Преимущества атомной энергетики
В настоящее время в мире действует 191 атомная электростанция общей мощностью около 392 168 МВт. На современных атомных электростанциях используются реакторы различных типов. Например, самый мощный действующий реактор находится в Сиво, на действующей атомной электростанции на западе Франции. Блоки 1 и 2 питаются от водо-водяного ядерного реактора PVR, мощность каждого из которых составляет 1 561 МВт. Высота градирен составляет 180 метров.
Хотя атомные электростанции вызывают споры во многих странах мира, сегодня они являются единственным источником электроэнергии, способным обеспечить необходимое количество энергии. При условии соблюдения всех мер предосторожности и правильного проектирования и эксплуатации атомные электростанции могут работать бесперебойно. Преимущества такого способа получения электроэнергии очевидны:
- Экономические преимущества низких производственных затрат;
- Отсутствие вредных выбросов;
- Низкая стоимость поставок топлива;
- Возможность длительной работы в управляемом автономном режиме;
- Низкая численность оперативного персонала.
Какими бывают атомные станции
Многие люди думают, что именно радиоактивное топливо вырабатывает электроэнергию, но это не совсем так. Точнее говоря, это совсем не так.
Эксплуатацию атомной электростанции можно разделить на три основных этапа. На первом этапе энергия атомного деления преобразуется в тепловую энергию. На следующем этапе тепловая энергия преобразуется в механическую. Тогда преобразование механической энергии в электрическую становится делом техники.
Реакторы делятся на три основных типа: одноконтурные, двухконтурные, трехконтурные. Давайте сначала рассмотрим, как работает двухконтурная схема, а затем на ее примере разберем, как работают другие типы.
Как работает атомная станция
Начальным этапом производства энергии является, как я уже упоминал, реактор. Он помещается в специальный замкнутый контур, который называется первым контуром. На самом деле это большая кастрюля или, точнее, скороварка, поскольку жидкости внутри нее находятся под высоким давлением. Это повышает температуру кипения и рабочую температуру всего первого контура.
Капсула, в которой находится реактор, называется корпусом под давлением и имеет толстые стенки (не менее 15 сантиметров). Это поддерживает высокое давление внутри и препятствует выходу излучения.
Основная функция реактора заключается в выработке тепла для нагрева жидкости внутри контура. Это происходит в результате цепной реакции. В этой реакции происходит деление атомов под действием нейтронов. В этом случае после деления одного атома испускаются новые нейтроны, которые продолжают делить атомы. Таким образом, количество нейтронов продолжает увеличиваться, и все больше и больше атомов расщепляется. Происходит самоподдерживающаяся цепная реакция, но если процесс не остановить, деление выйдет из-под контроля, выделится слишком много энергии и произойдет взрыв. Фактически, именно это происходит в атомной бомбе.
Чтобы предотвратить это, внутри реактора находятся специальные борные стержни, которые очень хорошо поглощают нейтроны и останавливают реакцию. Стержни длиной в несколько метров постоянно входят и выходят из реактора, регулируя тем самым скорость деления нейтронов и, следовательно, скорость реакции. Если этот коэффициент меньше единицы, реакция замедляется, если больше — ускоряется, а если он равен единице, система сохраняет свою работу. Этот коэффициент должен быть достигнут для стабильной работы реактора.
После того, как реактор нагрел воду в первом контуре примерно до 450 градусов, она проходит через трубу теплообменника и сразу же нагревает воду во втором контуре. Он поступает в испаритель, и пар, при температуре около 350-400 градусов, вращает огромную турбину до 3000 оборотов в минуту. Именно эта турбина вырабатывает электроэнергию, которая по проводам передается в электросеть.
Полная изоляция первичного и вторичного контуров позволяет защитить технологическую жидкость и сточные воды от радиоактивного загрязнения. Таким образом, жидкость может быть легко охлаждена для дальнейшей работы, поскольку поворот турбины не является завершающим этапом работы вторичного контура.
После вращения лопастей турбины пар поступает в специальные конденсаторы, которые представляют собой большие камеры. Здесь пар охлаждается и превращается в воду.
Пока вода еще очень горячая и требует охлаждения. Для этого она напрямую или через специальный канал поступает в градирню. Это труба, которую также можно найти на месте тепловой электростанции. Его высота составляет около 70 м, он имеет большой диаметр и сужается кверху. Обычно от него поднимается облако белого пара. Многие люди думают, что это дым, но это водяной пар. Вода, близкая к температуре кипения, распыляется у основания этого дымохода и, смешиваясь с воздухом, поступающим с улицы, испаряется и охлаждает его. Средняя градирня может охлаждать до 20 000 кубических метров воды в час или 450 000 кубических метров в день.
После охлаждения вода подается обратно в систему для нагрева и испарения с помощью специальных насосов. Поскольку требуется такое большое количество воды, атомные электростанции сопровождаются довольно большими водохранилищами, а иногда и разветвленной системой каналов. Это позволяет заводу работать без сбоев.
Теперь мы можем вернуться к одноконтурным и трехконтурным атомным электростанциям. Первые имеют более простую конструкцию, поскольку в них нет второго контура, и турбина вращается непосредственно водой, нагреваемой реактором. Сложность заключается в том, что воду нужно как-то очищать, а такие установки менее экологичны.
Трехконтурная схема используется на атомных электростанциях, оснащенных реакторами на быстрых нейтронах. Они считаются более перспективными, но должны быть оснащены дополнительным контуром, исключающим контакт радиоактивного натрия с водой. Дополнительный контур содержит нерадиоактивный натрий.
Разумеется, приведенная выше схема является примерной и упрощенной. Кроме того, на станции имеются различные технические здания, командный пункт, большое количество систем безопасности, которые многократно дублируются, и другие вспомогательные системы. Кроме того, на одном предприятии имеется несколько агрегатов, что также усложняет процесс мониторинга.
На самом деле, современная установка может работать не только в автоматическом режиме, но и вообще без вмешательства человека. Это относится, по крайней мере, к процессу управления агрегатом. Человек необходим для контроля и внесения изменений в случае чрезвычайной ситуации. Риск возникновения чрезвычайной ситуации очень низок, но на всякий случай в больнице дежурят специалисты.
Самые мощные АЭС в мире
В настоящее время в мире действуют 192 атомные электростанции. Всего насчитывается 438 атомных энергоблоков. Они расположены в 31 стране мира. Соединенные Штаты являются безусловным лидером в производстве ядерной энергии. Общая мощность энергоблоков страны превышает 100 ГВт, что составляет чуть более четверти мирового производства такой энергии.
Россия занимает лишь четвертое место в рейтинге с 6% (около 25 ГВт). На втором и третьем месте находятся Франция (17% и 66 ГВт) и Япония (12% и 46 ГВт) соответственно.
В России девять действующих атомных электростанций с 33 энергоблоками. Выше перечислены самые мощные электростанции в мире, ни одна из них не российская, а самая близкая к нам находится на Украине — Запорожская АЭС (6 ГВт).
Атомная электростанция Янцзян
Чистая мощность: 4 000 МВт
Страна: Китай
Первая — относительно новая китайская АЭС «Янцзян» с четырьмя реакторами CPR-1000 с водой под давлением, каждый из которых имеет чистую мощность 1 000 МВтэ. Первый из четырех реакторов был введен в эксплуатацию в 2014 году, а четвертый и последний реактор — в 2017 году.
В 2013 году совместное предприятие Guangdong Nuclear Power объявило о расширении станции за счет двух дополнительных реакторов, которые должны быть введены в эксплуатацию в 2018 году. С двумя дополнительными реакторами чистой мощностью 1 000 МВт АЭС Янцзян станет четвертой по величине атомной электростанцией в мире.
АЭС Фукусима Даини II
Чистая мощность: 4 400 МВт.
Страна: Япония.
Японская АЭС «Фукусима Дайни» стала шестой по величине атомной электростанцией в Азии после того, как японская компания Kansai Electric Power Co объявила о планах по выводу из эксплуатации оставшихся двух реакторных блоков станции «Ой». На АЭС «Фукусима Дайни» есть четыре действующих кипящих реактора общей полезной мощностью около 1100 МВт каждый.
После катастрофического цунами, вызванного Великим землетрясением в 2011 году, все четыре реактора на АЭС «Дайни» автоматически отключились, но с тех пор были успешно восстановлены. Другое, более недавнее землетрясение в 2016 году привело к отказу некоторых систем охлаждения реакторов.
Вулсон АЭС
Чистая мощность: 4 598 МВт.
Страна: Южная Корея.
АЭС «Вулсонг» — одна из немногих атомных электростанций в мире и единственная в Южной Корее, на которой работают реакторы PHWR типа CANDU (герметичный тяжеловодный реактор), которые могут работать на различных видах топлива, включая ядерные отходы.
Всего на станции шесть ядерных реакторов, четыре из которых — старые реакторы PHWR общей мощностью 653 МВт каждый, а два — новые реакторы с водой под давлением типа OPR-1000, обозначенные Shin Wolsong-1, 2, которые были введены в эксплуатацию в 2012 и 2015 годах и имеют большую электрическую мощность 997 МВт.
АЭС Палуэль
Чистая вместимость: 5 320.
Страна: Франция.
После Каттенома, Палюэль является второй по величине атомной электростанцией во Франции (по электрической мощности). Расположенная примерно в 40 км от прибрежного города Дьепп в регионе Нормандия, она является одной из крупнейших атомных электростанций в Восточной Европе. Она имеет четыре ядерных реактора типа PWR, каждый общей мощностью 1 382 МВт.
Все реакторы были введены в коммерческую эксплуатацию в 1985-86 гг. и должны быть выведены из эксплуатации к 2026 г. На станции неоднократно возникали проблемы с охлаждением, поскольку подача холодной воды неоднократно блокировалась сезонными макроводорослями.
АЭС Каттеном (Франция)
Мощность атомной электростанции Cattenome составляет 5 448 МВт (брутто).
АЭС принадлежит и эксплуатируется компанией EDF и является седьмой по величине атомной электростанцией в мире. Чистая мощность завода составляет 5 200 МВт, что аналогично мощности завода Paluel.
АЭС состоит из четырех реакторов PWR мощностью 1 362 МВт каждый.
Строительство завода началось в 1979 году, а коммерческая эксплуатация началась в апреле 1987 года. Четвертый реактор станции был подключен к сети в 1991 году.
Ядерный объект в Каттене использует воду из реки Мозель. Четвертый энергоблок находится под контролем с февраля 2013 года.
Силовые трансформаторы блоков 1 и 3 загорелись в июне 2013 года.
Кашивадзаки-Карива
Чистая мощность: 7 965 МВт.
Страна: Япония.
Японская электростанция Касивадзаки-Карива с чистой мощностью около 7 965 мегаватт в настоящее время является крупнейшей атомной электростанцией в мире. Эта гигантская электростанция занимает площадь в 4,2 квадратных километра и имеет семь реакторных установок, две из которых — усовершенствованные реакторы с кипящей водой (ABWR).
Во всех семи реакторах в качестве топлива используется низкообогащенный уран, или НОУ, с концентрацией U 235 около 20%. Касивадзаки-Карива играет ключевую роль в экономике Японии. Такой большой размер установки имеет ряд экономических преимуществ, одним из которых является ограниченное влияние перерывов в заправке отдельных агрегатов на общую производительность установки.
Примечание Все реакторные установки были остановлены с 2011 года. Самая ранняя ожидаемая дата перезапуска установлена на апрель 2019 года.
АЭС Гравелин (Франция) — 5460 МВт
Самый мощный завод во Франции — Gravelines. Ее полная мощность достигает 5 460 МВт. АЭС была построена на берегу Северного моря, воды которого используются для охлаждения всех шести реакторов. Франция, как никакая другая страна в Европе, развивает собственные ядерные технологии и проекты и имеет на своей территории самые крупные и мощные атомные электростанции, насчитывающие более 50 ядерных реакторов.
Балаковская АЭС
Самая мощная в России атомная электростанция была введена в эксплуатацию в 1985 году. Сегодня ее полная мощность составляет 4 000 МВт. Он расположен на берегу Саратовского водохранилища, и на его долю приходится пятая часть всего производства атомной энергии в России. На заводе работает 3 770 человек. Балаковская АЭС является «пионером» всех исследований ядерного топлива в России. В целом, можно сказать, что все новейшие разработки были запущены именно здесь, на этой атомной электростанции. И только после практических испытаний здесь они были одобрены для использования на других АЭС в России и других странах.
АЭС Palo Verde (США) – 4174 МВт
Это самая мощная атомная электростанция в США. Но 4174 МВт — это не самая высокая мощность на сегодняшний день, поэтому она занимает лишь восьмое место в нашем рейтинге. Но Пало Верде уникален по-своему: это единственная в мире атомная электростанция, которая не расположена на берегу большого водоема. Концепция реакторов заключается в том, чтобы охлаждать их с помощью сточных вод из близлежащих населенных пунктов. Однако нарушение американскими инженерами традиций проектирования атомных электростанций вызывает много вопросов относительно безопасности такой станции.
АЭС Хануль (Южная Корея) — 5900 МВт
Эта электростанция расположена недалеко от города Ульджин в Южной Корее и имеет мощность 5900 МВт. Стоит отметить, что у корейцев есть еще одна атомная электростанция, Хануль, которая имеет идентичную мощность, но ожидается, что Хануль будет «доведена» до рекордных 8 700 МВт. Корейские инженеры обещают завершить работы в течение ближайших 5 лет, и тогда в нашем списке может появиться новый чемпион. Посмотрим.
Циньшань АЭС
Чистая мощность: 4101 МВт.
Страна: Китай.
Это вторая по величине атомная электростанция в Китае и восьмая по величине в Азии. Расположенная в городе Циншань, провинция Чжэцзин, станция имеет общую установленную мощность 4 310 МВт и чистую мощность 4 101 МВт. Завод разделен на три фазы; Фаза 1 состоит из небольшого ядерного реактора, первого в стране, с чистой мощностью 298 МВт.
Фаза 2, с другой стороны, состоит из водяных реакторов среднего давления мощностью 610 МВт. В 2002-2003 годах в эксплуатацию поступили два немного более крупных реактора PHWR модели CANDU (фаза 3). Она принадлежит и эксплуатируется компанией Qinshan Nuclear Power.
АЭС Касивадзаки-Карива (Япония) — 8212 МВт
В 2010 году установленная мощность японских атомных электростанций достигла 8212 МВт. Это самая мощная атомная электростанция в мире. Даже после землетрясения 2007 года, когда на станции произошла авария, после всех ремонтных работ (мощность пришлось уменьшить), этот энергетический гигант остался на первом месте в мире (на сегодняшний день она составляет 7965 МВт). После инцидента на Фукусиме электростанция была остановлена для проверки всех систем, а затем вновь запущена.
АЭС Гравлин (Франция)
Атомная станция с чистой установленной мощностью 5 460 МВт и валовой мощностью 5 706 МВт в настоящее время является шестым по величине производителем атомной энергии в мире.
АЭС расположена на севере страны и состоит из шести аналогичных установок ВВЭР, введенных в эксплуатацию в 1980-1985 годах.
Принадлежащая и эксплуатируемая французской энергетической компанией Electricite De France (EDF), атомная электростанция создала эталонный показатель в августе 2010 года, обеспечив производство 1 000 миллиардов кВт/ч электроэнергии.
АЭС Брюс (Канада) — 6232 МВт
Крупнейшей атомной электростанцией в самой Канаде и на всем североамериканском континенте является АЭС «Брюс». Он был построен в 1987 году на берегу живописного озера Гурон (провинция Онтарио). Завод огромен и занимает более 932 гектаров земли. Его 8 ядерных реакторов обеспечивают общую мощность 6232 МВт и ставят Канаду на второе место в нашем списке. Стоит отметить, что до начала 2000-х годов украинская Запорожская атомная электростанция считалась второй в мире. Но канадцы обогнали украинцев, сумев «разогнать» свои реакторы до таких высоких показателей.
АЭС Ханбит (Южная Корея)
Южнокорейская АЭС Ханбит, ранее известная как АЭС Йонгванг, в настоящее время является четвертой по величине атомной электростанцией в мире с чистой установленной мощностью 5 899 МВт и общей мощностью 6 164 МВт.
АЭС, оператором которой является Korea Hydro & Nuclear Power (KHNP), состоит из шести реакторов с водой под давлением (PWR), введенных в эксплуатацию в 1986, 1986, 1994, 1995, 2001 и 2002 годах соответственно.
Блок мощностью 1 000 МВт был остановлен из-за обнаруженных в ноябре 2012 года трещин в направляющей трубе управляющего стержня.
Блок возобновил работу в июне 2013 года после восьми месяцев ремонтных работ.
Ниндэ АЭС
Чистая мощность: 4 072 МВт.
Страна: Китай.
АЭС Ниндэ входит в число шести крупнейших атомных электростанций Китая с чистой мощностью более 3 000 МВт. В стране насчитывается 10 операционных подразделений. Обе электростанции в Ниндэ и Янцзяне играют важную роль в атомной промышленности Китая, поскольку 80% электроэнергии на них поступает из местных источников.
В настоящее время в стадии строительства находятся три реакторных установки. На втором этапе расширения станции планируется установить еще два реактора.
Запорожская АЭС (Украина) — 6000 МВт
Третьей в мире и первой в Европе по мощности является Запорожская АЭС. В 1993 году станция вышла на полную мощность, став самой мощной на всей территории бывшего СССР. Ее общая мощность составляет 6 000 МВт. Он расположен на берегу Каховского водохранилища вблизи города Энергодар Запорожской области. На заводе работает 11 500 человек. В свое время, с началом строительства этого завода, весь регион получил мощный экономический толчок, который укрепился как в социальном, так и в производственном плане.
