Что такое аэс тэс гэс: Основные принципы организации производства и потребления электроэнергии в России

Структура электрогенерации Украины. Связь производства электроэнергии с тарифами на электричество для предприятий и юридических лиц

Структура электрогенерации в Украине и ее связь с тарифами на электроэнергию.

Рассмотрим структуру генерации электроэнергии в Украине.

Объединенная энергетическая система Украины (ОЭС) — это совокупность электростанций, электрических и тепловых сетей, работающих в общем режиме производства, передачи и распределения электрической и тепловой энергии. В ОЭС Украины параллельно работают атомные (АЭС), тепловые (ТЭС) и гидроэлектростанции (ГЭС), теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), а также электростанции, работающие на альтернативных (возобновляемых) источников электроэнергии (ВИЭ) (солнечные, ветровые, био и другие) . Все они объединены магистральными электрическими сетями.
Относительно доли каждой составляющей в общей структуре генерации электроэнергии в Украине, то:

1. Атомные электростанции (АЭС) составляют 51%, они работают равномерным графиком и создают энергетическую базу в течение суток. АЭС очень медленно наращивают или уменьшают мощность, поэтому резкие маневры просто опасны. В результате атомные электростанции не могут увеличивать производство во время вечерних пиков и уменьшать его ночью, когда наступает «ночной провал» в потреблении электроэнергии.
2. Теплоэлектростанции (ТЭС) — 27%, чаще всего это маневренные мощности с быстрым реагированием на изменения потребления, чаще всего такие станции работают на сжигании угля, газа или мазута.
3. Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) — 9%, станции такого типа производят не только электрическую энергию, но и тепловую. Чаще всего она используется в городах для горячего водоснабжения и отопления.
4. Гидроэлектростанции и Гидроакумулючи электростанции (ГЭС / ГАЭС) — 5%, станции такого типа чаще всего используются для покрытия пикового потребления в энергосистеме страны. Обычно ГАЭС закачивают воду ночью, когда потребление минимальное и есть избыток электроэнергии, а сбрасывают в часы пикового спроса — в утренние и вечерние часы. Они также являются резервом, который может быстро компенсировать внезапный дефицит мощности в энергосистеме.
5. Солнечные электростанции (СЭС) — 5%, экологически чистая генерация электроэнергии осуществляется благодаря солнечном свету.
6. Ветровые электростанции (ВЭС) — 2%, также экологически чистая генерация, которая использует энергию ветра для производства электроэнергии.
7. Биостанции — 1%, для генерации электрической энергии данные станции используют биологические отходы производств и биогаз. Особенностью «зеленой» генерации является полная зависимость от погодных условий и сезонность ее генерирования.

По количественному представления производителей электроэнергии в Украине: 4 атомные электростанции; 15 теплоэлектростанций, 2 из которых остались на неподконтрольной территории; 43 ТЭЦ, 10 из которых находятся на неподконтрольной территории; основу гидроэнергетики Украины составляет каскад из 6 крупных ГЭС на Днепре, а также Ташлыкская ГАЭС на реке Южный Буг. Всего функционирует 8 ГЭС и 3 ГАЭС.

Крупнейшая украинская СЭС установлена ​​в Никопольском районе Днепровской области и она является второй по мощности СЭС в Европе, а крупнейшая украинская ВЭС находится в Запорожской области.

На сегодня в Украине самая дешевая электроэнергия — атомная и гидро, самая дорогая — «зеленая» — из солнца, ветра. В конце 2008 года в нашей стране для стимулирования развития возобновляемой энергетики со стороны государства был принят «зеленый тариф». Согласно ему электроэнергия, полученная из альтернативных источников, приобретается государством по тарифам, на порядок выше рыночной стоимости. Такая программа рассчитана до 2030 года с поэтапным снижением стоимости 1 кВт, а по ее окончании стоимость зеленой электроэнергии станет стандартной. Ожидается, что в 2030 году доля производства электроэнергии из возобновляемых источников (включая крупные гидроэлектростанции) составит около 25-30%.
Соотношение источников генерации и сбалансированность энергосистемы чрезвычайно важные для энергетической безопасности государства и должны гарантировать стабильное электроснабжение страны при различных природных, техногенных, управленческих, социально-экономических условий и внешнеполитических факторов.

Как же связаны между собой структура электрогенерации и тарифы на электроэнергию?

Централизованное управление энергосистемой обеспечивает Национальная энергетическая компания «Укрэнерго». Режим работы ОЭС определяется в соответствии с балансом производства и потребления электрической энергии, ремонтов электросетей и генерирующего оборудования. Объем электроэнергии, попадает в энергосистему, должен соответствовать объему ее потребления. Невозможно накопить электроэнергию, а затем продать потребителям. Должна быть обеспечена непрерывность одновременного процесса производства и потребления.

Итак, от чего зависит цена на электроэнергию:

1) От инструментов балансировки энергосистемы.

В течение суток нагрузка на энергосистему страны распределяется неравномерно. Утром и вечером — высокое, а ночью — резко падает. Максимальное энергопотребление приходится на утренние часы (7 — 10), когда начинает работать большинство предприятий, а также вечерние часы (19-23), когда люди массово возвращаются домой.
В то же время, украинские элтростанции производят электричество круглосуточно, а такой режим потребления (пиковый и пониженный) создает для производителей электроэнергии большие сложности. Например, ТЭС вынуждены ежедневно «запускать-останавливать» около 10 энергоблоков. Кроме того, потребление угля, нефти и газа для производства электроэнергии меньше при равномерном пользовании, а значит, помогает экономить ценные ресурсы.
Одним и один из способов управления спросом на потребление электрической мощности является переход на тарифы, дифференцированные по периодам времени, в частности, ночной тариф. Их задача — уменьшать нагрузку на сети в момент пикового использования. А экономия для потребителей обусловлена ​​дешевой «ночной» электроэнергией.

2) Цена электроэнергии зависит от текущего состояния структуры электрогенерации. Если, например, увеличивается доля производства на тепловых электростанциях, а доля дешевой атомной генерации уменьшается, то цена электроэнергии может увеличиваться.

3) Цена на электроэнергию чувствительна к сезонных колебаний спроса и сезонных изменений в структуре Электробаланс страны.

Летом всем производителям электроэнергии становится тесно на рынке, который ограничен рамками объема ее потребления. Кроме того, солнечные электростанции, которых в Украине построено много, выдают электроэнергию только днем. В то же время ветровых станций или станций на биогазе, которые могут генерировать электроэнергию круглосуточно явно недостаточно. Через такой дисбаланс производство «зеленой» электроэнергии на суточном графике выглядит так: рано утром — производство минимальное, днем ​​- максимальное, вечером — опять минимальное. Несбалансированное развитие «зеленых» электростанций в мире описывают термином «калифорнийская уточка», появившийся в 2012 году в Калифорнии благодаря форме графику для управляемой генерации для покрытия разницы между потреблением в энергосистеме и производством неуправляемой генерации из ВИЭ. Ограничивать выработку электроэнергии на солнечных электростанциях в Украине нет смысла, поскольку закон «О рынке электроэнергии» гарантирует солнечным электростанциям, что вся их электроэнергия будет выкуплена. Поэтому часто летом для реагирования на непрогнозированную генерацию СЭС / ВЭС применяют принудительное ограничение производства на АЭС, которые дают дешевую электроэнергию и задействуют ТЭС, которые производят более дорогую, чем АЭС, электроэнергию, но технически позволяют оперативно регулировать энергосистему.
Также, например, когда дождливая погода и в реках, на которых расположены гидроэлектростанции, очень много воды, то компания «Укргидроэнерго» вынуждена сбрасывать ее, производя электроэнергию не только в период пикового потребления, когда нужно балансировать энергосистему, но и в другое время суток. Это тоже влияет на цену электроэнергии.

4) Украинская энергосистема не работает изолированно — большая ее часть соединена межгосударственным линиям электропередачи с энергосистемами стран-соседей. Поэтому на цену электроэнергии на рынке также влияет экспорт / импорт электроэнергии, аварийная помощь (при необходимости) и технологические перетоки с энергосистемами соседних государств, которые неизбежно возникают, чтобы энергосистема Украины работала безопасно и стабильно.

Итак, цена на электроэнергию в Украине существенно зависит от способа решения технических задач с балансировки энергосистемы страны. А последний, к сожалению, присущи негибкость и нехватка высокоманевренных и энергоаккумулирующих мощностей.

12 реальных альтернатив ГЭС в Монголии

© Фото из личного архива. Артур Алибеков

20 Мар 2017, 05:22

В поселке Наушки в Бурятии 20 марта стартуют общественные слушания по проектам строительства ГЭС в бассейне Селенги в Монголии. Их организатор – Группа реализации проекта MINIS (Программа развития инфраструктуры горнодобывающей отрасли в Монголии, работает при поддержке Всемирного банка). Россия последовательно доказывает, что ГЭС на реке, обеспечивающей порядка 50% притока в Байкал, несут прямую угрозу для экосистемы уникального озера. Есть ли альтернативы ГЭС? Об этом в интервью проекту #СпасиБайкал рассказал независимый эксперт по устойчивому развитию гидроэнергетики Артур Алибеков.

— Монгольская сторона продолжает практически безапелляционно продвигать проекты строительства ГЭС в бассейне реки Селенга, словно только они способны решить все проблемы энергетики Монголии. Так ли это?

— Разумеется, это не совсем так. Одна из основных проблем энергетики Монголии – низкая экономическая и энергетическая эффективность работы энергосистемы, разделенной на четыре изолированных района. Главный – Центральный энергоузел. При этом в энергосистеме Монголии высокий расход топлива и электроэнергии на тепловых электростанциях, высокие потери в электросетях (эффективность генерируемых мощностей в ЦЭС в среднем не превышает 30%, расход электроэнергии на собственные нужды электростанций – 14,4%, потери в сетях – 13,7%, это в 1,7 раза больше, чем в развитых странах). Соответственно, Монголии в первую очередь необходимо рассматривать реконструкцию и техническое перевооружение существующих мощностей. Например, так, как это делается сейчас Россией на Дальнем Востоке в рамках госпрограммы, реализуемой «РусГидро».

Это – реальная альтернатива строительству любой новой генерации: нужно обеспечить обновление устаревающих фондов, а также увеличение установленной мощности и выработки ТЭЦ, что снизит или нивелирует полностью энергетическую зависимость страны от импорта из России. В первую очередь нужно сначала навести порядок в том хозяйстве, которое уже есть, а потом заниматься реализацией новых проектов.

— По некоторым прогнозам, мощности энергосистемы Монголии к 2030 году должны вырасти с нынешнего 1,1 ГВт до 3,5 ГВт. За счет каких видов генерации, на ваш взгляд, это было бы оптимально сделать?

— В планах у Монголии уже заложено строительство новых ТЭЦ суммарной установленной мощностью более 4 ГВт. Монголия богата углем, который традиционно является топливом для действующей тепловой энергетики, и эти планы представляют собой вполне адекватную альтернативу. В стране уже накоплены и компетенции, и опыт управления ТЭЦ. Но, конечно, при реализации этих проектов необходимо будет использовать современные технологии по снижению вредных выбросов в атмосферный воздух. Тем более что Монголия ратифицировала Парижское соглашение по климату.

Еще одна реальная альтернатива – ВИЭ, прежде всего, солнце и ветер. Согласно карте потенциала развития солнечной и ветровой генерации, Монголия находится в благоприятных климатических условиях для развития данных типов возобновляемой энергетики. Причем Монголия уже занимается развитием ВИЭ, но, естественно, потенциал роста в этом секторе, мягко говоря, не исчерпан. Причем его грамотное и широкое освоение не просто является одной из альтернатив, но и отлично вписывается и в концепцию устойчивого развития. Одновременно близость Китая, где сосредоточены основные производства солнечных панелей и где в целом ВИЭ развивается достаточно бурно, позволяет снизить потенциальные затраты для реализации проектов тех же СЭС.

— ВИЭ – это, все-таки, больше распределенная генерация. Есть ли, кроме новых ТЭЦ, альтернативы в виде крупных объектов производства электроэнергии?

— Да, есть. Например, мирный атом. Госкорпорация «Росатом» реализует проекты строительства АЭС по всему миру, у нее есть типовые решения для объектов атомной генерации, способных обеспечить вполне адекватную конкурентоспособность и рентабельность. Вызывает удивление, что Монголия не вела конкретных переговоров по возможности вступления в «Ядерный клуб мирного атома». И вообще не рассматривает всерьез данную альтернативу. Хотя она также имеет потенциал для более детальной проработки, тем более учитывая запасы урана в недрах Монголии, которые могут вновь стать предметом переговоров для развития данных месторождений.

— Возможно, эта альтернатива не актуальна, поскольку также зависит от сотрудничества с Россией…

— От этого Монголии все равно никуда не деться, географически мы соседи и нам нужно сотрудничать. Центральная энергосистема Монголии (ЦЭС) в принципе была спроектирована для условий совместной работы с энергосистемой СССР и предусматривала соединение с энергосистемой Сибири. Правда, достроить все ЛЭП не успели, из-за чего избыточные мощности Ангаро-Енисейского каскада ГЭС в экспорте до сих пор не используются. А могли бы служить для обеспечения маневренных мощностей и покрытия пиковых нагрузок. Но даже сейчас у ЦЭС существуют связи с энергосистемами Бурятии, Забайкалья и Красноярского края (через Туву), и потенциал поставок, по данным Минэнерго РФ, составляет 400 млн кВт/часов ежегодно. В этой связи еще одна альтернатива – это снижение цены импорта электроэнергии как из России, так и из Китая (второго соседа Монголии).

Очевидно, что Монголия предпринимала и предпринимает попытки обеспечения потребностей своей энергосистемы для снижения затрат на импорт электроэнергии. И необходимо отметить, что достигает в этом направлении определенных успехов. На мой взгляд, переговорные возможности по данному направлению еще далеко не исчерпаны. Сибирская и китайская энергосистемы обладают достаточными мощностями для энергоснабжения Монголии. Думаю, целесообразно учитывать возможности соседних связанных энергосистем и вести переговоры о взаимовыгодном компромиссе в качестве отдельной альтернативы.

— Верите ли вы в газовый сценарий?

— Использование потенциала крупного газотранспортного проекта «Сила Сибири», который реализуется как раз неподалеку от границ Монголии, также может стать реальной альтернативой проектам ГЭС в бассейне реки Селенга. В рамках этого мегапроекта планируется промышленное освоение Ковыткинского и Чаяндинского газовых месторождений, а также строительство газотранспортной инфраструктуры для организации экспорта газа и продуктов его переработки в Азию. Ковыкта — крупнейшее в Восточной Сибири по запасам газа месторождение – располагается в Иркутской области и является базовым для формирования Иркутского центра газодобычи и ресурсной базой для газопровода «Сила Сибири» наряду с месторождением в Якутии. По размеру запасов оно относится к категории уникальных: 2,5 трлн кубометров газа и 86 млн тонн газового конденсата. Планируемая проектная мощность — 25 млрд кубометров газа в год. В настоящее время месторождение находится в стадии опытно-промышленной эксплуатации. Столько же планируется добывать и на Чаяндинском месторождении.

При этом «Сила Сибири» предполагает поставку в КНР всего около 38 млрд кубометров газа в год. Соответственно, существует резервный объем, который может быть предметом переговоров для Монголии. Причем, что важно, таким образом могут быть созданы благоприятные условия для газификации Иркутской области и Бурятии. Можно с высокой степенью вероятности предположить, что это встретит поддержку жителей двух прибайкальских регионов и не нанесет урон озеру Байкал.

Расстояние от поселка Чикан, рядом с которым планируется освоение Ковыткинского месторождения, до Улан-Батора при прокладывании трассы газопровода может составить около 1000 км. Из них примерно 700 км может пройти по территории России и всего 300-400 км – по территории Монголии. Причем настоящими планами развития Иркутского центра газодобычи предполагается строительство газопровода до Иркутска. В связи с этим расстояние до Улан-Батора уменьшается примерно до 600 км, что также способствует рассмотрению данного проекта в качестве альтернативы.

Одновременно нивелируется необходимость в создании гидроэнергетических проектов в Монголии, зато открываются перспективы развития тепловой генерации, основанной на использовании газа, который является более экологичным топливом, чем уголь. Также создаются возможности для газификации населения Монголии и снижения потребления других типов энергоресурсов, а также развития транспорта, основанного на газе. Необходимо также отметить, что при участии Монголии в данном проекте для нее откроются возможности создания газоперерабатывающих и газохимических производств, что позволит создавать качественно другой уровень промышленности с созданием высокотехнологичной продукции. А это, в свою очередь сделает Монголию более привлекательной для инвестиций.

Представляется странным, что суверенное государство Монголия не ведет переговоров об участии в этом проекте, когда фактически у ее границ реализуется столь масштабное инфраструктурное строительство. КНР, к примеру, вошла в этот проект, при том что мощности добычи располагаются в нескольких тысячах километров от этой страны. В случае если Монголия включится в процессы переговоров по созданию газотранспортной системы с Россией, то сможет также выступить страной-транзитером газа в Китай. А это также – дополнительные доходы в бюджет. Представляется, что данная альтернатива решает не только энергетические проблемы Монголии, но может и в целом придать импульс развитию ее экономики. При этом для озера Байкал не будут создаваться дополнительные угрозы и риски, а используются незадействованные резервы возможностей совместного сотрудничества.

— А как быть с покрытием пиковых нагрузок, на что сейчас и идет экспорт из России?

— Вы правы, Монголия нацелена не только на создание мощностей для удовлетворения внутреннего спроса на электроэнергию, но на создание стабильной энергосистемы с наличием маневренных мощностей. Сейчас ЦЭС способна работать в основном в базовом режиме, пиковые нагрузки покрываются преимущественно за счет импорта. И именно для этой цели позиционируется строительство монгольских ГЭС в бассейне реки Селенга. Но есть ли альтернативные варианты создания маневрирующих мощностей?

В развитых странах для сбалансирования энергосистем часто используют гидроаккумулирующие электростанции. Например, в России есть Загорская ГАЭС. Такие объекты способны аккумулировать избытки электроэнергии путем включения в работу ГАЭС в насосном режиме и покрытия пиков энергопотребления путем сброса аккумулированной воды в нижний бассейн. В настоящее время, в энергосистеме Монголии, в отличии от российской, имеется возможность создать нормативно-правовую базу и все необходимое для обеспечения достаточной окупаемости проектов ГАЭС, путем оказания системных услуг. Кроме всего прочего, ГАЭС – также альтернатива и в части решения вопросов водопотребления. И вообще это более экологичное решение, не создающее угроз для ценных природных объектов. Причем построить верхний и нижний бассейны для ГАЭС можно не только в бассейне реки Селенга, но и, например, в бассейне реки Керулен и на других участках, менее привязанных к гидрологическому режиму. Создание ГАЭС может быть хорошим альтернативным вариантом балансирования энергосистемы, основанной на тепловой генерации. Причем это решение вполне часто используется в западных странах.

Другим альтернативным вариантом создания высокоманевренных мощностей может быть создание гидрогенерации в других бассейнах, не питающих озеро Байкал. Возможно, среди альтернативных вариантов целесообразно рассмотреть строительство ГЭС на реке Керулен. Кстати, трассировка водоводов от этой реки до пустыни Гоби не выглядит длиннее, чем в случае ее прокладки от реки Орхон. К тому же данная река ближе к Улан-Батору. Со стороны, к сожалению, непонятно, почему этот вариант не рассматривается в качестве альтернативы. Возможно, причины есть, но нам об этом неизвестно.

Еще одним вариантом создания маневренных мощностей для Монголии может быть строительство ГЭС в России, энергия которой могла бы быть направлена в Центральную энергосистему Монголии. В настоящее время российской законодательство адаптировано под варианты совместной реализации подобных проектов. Это может быть предметом переговоров – тем более, что в России достаточно хорошо исследован гидропотенциал и существует достаточное количество потенциальных створов для ГЭС. Одновременно существуют и крупные компании, которые могут обеспечить реализацию проекта на всех стадиях жизненного цикла. Монголия могла бы выступить инициатором строительства ГЭС, и быть акционером данной станции, решая одновременно вопросы обеспечения своей энергосистемы маневренной генерацией. Аналогичные проекты рассматривались в Амурской области Китаем и до сих пор имеют перспективы реализации.

— Хорошо. А как быть с решением проблем водообеспечения южных районов Монголии? Ведь ГЭС в Монголии хотят строить и для этого тоже…

— Думается, далеко не исчерпаны возможности добычи подземных вод в южных регионах Монголии. Так, в предварительном ТЭО на проект водоотвод «Орхон – Гоби» были рассмотрены сценарии водоснабжения, основанные на использовании как подземных, так и поверхностных источников, в том числе не только бассейна реки Орхон, но и рек Селенга, Туул и Керулен. Почему-то был выбран только сценарий, основанный на использовании бассейна Орхона.

Представляется, что развитие подземной добычи в южном регионе, а также рассмотрение вопросов изъятия дополнительных подземных вод в бассейнах других рек, таких как Керулен, может быть рассмотрена повторно в качестве реальной альтернативы. Как я уже говорил, переброска поверхностного стока из бассейна реки Керулен, например, не должна создавать угроз для озера Байкал.

Безусловным сопутствующими фактором решения вопросов водопотребления является рационализация использования существующих водных ресурсов как в южном регионе, так и во всей Монголии. Внедрение современных систем водоочистки замкнутых систем водоснабжения, снижение потерь при использовании воды может способствовать снижению остроты проблемы водообеспечения. Только если возможности повышения эффективности существующих систем водоснабжения будут исчерпаны можно задействовать новые водные ресурсы, иначе это приведет только к нерациональному их использованию.

— Какой из описанный вами сценариев вы сами считаете оптимальным и реализуемым?

— Вместо того, чтобы «ломать копья» во взаимоотношениях с Россией путем создания угроз для озера Байкал, Монголии лучше использовать незадействованные рычаги сотрудничества. Наша страна для Монголии представляет достаточно большие возможности поиска альтернативных вариантов решения проблем, которые все еще не были использованы монгольской стороной. Наиболее перспективным комплексом решений для Монголии мне представляется следующий: строительство новых ТЭЦ для повышения энергетической независимости; ответвление газопровода «Сила Сибири» и использование мощностей Ковыкты для газификации Монголии, создания ТЭС на газе, а также газоперерабатывающих и газохимических производств; строительство ГАЭС для обеспечения маневрирования мощностей энергосистемы; использование подземных водных ресурсов южного региона.

Комбинирование различных альтернативных вариантов также может быть рассмотрено в качестве отдельных комплексных альтернатив, так как в таком случае можно рассчитывать на синергетический эффект, как в случае создания комплекса АЭС/ГАЭС. Для объективного рассмотрения альтернатив необходимо в первую очередь иметь актуализированные прогнозы и данные о потребностях Монголии, основанные на современной динамике, и использовать возможности, которые концентрируются не только в Монголии, но и в странах-соседях. В любом случае, альтернативных вариантов достаточно много и ограничивается лишь желанием монгольской стороны их рассматривать. И именно монгольская сторона, по идее, должна быть инициатором переговоров по их детальному рассмотрению для решения своих внутренних проблем.

Подготовил Александр Попов

Тайга.инфо теперь и в «Одноклассниках». Присоединяйтесь, наши тексты станут еще ближе

Атомная энергия | Определение, проблемы и факты

схема атомной электростанции

Смотреть все СМИ

Ключевые люди:

Викрам Сарабхай

Похожие темы:

ядерного реактора
преобразование энергии
антиядерное движение
ядерная энергия
атомная электростанция

Просмотреть весь связанный контент →

Сводка

Прочтите краткий обзор этой темы

ядерная энергетика , электроэнергия, вырабатываемая электростанциями, которые получают тепло от деления в ядерном реакторе. За исключением реактора, который играет роль котла на электростанции, работающей на ископаемом топливе, атомная электростанция подобна большой электростанции, работающей на угле, с насосами, клапанами, парогенераторами, турбинами, электрогенераторами, конденсаторами, и сопутствующее оборудование.

Мировая ядерная энергетика

Атомная энергетика обеспечивает почти 15 процентов мировой электроэнергии. Первые атомные электростанции, представлявшие собой небольшие демонстрационные объекты, были построены в 1960-х годах. Эти прототипы обеспечили «проверку концепции» и заложили основу для разработки последующих реакторов большей мощности.

Атомная энергетика пережила период значительного роста примерно до 1990 года, когда доля электроэнергии, вырабатываемой ядерной энергетикой, достигла 17 процентов. Этот процент оставался стабильным в течение 1990-х годов и начал медленно снижаться на рубеже 21-го века, в первую очередь из-за того, что общее производство электроэнергии росло быстрее, чем производство электроэнергии из ядерной энергетики, в то время как другие источники энергии (особенно уголь и природный газ) могли расти быстрее, чтобы удовлетворить растущий спрос. Эта тенденция, вероятно, сохранится и в 21 веке. Управление энергетической информации (EIA), статистическое подразделение Министерства энергетики США, прогнозирует, что мировое производство электроэнергии в период с 2005 по 2035 год примерно удвоится (с более чем 15 000 тераватт-часов до 35 000 тераватт-часов), и что производство электроэнергии из всех источников энергии, кроме нефти, будет продолжать расти.

В 2012 году в 30 странах мира эксплуатировалось более 400 ядерных реакторов, более 60 находились в стадии строительства. В Соединенных Штатах крупнейшая ядерная энергетика с более чем 100 реакторами; за ней следует Франция, у которой их более 50. Из 15 крупнейших стран-производителей электроэнергии в мире все, кроме двух, Италии и Австралии, используют ядерную энергию для выработки части своей электроэнергии. Подавляющая часть генерирующих мощностей ядерных реакторов сосредоточена в Северной Америке, Европе и Азии. В ранний период в атомной энергетике доминировала Северная Америка (США и Канада), но в XIX в.В 80-х это лидерство обогнала Европа. EIA прогнозирует, что к 2035 году Азия будет иметь самую большую ядерную мощность, в основном из-за амбициозной программы строительства в Китае.

Типичная атомная электростанция имеет генерирующую мощность примерно в один гигаватт (ГВт; один миллиард ватт) электроэнергии. При такой мощности электростанция, работающая около 90 процентов времени (средний показатель по отрасли в США), будет генерировать около восьми тераватт-часов электроэнергии в год. Преобладающими типами энергетических реакторов являются реакторы с водой под давлением (PWR) и реакторы с кипящей водой (BWR), оба из которых относятся к категории легководных реакторов (LWR), поскольку в них используется обычная (легкая) вода в качестве замедлителя и теплоносителя. LWR составляют более 80 процентов ядерных реакторов в мире, и более трех четвертей LWR являются PWR.

Проблемы, влияющие на ядерную энергетику

Страны могут иметь ряд мотивов для развертывания атомных электростанций, включая нехватку местных энергетических ресурсов, стремление к энергетической независимости и цель ограничить выбросы парниковых газов за счет использования безуглеродного источника электричества. Преимущества применения ядерной энергии для этих целей существенны, но они сдерживаются рядом вопросов, которые необходимо учитывать, включая безопасность ядерных реакторов, их стоимость, захоронение радиоактивных отходов и потенциал ядерного топлива. цикл должен быть переключен на разработку ядерного оружия. Все эти опасения обсуждаются ниже.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подписаться сейчас

Безопасность

Безопасность ядерных реакторов стала иметь первостепенное значение после аварии на Фукусиме в 2011 году. предпринимаемые в случае серьезной аварии, основаны на безопасности, а не на затратах или политических последствиях, (3) периодически оценивать новую информацию о рисках, связанных со стихийными бедствиями, такими как землетрясения и связанные с ними цунами, и (4) предпринимать шаги для смягчения возможных последствий отключения электроэнергии на станции.

Четыре реактора, вовлеченные в аварию на Фукусиме, были реакторами BWR первого поколения, спроектированными в 1960-х годах. С другой стороны, более новые конструкции поколения III включают улучшенные системы безопасности и в большей степени полагаются на так называемые конструкции пассивной безопасности (т. серьезная авария или отключение электроэнергии на станции. Например, в конструкции Westinghouse AP1000 остаточное тепло от реактора будет отводиться водой, циркулирующей под действием силы тяжести из резервуаров, расположенных внутри защитной оболочки реактора. Системы активной и пассивной безопасности также включены в Европейский реактор с водой под давлением (EPR).

Традиционно усовершенствованные системы безопасности приводили к более высоким затратам на строительство, но конструкции с пассивной безопасностью, требующие установки гораздо меньшего количества насосов, клапанов и соответствующих трубопроводов, могут фактически привести к экономии затрат.

Атомная энергетика | TEPCO

Производство ядерной энергии использует тепловую энергию, образующуюся при расщеплении ядра урана. Эта энергия используется для производства высокотемпературного пара высокого давления из воды, кипящей внутри ядерного реактора. Затем пар приводит в действие турбину для выработки электроэнергии. Это похоже на то, как работает обычная тепловая электростанция, за исключением того, что котел заменен ядерным реактором, и требуется дополнительное оборудование для управления излучением и радиоактивными материалами.

Японские ядерные реакторы представляют собой либо реакторы с кипящей водой (BWR), либо реакторы с водой под давлением (PWR), оба типа реакторов на легкой воде. Все атомные электростанции TEPCO используют реакторы BWR.

1. Урановое топливо

Уран служит топливом для атомных электростанций с ураном-235, используемым для деления ядер. Поскольку природный уран содержит только около 0,7% урана-235, его концентрируют до тех пор, пока это соотношение не достигнет примерно 2% к 4%. Затем он подвергается различным процессам, пока его не можно будет запечь в твердые гранулы диаметром и высотой примерно 1 см каждая. Затем они загружаются в длинную трубу из сплава, называемую топливным стержнем. Многочисленные из этих стержней затем связываются вместе, чтобы создать топливную сборку. В кипящем реакторе мощностью 1,1 млн кВт 764 таких тепловыделяющих сборки загружаются в ядерный реактор.

В реакторе уран-235 поглощает нейтроны, вызывая деление ядер, что приводит к выделению большого количества тепловой энергии. В это время из ядра урана-235 испускаются два-три нейтрона. Эти нейтроны поглощаются другими ядрами урана, так что ядерное деление происходит непрерывно по такой цепочке. Таким образом, в результате таких цепных реакций ядерного деления может быть создано огромное количество тепловой энергии.

ТВЭЛы и ТВС

Корпус реактора во время загрузки топлива

2. Ядерный реактор: реактор с кипящей водой (BWR)

Ядерный реактор представляет собой устройство, извлекающее тепловую энергию, образующуюся при делении ядер. Почти все ядерные реакторы, построенные и действующие в Японии, являются легководными реакторами. Легководный реактор — это ядерный реактор, в котором тепло, создаваемое ядерным делением, извлекается в виде высокотемпературного пара высокого давления, а обычная вода (легкая вода) используется в качестве теплоносителя и замедлителя для снижения скорости нейтронов. По этим причинам это наиболее широко используемый тип реактора в мире. Хотя существует два типа реакторов, кипящая вода и вода под давлением, все объекты атомной энергетики, построенные и эксплуатируемые TEPCO, состоят из легководных реакторов кипящего типа с системой, которая напрямую направляет пар, образующийся внутри ядерного реактора, к турбинам. .

3. Турбины и генераторы

Турбины вращаются за счет энергии высокотемпературного пара высокого давления, поступающего из реактора по трубам, в результате чего генераторы, подключенные к турбинам, также вращаются и вырабатывают электричество. Динамика использования энергии пара для вращения турбин и выработки электроэнергии такая же, как и при выработке тепловой энергии.

Турбины энергоблока № 2 АЭС Кашивазаки-Карива

Конденсатор

4. Конденсаторы

Конденсаторы служат для охлаждения пара после того, как он был использован для вращения турбин, и возврата его в воду.

Конденсаторы содержат от 40 000 до 50 000 охлаждающих трубок толщиной примерно 3 см, по которым течет морская вода и которые служат для охлаждения пара, поскольку морская вода никогда не смешивается с паром. Кроме того, они служат для повышения эффективности турбины, поскольку возврат пара в воду уменьшает объем, создавая высокий уровень вакуума, что приводит к улучшению потока пара.