR). Кпд одноконтурных АЭС, работающих в закрытом газотурбинном цикле, может превышать 45-50%.
При двухконтурной схеме (рис., б) нагретый в активной зоне теплоноситель первого контура передаёт в парогенераторе (теплообменнике) тепловую энергию рабочему телу во втором контуре, после чего циркуляционным насосом возвращается в активную зону. Первичным теплоносителем может быть вода, жидкий металл или газ, а рабочим телом вода, превращающаяся в водяной пар в парогенераторе. Первый контур радиоактивен и окружается биологической защитой (кроме тех случаев, когда в качестве теплоносителя используется инертный газ). Второй контур обычно радиационно безопасен, поскольку рабочее тело и теплоноситель первого контура не соприкасаются. Наибольшее распространение получили двухконтурные АЭС с реакторами, в которых первичным теплоносителем и замедлителем служит вода, а рабочим телом - водяной пар. Этот тип реакторов обозначают как ВВЭР - водо-водяной энергетический реактор (PWR - Power Water Reactor). Кпд АЭС с ВВЭР достигает 40%. По термодинамической эффективности такие АЭС уступают одноконтурным АЭС с ВТГР, если температура газового теплоносителя на выходе из активной зоны превышает 700 °С.
Трёхконтурные тепловые схемы (рис., в) применяют лишь в тех случаях, когда необходимо полностью исключить контакт теплоносителя первого (радиоактивного) контура с рабочим телом; например, при охлаждении активной зоны жидким натрием его контакт с рабочим телом (водяным паром) может привести к крупной аварии. Жидкий натрий как теплоноситель применяют только в ядерных реакторах на быстрых нейтронах (FBR - Fast Breeder Reactor). Особенность АЭС с реактором на быстрых нейтронах состоит в том, что одновременно с выработкой электрической и тепловой энергии они воспроизводят делящиеся изотопы, пригодные для использования в тепловых ядерных реакторах (смотри Реактор-размножитель).
Турбины АЭС обычно работают на насыщенном или слабоперегретом паре. При использовании турбин, работающих на перегретом паре, насыщенный пар для повышения температуры и давления пропускают через активную зону реактора (по особым каналам) либо через специальный теплообменник - пароперегреватель, работающий на углеводородном топливе. Термодинамическая эффективность цикла АЭС тем выше, чем выше параметры теплоносителя, рабочего тела, которые определяются технологическими возможностями и свойствами конструкционных материалов, применяемых в контурах охлаждения АЭС.
На АЭС большое внимание уделяют очистке теплоносителя, поскольку имеющиеся в нём естественные примеси, а также продукты коррозии, накапливающиеся в процессе эксплуатации оборудования и трубопроводов, являются источниками радиоактивности. Степень чистоты теплоносителя во многом определяет уровень радиационной обстановки в помещениях АЭС.
АЭС практически всегда строят вблизи потребителей энергии, т.к. расходы на транспортировку ядерного топлива на АЭС, в отличие от углеводородного топлива для ТЭС, мало влияют на себестоимость вырабатываемой энергии (обычно ядерное топливо в энергетических реакторах заменяют на новое один раз в несколько лет), а передача как электрической, так и тепловой энергии на большие расстояния заметно повышает их стоимость. АЭС сооружают с подветренной стороны относительно ближайшего населённого пункта, вокруг неё создают санитарно-защитную зону и зону наблюдения, где проживание населения недопустимо. В зоне наблюдения размещают контрольно-измерительную аппаратуру для постоянного мониторинга окружающей среды.
АЭС - основа ядерной энергетики. Главное их назначение - производство электроэнергии (АЭС конденсационного типа) или комбинированное производство электроэнергии и тепла (атомные теплоэлектроцентрали - АТЭЦ). На АТЭЦ часть отработавшего в турбинах пара отводится в так называемые сетевые теплообменники для нагревания воды, циркулирующей в замкнутых сетях теплоснабжения. В отдельных случаях тепловая энергия ядерных реакторов может использоваться только для нужд теплофикации (атомные станции теплоснабжения - ACT). В этом случае нагретая вода из теплообменников первого-второго контуров поступает в сетевой теплообменник, где отдаёт тепло сетевой воде и затем возвращается в контур.
Одно из преимуществ АЭС по сравнению с обычными ТЭС - их высокая экологичность, сохраняющаяся при квалифицированной эксплуатации ядерных реакторов. Существующие барьеры радиационной безопасности АЭС (оболочки твэлов, корпус ядерного реактора и т.п.) предотвращают загрязнение теплоносителя радиоактивными продуктами деления. Над реакторным залом АЭС возводится защитная оболочка (контеймент) для исключения попадания в окружающую среду радиоактивных материалов при самой тяжёлой аварии - разгерметизации первого контура, расплавлении активной зоны. Подготовка персонала АЭС предусматривает обучение на специальных тренажёрах (имитаторах АЭС) для отработки действий, как в штатных, так и в аварийных ситуациях. На АЭС имеется ряд служб, обеспечивающих нормальное функционирование станции, безопасность её персонала (например, дозиметрический контроль, обеспечение санитарно-гигиенических требований и др.). На территории АЭС создают временные хранилища для свежего и отработанного ядерного топлива, для жидких и твёрдых радиоактивных отходов, появляющихся при её эксплуатации. Всё это приводит к тому, что стоимость установленного киловатта мощности на АЭС более чем на 30% превышает стоимость киловатта на ТЭС. Однако стоимость отпускаемой потребителю энергии, выработанной на АЭС, ниже, чем на ТЭС, из-за очень малой доли в этой стоимости топливной составляющей. Вследствие высокой экономичности и особенностей регулирования мощности АЭС обычно используют в базовых режимах, при этом коэффициент использования установленной мощности АЭС может превышать 80%. По мере увеличения доли АЭС в общем энергетическом балансе региона они могут работать и в манёвренном режиме (для покрытия неравномерностей нагрузки в местной энергосистеме). Способность АЭС работать длительное время без смены топлива позволяет использовать их в удалённых регионах. Разработаны АЭС, компоновка оборудования которых основана на принципах, реализуемых в судовых ядерных энергетических установках (смотри Атомоход). Такие АЭС можно разместить, например, на барже. Перспективны АЭС с ΒΤΓΡ, вырабатывающих тепловую энергию для осуществления технологических процессов в металлургическом, химическом и нефтяном производствах, при газификации угля и сланцев, в производстве синтетического углеводородного топлива. Срок эксплуатации АЭС 25-30 лет. Вывод АЭС из эксплуатации, демонтаж реактора и рекультивация её площадки до состояния «зелёной лужайки» - сложное и дорогостоящее организационно-техническое мероприятие, осуществляемое по разрабатываемым в каждом конкретном случае планам.
Первая в мире действующая АЭС мощностью 5000 кВт пущена в России в 1954 году в г. Обнинск. В 1956 году вступила в строй АЭС в Колдер-Холле в Великобритании (46 МВт), в 1957 - АЭС в Шиппингпорте в США (60 МВт). В 1976 пущена первая в мире АТЭЦ - Билибинская (Чукотский автономный округ). Массовое строительство крупных экономичных АЭС началось во 2-й половине 1960-х годов. Однако после аварии (1986) на Чернобыльской АЭС привлекательность ядерной энергетики заметно снизилась, а в ряде стран, имеющих достаточные собственные традиционные топливно-энергетические ресурсы или доступ к ним, строительство новых АЭС фактически прекратилось (Россия, США, Великобритания, ФРГ). К началу 21 века во всём мире действовало около 440 ядерных реакторов суммарной мощностью более 300 ГВт, в том числе около 110 реакторов - в США, свыше 55 - во Франции, 50 - в Японии, 35 - в Великобритании, 29 - в России. Установленная мощность крупных АЭС достигает нескольких тысяч мегаватт; например, в России - Ленинградская (4000 МВт, 1981), Курская (4000 МВт, 1986), Нововоронежская (2455 МВт, 1980), Смоленская (2000 МВт, 1985), Калининская (2000 МВт, 1986) атомные электростанции.
Лит.: Маргулова Т. Х. Атомные электрические станции. 5-е изд. М., 1994; Стерман Л. С. Тепловые и атомные электрические станции. 3-е изд. М., 2004.
В. И. Лелеков.
knowledge.su
