Аэс строительство и эксплуатации

История атомных проектов СССР и России за рубежом

ТАСС-ДОСЬЕ. 3 апреля 2019 года в Москве президент России Владимир Путин в ходе встречи с президентом Казахстана Касым-Жомартом Токаевым предложил расширить сотрудничество двух стран в энергетической сфере и построить в Казахстане атомную электростанцию по российским технологиям. Редакция ТАСС-ДОСЬЕ подготовила материал о советских и российских атомных проектах за рубежом.

СССР проводил работы по возведению АЭС в других странах с начала 1960-х годов. В октябре 1966 года была введена в эксплуатацию первая такая станция — в городе Райнсберг, ГДР (закрыта в 1990 году). В 1970-х — начале 1980-х годов производственные объединения «Атомэнергоэкспорт» и «Зарубежатомэнергострой» вели строительство АЭС в Болгарии, Финляндии, Чехословакии, Венгрии, на Кубе и т. д. Однако в начале 1990-х годов многие из этих проектов были либо приостановлены, либо полностью закрыты.

В настоящее время зарубежную деятельность в сфере атомной энергетики осуществляют компании и организации, входящие в структуру госкорпорации «Росатом» («Атомстройэкспорт», «Росатом оверсиз», «Русатом энерго интернешнл», «Русатом — международная сеть» и др.).

«Росатом» занимает первое место в мире по числу проектов строительства АЭС за рубежом — 36 энергоблоков в 12 странах (Армения, Бангладеш, Белоруссия, Венгрия, Египет, Индия, Иран, Китай, Нигерия, Турция, Узбекистан, Финляндия). Помимо сооружения АЭС Россия осуществляет экспорт ядерного топлива (РФ занимает 16% мирового рынка) и услуг в области обогащения природного урана, занимается геологоразведкой и добычей урана за рубежом, созданием исследовательских ядерных центров в разных странах и пр. По данным компании, общая стоимость портфеля зарубежных заказов на десятилетний период по итогам 2017 года превысила $133 млрд (более поздние данные не опубликованы). По сравнению с 2015 года он увеличился на 20%.

Армения (Армянская АЭС)

В Армении «Росатом» реализует проект по продлению до 2026 года срока эксплуатации второго энергоблока Армянской АЭС (реактор ВВЭР-440/270). В настоящее время это единственный действующий реактор в стране. Он обеспечивает около 40% потребляемой в республике электроэнергии. Межправительственное соглашение о модернизации станции было подписано в декабре 2014 года. 5 февраля 2015 года было заключено соглашение о предоставлении Армении государственного экспортного кредита на $270 млн и безвозмездной помощи в $30 млн (выделены в апреле того же года) для финансирования работ по продлению срока эксплуатации АЭС.

В настоящее время «Росатом» осуществляет поставки нового оборудования для модернизации энергоблока и ведет подготовительные работы. Летом 2019 года реактор будет остановлен. Модернизацию планируется завершить к декабрю 2019 года.

Бангладеш (АЭС «Руппур»)

В ноябре 2011 года Россия и Бангладеш подписали межправительственное соглашение о сотрудничестве в строительстве первой бангладешской АЭС «Руппур» (на побережье реки Ганг в округе Пабна). Станция будет оснащена двумя энергоблоками с реакторами ВВЭР-1200. В середине декабря 2015 года был заключен генеральный контракт. Генподрядчиком выступает «Атомстройэкспорт». В начале 2017 года правительство РФ предоставило Бангладеш государственный кредит в размере $11,38 млрд для финансирования основного этапа сооружения АЭС. Строительство первого энергоблока началось 30 ноября 2017 года, второгого — 14 июля 2018 года. Пуск первого блока намечен на 2023 год, второго — на 2024 год.

Белоруссия (Белорусская АЭС)

15 марта 2011 года Россия и Белоруссия подписали соглашение о сотрудничестве в строительстве первой белорусской АЭС. В июле 2012 года между российским «Атомстройэкспортом» и белорусским ГУ «Дирекция строительства атомной электростанции» был заключен генконтракт на сооружение двух энергоблоков проекта ВВЭР-1200. Общая стоимость объекта, согласно расчетам, не должна превысить $11 млрд. На сооружение АЭС РФ предоставила Белоруссии кредит в $10 млрд.

В ноябре 2013 года начались работы по строительству АЭС, недалеко от города Островец Гродненской области в 130 км к северо-западу от Минска. Первый энергоблок станции планируется ввести в эксплуатацию в 2019 году, второй — в 2020 году.

Венгрия (АЭС «Пакш»)

В настоящее время на венгерской АЭС «Пакш» (в центре страны), сооруженной в 1983-1987 годы по советскому проекту, работают четыре энергоблока с реакторами типа ВВЭР. В 2005-2009 годы «Атомстройэкспорт» осуществил программу продления срока их службы до 2032-2037 годов, их суммарная мощность была увеличена с 1760 до 2000 МВт (производят порядка 50% электроэнергии, потребляемой Венгрией) .

В январе 2014 года Россия и Венгрия подписали межправительственное соглашение о сотрудничестве в области использования атомной энергии, предусматривающее строительство силами «Росатома» третьей очереди (пятого и шестого энергоблоков) этой АЭС (проект «Пакш-2»). Контракт на постройку двух блоков ВВЭР-1200 был подписан в декабре 2014 года госкорпорацией «Росатом» и венгерской энергокомпанией MVM. Стоимость проекта «Пакш-2» оценивается в €12,5 млрд. Россия предоставила Венгрии кредит на €10 млрд. По словам главы Росатома Алексея Лихачева, сооружение планируется начать в конце 2019 года или в 2020 года. Введение в действие реакторов намечено на 2026 и 2027 годы.

Египет (АЭС «Эд-Дабаа»)

В ноябре 2015 года Россия и Египет подписали межправительственное соглашение о строительстве госкорпорацией «Росатом» первой египетской АЭС в составе четырех энергоблоков ВВЭР-1200. АЭС, получившая название «Эд-Дабаа», будет сооружена на северном побережье страны в 3,5 км от Средиземного моря (в районе города Эль-Аламейн). Стоимость контракта — $30 млрд. Большая его часть будет профинансирована за счет российского кредита (25 млрд). 11 декабря 2017 года были подписаны акты о начале работ по контрактам. Запуск первого энергоблока намечен на 2026 год. Строительство всех четырех блоков АЭС планируется завершить к 2029 году.

Индия (АЭС «Куданкулам»)

В 1998 году «Росатом» и Индийская корпорация по атомной энергии (Nuclear Power Corporation of India Limited, NPCIL) подписали соглашение о строительстве двух энергоблоков АЭС «Куданкулам» с двумя реакторами ВВЭР-1000 в штате Тамилнад. Они были построены и сданы в эксплуатацию в 2016-2017 годы.

В апреле 2014 года была достигнута договоренность о сооружении второй очереди АЭС на основе проекта ВВЭР-1000. Его стоимость — около $6,4 млрд (из них 3,4 млрд из российских кредитов). Строительство третьего блока началось в июне 2017 года, четвертого — в октябре 2017 года. Их ввод в эксплуатацию запланирован на 2020-2021 годы.

1 июня 2017 года «Атомстройэкспорт» и NPCIL подписали рамочное соглашение по строительству пятого и шестого блоков с реакторами ВВЭР-1000. 31 июля 2017 года стороны заключили контракты на первоочередные проектные работы, рабочее проектирование и поставку основного оборудования для третьей очереди.

Иран (АЭС «Бушер»)

25 августа 1992 года Россия и Иран подписали два соглашения — о сотрудничестве в мирном использовании атомной энергии и о продолжении строительства иранской АЭС недалеко от города Бушер на юге страны (начато в 1975 году западногерманским концерном, прервано в 1979 году после начала исламской революции). В 1995 году «Зарубежатомэнергострой » (в н. в. «Атомстройэкспорт») заключил контракт с Организацией по атомной энергии Ирана по достройке и реконструкции первого блока АЭС. В сентябре 2011 года он был подключен к сети, его официальная передача Ирану состоялась в сентябре 2013 года.

В ноябре 2014 года был подписан контракт на сооружение второй очереди АЭС — третьего и четвертого энергоблоков с реакторами ВВЭР-1000. Стоимость их строительства составила около $10 млрд, финансовое обеспечение взял на себя иранский заказчик — Nuclear Power Production and Development Company of Iran (NPPD). Генподрядчиком является «Атомстройэкспорт». Церемония закладки первого камня состоялась в сентябре 2016 года. В октябре 2017 года был дан старт строительно-монтажным работам на котловане основных зданий второй очереди станции. Планируется, что в эксплуатацию второй и третий блоки будут введены в 2024 году и 2026 году соответственно.

Китай (Тяньваньская АЭС)

В 1992 году Россия и Китай подписали межправительственное соглашение о совместном строительстве АЭС в провинции Цзянсу (на востоке КНР). В декабре 1997 года между «Атомстройэкспортом» и Цзянсуской корпорацией ядерной энергетики (Jiangsu Nuclear Power Corporation, JNPC) было заключено соглашение о возведении первой очереди Тяньваньской АЭС, состоящей из двух энергоблоков с реакторами ВВЭР-1000. Они были введены в эксплуатацию в 2007 году.

В ноябре 2010 года «Атомстройэкспорт» и JNPC подписали генеральный контракт на строительство второй очереди Тяньваньской АЭС (третьего и четвертого энергоблоков с реакторами ВВЭР-1000 (вступил в силу 19 августа 2011 года). Работы по возведению третьего блока начались в декабре 2012 года, энергетический пуск энергоблока и его подключение к сети успешно прошли 30 декабря 2017 года. К работе над четвертым блоком приступили в 2013 году, его пуск состоялся 27 октября 2018 года.

8 июня 2018 года подписан межправительственный протокол и рамочный контракт на сооружение энергоблоков седьмого и восьмого блоков с реакторами ВВЭР-1200, которые относятся к новейшему поколению 3+. 7 марта 2019 года был подписан генеральный контракт на сооружение этих энергоблоков (пятый и шестой блоки Китай строит по собственному проекту).

Китай (АЭС «Сюйдапу»)

8 июня 2018 года «Атомстройэкспорт» и китайская корпорация CNNC подписали протокол о сотрудничестве, а также рамочный контракт о сооружении третьего и четвертого энергоблоков АЭС «Сюйдапу» в провинции Ляонин на северо-востоке КНР. Планируется их оснащение двумя реакторами ВВЭР-1200. 7 марта 2019 года был подписан контракт на технический проект для этих блоков. Их ввод в коммерческую эксплуатацию запланирован на 2027 год и 2028 год соответственно.

Нигерия

В 2009 году было подписано российско-нигерийское соглашение о сотрудничестве в сфере мирных атомных технологий. В мае 2016 года и октябре 2017 года были подписаны соглашения, касающиеся строительства первой АЭС в стране и центра ядерных технологий с исследовательским реактором. Площадки, стоимость и типы энергоблоков еще не определены.

Турция (АЭС «Аккую»)

12 мая 2010 года Россия и Турция заключили межправительственное соглашение о строительстве первой турецкой АЭС «Аккую» в провинции Мерсин на юго-востоке страны. Документ предусматривает сооружение четырех энергоблоков с реакторами ВВЭР-1200. Проект реализуется по модели «строй-владей-эксплуатируй» (Build-Own-Operate), которая до сих пор не использовалась при строительстве атомных электростанций. Заказчиком работ, а также владельцем атомной станции, включая выработанную электроэнергию, стала российская проектная компания «Аккую нуклеар» (Akkuyu Nuclear). В настоящее время почти 100% ее акций владеют компании «Росатома». 3 апреля 2018 года состоялась церемония закладки фундамента станции. Предполагается, что 1-й энергоблок будет введен в эксплуатацию к 2023 году. Общая стоимость проекта оценивается в $22 млрд.

Узбекистан

29 декабря 2017 года Россия и Узбекистан заключили межправительственное соглашение о сотрудничестве в области использования атомной энергии в мирных целях. Соглашение о строительстве первой в Узбекистане АЭС было подписано 7 сентября 2018 года. Планируется, что она будет иметь два энергоблока с реакторами типа ВВЭР-1200. Площадка под станцию еще не определена. Приоритетными являются местности около Тудакульского водохранилища в центральной части страны и рядом с озером Айдаркуль в северо-восточной части. Планируемая дата начала строительства — 2022 год. По словам главы Агентства по развитию атомной энергетики Узбекистана Джурабека Мирзамахмудова, 1-й блок может быть запущен в 2028 году, второй — через 18 месяцев.

Финляндия (АЭС «Ханхикиви»)

В декабре 2013 года между компанией «Русатом оверсиз» (ныне — «Русатом энерго интернешнл»; компания Госкорпорации «Росатом») и финской фирмой «Фенновойма» (Fennovoima) был подписан контракт на строительство в Финляндии одноблочной АЭС «Ханхикиви» (в Пюхяйоки, область Похьойс-Похьянмаа в центральной части страны) с реактором ВВЭР-1200. Доля «Росатома» в этом проекте составляет 34%. Его общая стоимость оценивается примерно в €7 млрд. В 2016 году начались подготовительные работы на площадке АЭС. Ожидается, что строительство АЭС начнется в 2021 году, введение в строй запланировано на 2028 году.

Источник

Атомные электростанции

Атомная электростанция или сокращенно АЭС это комплекс технических сооружений, предназначенных для выработки электрической энергии путём использования энергии, выделяемой при контролируемой ядерной реакции.

Во второй половине 40-х годов, перед тем, как были закончены работы по созданию первой атомной бомбы которая была испытана 29 августа 1949 года, советские ученые приступили к разработке первых проектов мирного использования атомной энергии. Основным направлением проектов была электроэнергетика.

В мае 1950 года в районе поселка Обнинское Калужской области, начато строительство первой в мире АЭС.

Впервые электроэнергию с помощью ядерного реактора получили 20 декабря 1951 года в штате Айдахо в США.

Для проверки работоспособности генератор был подключен к четырем лампам накаливания, ни то не ожидал, что лампы зажгутся.

С этого момента человечество стало использовать энергию ядерного реактора для получения электричества.

Первые Атомные электростанции

Строительство первой в мире атомная электростанция мощностью 5 МВт было закончено в 1954 году и 27 июня 1954 года она была запущена, так начала работать Обнинская АЭС.

В 1958 была введена в эксплуатацию 1-я очередь Сибирской АЭС мощностью 100 МВт.

Строительство Белоярской промышленной АЭС началось так же в 1958 году. 26 апреля 1964 генератор 1-й очереди дал ток потребителям.

В сентябре 1964 был пущен 1-й блок Нововоронежской АЭС мощностью 210 МВт. Второй блок мощностью 350 МВт запущен в декабре 1969.

В 1973 г. запущена Ленинградская АЭС.

В других странах первая АЭС промышленного назначения была введена в эксплуатацию в 1956 в Колдер-Холле (Великобритания) ее мощность составляла 46 МВт.

В 1957 году вступила в строй АЭС мощностью 60 МВт в Шиппингпорте (США).

Мировыми лидерами в производстве ядерной электроэнергии являются:

1. США (788,6 млрд кВт•ч/год),
2. Франция(426,8 млрд кВт•ч/год),
3. Япония (273,8 млрд кВт•ч/год),
4. Германия (158,4 млрд кВт•ч/год),
5. Россия (154,7 млрдкВт•ч/год).

Классификация АЭС

Атомные электростанции можно классифицировать по нескольким направлениям:

По типу реакторов

• Реакторы на тепловых нейтронах, использующие специальные замедлители для увеличения вероятностипоглощения нейтрона ядрами атомов топлива
• Реакторы на лёгкой воде
• Реакторы на тяжёлой воде
• Реакторы на быстрых нейтронах
• Субкритические реакторы, использующие внешние источники нейтронов
• Термоядерные реакторы

По виду отпускаемой энергии

1. Атомные электростанции (АЭС), предназначенные для выработки только электроэнергии
2. Атомные теплоэлектроцентрали (АТЭЦ), вырабатывающие как электроэнергию, так и тепловую энергию

На атомных станциях, расположенных на территории России имеются теплофикационные установки, они необходимы для подогрева сетевой воды.

Виды топлива используемого на Атомных электростанциях

На атомных электростанциях возможно использование несколько веществ, благодаря которым можно выработать атомную электроэнергию, современное топливо АЭС – это уран, торий и плутоний.

Ториевое топливо сегодня не применяется в атомных электростанциях, для этого есть ряд причин.

Во-первых, его сложнее преобразовать в тепловыделяющие элементы, сокращенно ТВЭлы.

ТВЭлы — это металлические трубки, которые помещаются внутрь ядерного реактора. Внутри

ТВЭлов находятся радиоактивные вещества. Эти трубки являются хранилищами ядерного топлива.

Во-вторых, использование ториевого топлива предполагает его сложную и дорогую переработку уже после использования на АЭС.

Плутониевое топливо так же не применяют в атомной электроэнергетике, в виду того, что это вещество имеет очень сложный химический состав, система полноценного и безопасного применения еще не разработана.

Урановое топливо

Основное вещество, вырабатывающее энергию на ядерных станциях – это уран. На сегодняшний день уран добывается несколькими способами:

• открытым способом в карьерах
• закрытым в шахтах
• подземным выщелачиванием, при помощи бурения шахт.

Подземное выщелачивание, при помощи бурения шахт происходит путем размещения раствора серной кислоты в подземных скважинах, раствор насыщается ураном и выкачивается обратно.

Самые крупные запасы урана в мире находятся в Австралии, Казахстане, России и Канаде.

Самые богатые месторождения в Канаде, Заире, Франции и Чехии. В этих странах из тонны руды получают до 22 килограмм уранового сырья.

В России из одной тонны руды получают чуть больше полутора килограмм урана. Места добычи урана нерадиоактивны.

В чистом виде это вещество мало опасно для человека, гораздо большую опасность представляет радиоактивный бесцветный газ радон, который образуется при естественном распаде урана.

Подготовка урана

В виде руды уран в АЭС не используют, руда не вступает в реакцию. Для использования урана на АЭС сырье перерабатывается в порошок – закись окись урана, а уже после оно становится урановым топливом.

Урановый порошок превращается в металлические «таблетки», — он прессуется в небольшие аккуратные колбочки, которые обжигаются в течение суток при температурах больше 1500 градусов по Цельсию.

Именно эти урановые таблетки и поступают в ядерные реакторы, где начинают взаимодействовать друг с другом и, в конечном счете, дают людям электроэнергию.

В одном ядерном реакторе одновременно работают около 10 миллионов урановых таблеток.

Перед размещением урановых таблеток в реакторе они помещаются в металлические трубки из циркониевых сплавов — ТВЭлы, трубки соединяются между собой в пучки и образуют ТВС – тепловыделяющие сборки.

Именно ТВС называются топливом АЭС.

Как происходит переработка топлива АЭС

Спустя год использования урана в ядерных реакторах необходимо производить его замену.

Топливные элементы остужают в течение нескольких лет и отправляют на рубку и растворение.

В результате химической экстракции выделяются уран и плутоний, которые идут на повторное использование, из них делают свежее ядерное топливо.

Продукты распада урана и плутония направляются на изготовление источников ионизирующих излучений, их используют в медицине и промышленности.

Все, что остается после этих манипуляций, отправляется в печь для разогрева, из этой массы варится стекло, такое стекло находится в специальных хранилищах.

Топ-10 АЭС по мощности

Из остатков изготавливают стекло не для массового применения, стекло используется для хранения радиоактивных веществ.

Из стекла сложно выделить остатки радиоактивных элементов, которые могут навредить окружающей среде. Недавно появился новый способ утилизации радиоактивных отходов.

Быстрые ядерные реакторы или реакторы на быстрых нейтронах, которые работают на переработанных остатках ядерного топлива.

По подсчетам ученых, остатки ядерного топлива, которые сегодня хранятся в хранилищах, способны на 200 лет обеспечить топливом реакторы на быстрых нейтронах.

Помимо этого, новые быстрые реакторы могут работать на урановом топливе, которое делается из 238 урана, это вещество не используется в привычных атомных станциях, т.к. сегодняшним АЭС проще перерабатывать 235 и 233 уран, которого в природе осталось немного.

Таким образом, новые реакторы – это возможность использовать огромные залежи 238го урана, которые до этого не применялись.

Принцип работы АЭС

Принцип работы атомной электростанции на двухконтурном водо-водяном энергетическом реакторе (ВВЭР).

Энергия, выделяемая в активной зоне реактора, передаётся теплоносителю первого контура.

Далее теплоноситель поступает в теплообменник (парогенератор), где нагревает до кипения воду второго контура. Полученный при этом пар поступает в турбины, вращающие электрогенераторы.

На выходе из турбин, пар поступает в конденсатор, где охлаждается большим количеством воды, поступающим из водохранилища.

Компенсатор давления представляет собой довольно сложную и громоздкую конструкцию, которая служит для выравнивания колебаний давления в контуре во время работы реактора, возникающих за счёт теплового расширения теплоносителя. Давление в 1-м контуре может доходить до 160 атмосфер (ВВЭР-1000).

Помимо воды, в различных реакторах в качестве теплоносителя может применяться также расплавленный натрий или газ.

Использование натрия позволяет упростить конструкцию оболочки активной зоны реактора (в отличие от водяного контура, давление в натриевом контуре не превышает атмосферное), избавиться от компенсатора давления, но создаёт свои трудности, связанные с повышенной химической активностью этого металла.

Общее количество контуров может меняться для различных реакторов, схема на рисунке приведена для реакторов типа ВВЭР (Водо-Водяной Энергетический Реактор).

Реакторы типа РБМК (Реактор Большой Мощности Канального типа) использует один водяной контур, а реакторы БН (реактор на Быстрых Нейтронах) — два натриевых и один водяной контуры.

В случае невозможности использования большого количества воды для конденсации пара, вместо использования водохранилища, вода может охлаждаться в специальных охладительных башнях (градирнях), которые благодаря своим размерам обычно являются самой заметной частью атомной электростанции.

Устройство ядерного реактора

В ядерном реакторе используется процесс деления ядер, при котором тяжелое ядро распадается на два более мелких фрагмента.

Эти осколки находятся в очень возбужденном состоянии и испускают нейтроны, другие субатомные частицы и фотоны.

Нейтроны могут вызвать новые деления, в результате которых их излучается еще больше, и так далее.

Такой непрерывный самоподдерживающийся ряд расщеплений называется цепной реакцией.

При этом выделяется большое количество энергии, производство которой является целью использования АЭС.

Принцип работы ядерного реактора и атомной электростанции таков, что коло 85% энергии расщепления высвобождается в течение очень короткого промежутка времени после начала реакции.

Остальная часть вырабатывается в результате радиоактивного распада продуктов деления, после того как они излучили нейтроны.

Радиоактивный распад является процессом, при котором атом достигает более стабильного состояния. Он продолжается и после завершения деления.

Основные элементы ядерного реактора

• Ядерное топливо: обогащённый уран, изотопы урана и плутония. Чаще всего используется уран 235;
• Теплоноситель для вывода энергии, которая образуется при работе реактора: вода, жидкий натрий и др.;
• Регулирующие стержни;
• Замедлитель нейтронов;
• Оболочка для защиты от излучения.

Принцип действия ядерного реактора

В активной зоне реактора располагаются тепловыделяющие элементы (ТВЭЛ) – ядерное топливо.

Они собраны в кассеты, включающие в себя по несколько десятков ТВЭЛов. По каналам через каждую кассету протекает теплоноситель.

ТВЭЛы регулируют мощность реактора. Ядерная реакция возможна только при определённой (критической) массе топливного стержня.

Масса каждого стержня в отдельности ниже критической. Реакция начинается, когда все стержни находятся в активной зоне. Погружая и извлекая топливные стержни, реакцией можно управлять.

Итак, при превышении критической массы топливные радиоактивные элементы, выбрасывают нейтроны, которые сталкиваются с атомами.

В результате образуется нестабильный изотоп, который сразу же распадается, выделяя энергию, в виде гамма излучения и тепла.

Частицы, сталкиваясь, сообщают кинетическую энергию друг другу, и количество распадов в геометрической прогрессии увеличивается.

Это и есть цепная реакция — принцип работы ядерного реактора. Без управления она происходит молниеносно, что приводит к взрыву. Но в ядерном реакторе процесс находится под контролем.

Таким образом, в активной зоне выделяется тепловая энергия, которая передаётся воде, омывающей эту зону (первый контур).

Здесь температура воды 250-300 градусов. Далее вода отдаёт тепло второму контуру, после этого – на лопатки турбин, вырабатывающих энергию.

Преобразование ядерной энергии в электрическую можно представить схематично:

• Внутренняя энергия уранового ядра
• Кинетическая энергия осколков распавшихся ядер и освободившихся нейтронов
• Внутренняя энергия воды и пара
• Кинетическая энергия воды и пара
• Кинетическая энергия роторов турбины и генератора
• Электрическая энергия

Активная зона реактора состоит из сотен кассет, объединенных металлической оболочкой. Эта оболочка играет также роль отражателя нейтронов.

Среди кассет вставлены управляющие стержни для регулировки скорости реакции и стержни аварийной защиты реактора.

Далее, вокруг отражателя устанавливается теплоизоляция. Поверх теплоизоляции находится защитная оболочка из бетона, которая задерживает радиоактивные вещества и не пропускает их в окружающее пространство.

Атомная станция теплоснабжения

Первые проекты таких станций были разработаны ещё в 70-е годы XXвека, но из-за наступивших в конце 80-х годов экономических потрясений и жёсткого противодействия общественности, до конца ни один из них реализован не был.

Исключение составляют Билибинская АЭС небольшой мощности, она снабжает теплом и электричеством посёлок Билибино в Заполярье (10 тыс. жителей) и местные горнодобывающие предприятия, а также оборонные реакторы (они занимаются производством плутония):

• Сибирская АЭС, поставляющая тепло в Северск и Томск.
• Реактор АДЭ-2 на Красноярском горно-химического комбинате, с 1964 г．поставляющий тепловую и электрическую энергию для города Железногорска.

На момент кризиса было начато строительство нескольких АСТ на базе реакторов, аналогичных ВВЭР-1000:

• Воронежская АСТ
• Горьковская АСТ
• Ивановская АСТ (только планировалась)

Строительство этих АСТ было остановлено во второй половине 1980-х или начале 1990-х годов.

В 2006 году концерн «Росэнергоатом» планировал построить плавучую АСТ для Архангельска, Певека и других заполярных городов на базе реакторной установки КЛТ-40, используемой на атомных ледоколах.

Имеется проект, строительства необслуживаемой АСТ на базе реактора «Елена», и передвижной (железнодорожным транспортом) реакторной установки «Ангстрем»

Недостатки и преимущества АЭС

Любой инженерный проект имеет свои положительные и отрицательные стороны.

Положительные стороны атомных станций:

• Отсутствие вредных выбросов;
• Выбросы радиоактивных веществ в несколько раз меньше угольной эл. станции аналогичной мощности (золаугольных ТЭС содержит процент урана и тория, достаточный для их выгодного извлечения);
• Небольшой объём используемого топлива и возможность его повторного использования после переработки;
• Высокая мощность: 1000—1600 МВт на энергоблок;
• Низкая себестоимость энергии, особенно тепловой.

Отрицательные стороны атомных станций:

• Облучённое топливо опасно, требует сложных и дорогих мер по переработке и хранению;
• Нежелателен режим работы с переменной мощностью для реакторов, работающих на тепловых нейтронах;
• Последствия возможного инцидента крайне тяжелые, хотя его вероятность достаточно низкая;
• Большие капитальные вложения, как удельные, на 1 МВт установленной мощности для блоков мощностью менее 700—800 МВт, так и общие, необходимые для постройки станции, её инфраструктуры, а также в случае возможной ликвидации.

Научные разработки в сфере атомной энергетики

Конечно, имеются недостатки и опасения, но при этом атомная энергия представляется самой перспективной.

Альтернативные способы получения энергии, за счёт энергии приливов, ветра, Солнца, геотермальных источников и др. в настоящее время имеют не высокий уровнем получаемой энергии, и её низкой концентрацией.

Необходимые виды получения энергии, имеют индивидуальные риски для экологии и туризма, например производство фотоэлектрических элементов, которое загрязняет окружающую среду, опасность ветряных станций для птиц, изменение динамики волн.

Ученые разрабатывают международные проекты ядерных реакторов нового поколения, например ГТ-МГР, которые позволят повысить безопасность и увеличить КПД АЭС.

Россия начала строительство первой в мире плавающей АЭС, она позволяет решить проблему нехватки энергии в отдалённых прибрежных районах страны.

США и Япония ведут разработки мини-АЭС, с мощностью порядка 10-20 МВт для целей тепло и электроснабжения отдельных производств, жилых комплексов, а в перспективе — и индивидуальных домов.

Уменьшение мощности установки предполагает рост масштабов производства. Малогабаритные реакторы создаются с использованием безопасных технологий, многократно уменьшающих возможность утечки ядерного вещества.

Производство водорода

Правительством США принята Атомная водородная инициатива. Совместно с Южной Кореей ведутся работы по созданию атомных реакторов нового поколения, способных производить в больших количествах водород.

INEEL (Idaho National Engineering Environmental Laboratory) прогнозирует, что один энергоблок атомной электростанции следующего поколения, будет производить ежедневно водород, эквивалентный 750000 литров бензина.

Финансируются исследования возможностей производства водорода на существующих атомных электростанциях.

Термоядерная энергетика

Ещё более интересной, хотя и относительно отдалённой перспективой выглядит использование энергии ядерного синтеза.

Термоядерные реакторы, по расчётам, будут потреблять меньше топлива на единицу энергии, и как само это топливо (дейтерий, литий, гелий-3), так и продукты их синтеза нерадиоактивны и, следовательно, экологически безопасны.

В настоящее время при участии России, на юге Франции ведётся строительство международного экспериментального термоядерного реактора ITER.

Что такое КПД

Коэффициент полезного действия (КПД) — характеристика эффективности системы или устройства в отношении преобразования или передачи энергии.

Определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой. КПД является безразмерной величиной и часто измеряется в процентах.

КПД атомной электростанции

Наиболее высокий КПД (92-95%) – достоинство гидроэлектростанций. На них генерируется 14% мировой электро мощности.

Однако, этот тип станций наиболее требователен к месту возведения и, как показала практика, весьма чувствителен к соблюдению правил эксплуатации.

Пример событий на Саяно-Шушенской ГЭС показал, к каким трагическим последствиям может привести пренебрежение правилами эксплуатации в стремлении снизить эксплуатационные издержки.

Высоким КПД (80%) обладают АЭС. Их доля в мировом производстве электроэнергии составляет 22%.

Но АЭС требуют повышенного внимания к проблеме безопасности, как на стадии проектирования, так и при строительстве, и во время эксплуатации.

Малейшие отступления от строгих регламентов обеспечения безопасности для АЭС, чревато фатальными последствиями для всего человечества.

Пример тому авария на АЭС в Чернобыле и японское землетрясение в марте 2011 года, приведшее к аварии на АЭС, расположенной на острове Хонсю, в городе Окума, префектуры Фукусима.

Кроме непосредственной опасности в случае аварии, использование АЭС сопровождается проблемами безопасности, связанными с утилизацией или захоронением отработанного ядерного топлива.

КПД тепловых электростанций не превышает 34%, на них вырабатывается до шестидесяти процентов мировой электроэнергии.

Кроме электроэнергии на тепловых электростанциях производится тепловая энергия, которая в виде горячего пара или горячей воды может передаваться потребителям на расстояние в 20-25 километров. Такие станции называют ТЭЦ (Тепло Электро Централь).

ТЕС и ТЕЦ не дорогие в строительстве, но если не будут приняты специальные меры, они неблагоприятно воздействуют на окружающую среду.

Неблагоприятное воздействие на окружающую среду зависит от того, какое топливо применяется в тепловых агрегатах.

Наиболее вредны продукты сгорания угля и тяжёлых нефтепродуктов, природный газ менее агрессивен.

ТЭС являются основными источниками электроэнергии на территории России, США и большинства стран Европы.

Однако, есть исключения, например, в Норвегии электроэнергия вырабатывается в основном на ГЭС, а во Франции 70% электроэнергии генерируется на атомных станциях.

Первая электростанция в мире

Самая первая центральная электростанция, the Pearl Street, была сдана в эксплуатацию 4 сентября 1882 года в Нью-Йорке.

Станция была построена при поддержке Edison Illuminating Company, которую возглавлял Томас Эдисон.

На ней были установлены несколько генераторов Эдисона общей мощностью свыше 500 кВт.

Станция снабжала электроэнергией целый район Нью-Йорка площадью около 2,5 квадратных километров.

Станция сгорела дотла в 1890году, сохранилась только одна динамо-машина, которая сейчас находится в музее the Greenfield Village, Мичиган.

30 сентября 1882 года заработала первая гидроэлектростанция the Vulcan Street в штате Висконсин. Автором проекта был Г.Д. Роджерс, глава компании the Appleton Paper & Pulp.

На станции был установлен генератор с мощностью приблизительно 12.5 кВт. Электричества хватало на дом Роджерса и на две его бумажные фабрики.

Электростанция Gloucester Road. Брайтон был одним из первых городов в Великобритании с непрерывным электроснабжением.

В 1882 году Роберт Хаммонд основал компанию Hammond Electric Light , а 27 февраля 1882 года он открыл электростанцию Gloucester Road.

Станция состояла из динамо щетки, которая использовалась, чтобы привести в действие шестнадцать дуговых ламп.

В 1885 году электростанция Gloucester была куплена компанией Brighton Electric Light. Позже на этой территории была построена новая станция, состоящая из трех динамо щеток с 40 лампами.

Электростанция Зимнего дворца

В 1886 году в одном из внутренних дворов Нового Эрмитажа была построена электростанция.

Автором проекта выступил техник дворцового управления Василий Леонтьевич Пашков.

Электростанция была крупнейшей во всей Европе, не только на момент постройки, но и на протяжении последующих 15 лет.

Ранее для освещения Зимнего дворца использовались свечи, с 1861 года начали использовать газовые светильники. Так как электролампы имели большее преимущество, были начаты разработки по внедрению электроосвещения.

Прежде чем здание было полностью переведено на электричество, освещении при помощи ламп использовали для освещения дворцовых зал во время рождественских и новогодних праздников 1885 года.

9 ноября 1885 года, проект строительства «фабрики электричества» был одобрен императором Александром III. Проект включал электрификацию Зимнего дворца, зданий Эрмитажа, дворовой и прилегающей территории в течение трех лет до 1888 года.

Была необходимость исключить возможность вибрации здания от работы паровых машин, размещение электростанции предусмотрели в отдельном павильоне из стекла и металла. Его разместили во втором дворе Эрмитажа, с тех пор называемом «Электрическим».

Как выглядела станция

Здание станции занимало площадь 630 м², состояло из машинного отделения с 6 котлами, 4 паровыми машинами и 2 локомобилями и помещения с 36 электрическими динамо-машинами. Общая мощность достигала 445 л.с.

Первыми осветили часть парадных помещений:

• Аванзал
• Петровский зал
• Большой фельдмаршальский зал
• Гербовый зал
• Георгиевский зал

Было предложено три режима освещения:

• полное (праздничное) включать пять раз в году (4888 ламп накаливания и 10 свечей Яблочкова);
• рабочее – 230 ламп накаливания;
• дежурное (ночное) – 304 лампы накаливания.
  Станция потребляла около 30 тыс. пудов (520 т) угля в год.

Крупные ТЭС, АЭС и ГЭС России

Крупнейшие электростанции России по федеральным округам:

Центральный:

• Костромская ГРЭС, которая работает на мазуте;
• Рязанская станция, основным топливом для которой является уголь;
• Конаковская, которая может работать на газе и мазуте;

Уральский:

• Сургутская 1 и Сургутская 2. Станции, которые являются одними из самых крупных электростанций РФ. Обе они работают на природном газе;
• Рефтинская, функционирующая на угле и являющаяся одной из крупнейших электростанций на Урале;
• Троицкая, также работающая на угле;
• Ириклинская, главным источником топлива для которой является мазут;

Приволжский:

Сибирский ФО:

Южный:

• Ставропольская, которая также может работать на совмещенном топливе в виде газа и мазута;

Северо-Западный:

Список электростанций России, которые вырабатывают энергию при помощи воды, расположены на территории Ангаро-Енисейского каскада:

Енисей:

Ангара:

Атомные электростанции России

Балаковская АЭС

Расположена рядом с городом Балаково, Саратовской области, на левом берегу Саратовского водохранилища. Состоит из четырёх блоков ВВЭР-1000, введённых в эксплуатацию в 1985, 1987, 1988 и 1993 годах.

Балаковская АЭС — одна из четырёх крупнейших в России АЭС, одинаковой мощностью по 4000 МВт.

Ежегодно она вырабатывает более 30 миллиардов кВт•ч электроэнергии. В случае ввода в строй второй очереди, строительство которой было законсервировано в 1990-х, станция могла бы сравняться с самой мощной в Европе Запорожской АЭС.

Белоярская АЭС

Белоярская АЭС расположена в городе Заречный, в Свердловской области, вторая промышленная атомная станция в стране (после Сибирской).

На станции были сооружены четыре энергоблока: два с реакторами на тепловых нейтронах и два с реактором на быстрых нейтронах.

В настоящее время действующими энергоблоками являются 3-й и 4-й энергоблоки с реакторами БН-600 и БН-800 электрической мощностью 600 МВт и 880 МВт соответственно.

БН-600 сдан в эксплуатацию в апреле 1980 — первый в мире энергоблок промышленного масштаба с реактором на быстрых нейтронах.

БН-800 сдан в промышленную эксплуатацию в ноябре 2016 г. Он также является крупнейшим в мире энергоблоком с реактором на быстрых нейтронах.

Билибинская АЭС

Расположена рядом с городом Билибино Чукотского автономного округа. Состоит из четырёх блоков ЭГП-6 мощностью по 12 МВт, введённых в эксплуатацию в 1974 (два блока), 1975 и 1976 годах.

Вырабатывает электрическую и тепловую энергию.

Калининская АЭС

Калининская АЭС — одна из четырёх крупнейших в России АЭС, одинаковой мощностью по 4000 МВт.

Расположена на севере Тверской области, на южном берегу озера Удомля и около одноимённого города.

Состоит из четырёх энергоблоков, с реакторами типа ВВЭР-1000, электрической мощностью 1000 МВт, которые были введены в эксплуатацию в 1984, 1986, 2004 и 2011 годах.

4 июня 2006 года было подписано соглашение о строительстве четвёртого энергоблока, который ввели в строй в 2011 году.

Кольская АЭС

Кольская АЭС расположена рядом с городом Полярные Зори Мурманской области, на берегу озера Имандра.

Состоит из четырёх блоков ВВЭР-440, введённых в эксплуатацию в 1973, 1974, 1981 и 1984 годах.
Мощность станции — 1760 МВт.

Курская АЭС

Курская АЭС — одна из четырёх крупнейших в России АЭС, одинаковой мощностью по 4000 МВт.

Расположена рядом с городом Курчатов Курской области, на берегу реки Сейм.

Состоит из четырёх блоков РБМК-1000, введённых в эксплуатацию в 1976, 1979, 1983 и 1985 годах.

Мощность станции — 4000 МВт.

Ленинградская АЭС

Ленинградская АЭС — одна из четырёх крупнейших в России АЭС, одинаковой мощностью по 4000 МВт.

Расположена рядом с городом Сосновый Бор Ленинградской области, на побережье Финского залива.

Состоит из четырёх блоков РБМК-1000, введённых в эксплуатацию в 1973, 1975, 1979 и 1981 годах.

Мощность станции — 4 ГВт. В 2007 году выработка составила 24,635 млрд кВт•ч.

Нововоронежская АЭС

Расположена в Воронежской области рядом с городом Воронеж, на левом берегу реки Дон. Состоит из двух блоков ВВЭР.

На 85 % обеспечивает Воронежскую область электрической энергией, на 50 % обеспечивает город Нововоронеж теплом.

Мощность станции (без учёта Нововоронежской АЭС-2) — 1440 МВт.

Ростовская АЭС

Расположена в Ростовской области около города Волгодонск. Электрическая мощность первого энергоблока составляет 1000 МВт, в 2010 году подключен к сети второй энергоблок станции.

В 2001—2010 годах станция носила название «Волгодонская АЭС», с пуском второго энергоблока АЭС станция была официально переименована в Ростовскую АЭС[38].

В 2008 году АЭС произвела 8,12 млрд кВт-час электроэнергии. Коэффициент использования установленной мощности (КИУМ) составил 92,45 %. С момента пуска (2001) выработала свыше 60 млрд кВт-час электроэнергии.

Смоленская АЭС

Расположена рядом с городом Десногорск Смоленской области. Станция состоит из трёх энергоблоков, с реакторами типа РБМК-1000, которые введены в эксплуатацию в 1982, 1985 и 1990 годах.

В состав каждого энергоблока входят: один реактор тепловой мощностью 3200 МВт и два турбогенератора электрической мощностью по 500 МВт каждый.

Атомные электростанции США

АЭС Шиппингпорт с номинальной мощностью 60 МВт, открыта в 1958 году в штате Пенсильвания. После 1965 года произошло интенсивное сооружение атомных электростанций по всей территории Штатов.

Основная часть атомных станций Америки была сооружена в дальнейшие после 1965 года 15 лет, до наступления первой серьезной аварии на АЭС на планете.

Если в качестве первой аварии вспоминается авария на Чернобыльской АЭС, то это не так.

Первая авария произошла в штате Пенсильвания на станции Три-Майл-Айленд 28 марта 1979 года.

Причиной аварии стали нарушения в системе охлаждения реактора и многочисленные ошибки обслуживающего персонала. В итоге расплавилось ядерное топливо. На устранение последствий аварии ушло около одного миллиарда долларов, процесс ликвидации занял 14 лет.

После авария правительство Соединенных Штатов Америки откорректировало условия безопасности функционирования всех АЭС в государстве.

Это соответственно привело к продолжению периода строительства и значительному подорожанию объектов «мирного атома». Такие изменения затормозили развитие общей индустрии в США.

В конце двадцатого века в Соединенных Штатах было104 работающих реактора. На сегодняшний день США занимают первое место на земле по численности ядерных реакторов.

С начала 21 столетия в Америке было остановлено четыре реактора в 2013 году, и начато строительство ещё четырех.

Фактически на сегодняшний момент в США функционирует 100 реакторов на 62 атомных электростанциях, которыми производится 20% от всей энергии в государстве.

Последний сооруженный реактор в США был введен в эксплуатацию в 1996 году на электростанции Уотс-Бар.

Власти США в 2001 году приняли новое руководство по энергетической политике. В нее внесен вектор развития атомной энергетики, посредствам разработки новых видов реакторов, с более подходящим коэффициентом экономности, новых вариантов переработки отслужившего ядерного топлива.

В планах до 2020 года было сооружение нескольких десятков новых атомных реакторов, совокупной мощностью 50 000 МВт. Кроме того, достичь поднятия мощности уже имеющихся АЭС приблизительно на 10 000 МВт.

США — лидер по количеству атомных станций в мире

Благодаря внедрению данной программы, в Америке в 2013 году было начато строительство четырех новых реакторов – два из которых на АЭС Вогтль, а два других на Ви-Си Саммер.

Эти четыре реактора новейшего образца – АР-1000, производства Westinghouse.

Источник