Резюме Ядрена енергия
1. Ядрен горивен цикъл.
2. Ядрени реактори.
3. Развитие на ядрената индустрия.
4. Проблеми със сигурността.
5. Икономика на ядрената енергетика.
6. Перспективи за развитие на ядрената енергетика.
Приложение А - таблици.
Приложение Б – Графики.
ЯДРЕНА ЕНЕРГИЯ -област на технологията, базирана на използването на реакцията на делене на атомните ядра за генериране на топлина и производство на електричество. През 1990 г. атомните електроцентрали (АЕЦ) в света са произвели 16% от електроенергията. Такива електроцентрали работят в 31 страни и са построени в още 6 страни. Ядрената енергетика е най-значима във Франция, Белгия, Финландия, Швеция, България и Швейцария, т.е. в тези индустриализирани страни, където няма достатъчно природни енергийни ресурси. Тези страни произвеждат от една четвърт до половината от електроенергията си в атомни електроцентрали. САЩ генерират само една осма от електроенергията си в атомни електроцентрали, но това е около една пета от световното им производство.
Ядрената енергия остава обект на разгорещен дебат. Привържениците и противниците на ядрената енергия рязко се различават в оценките си за нейната безопасност, надеждност и икономическа ефективност. Освен това има широко разпространено мнение за възможното изтичане на ядрено гориво от производството на електроенергия и използването му за производство на ядрени оръжия.
1. Ядрен горивен цикъл.
Ядрената енергия е сложна индустрия, която включва много индустриални процеси, които заедно образуват горивния цикъл. Съществуват различни видове горивни цикли в зависимост от вида на реактора и как протича последният етап на цикъла.
Обикновено горивният цикъл се състои от следните процеси. В мините се добива уранова руда. Рудараздробяват, за да отделят урановия диоксид, а радиоактивните отпадъци отиват на сметището. Полученият уранов оксид (жълта торта) се превръща в ураниев хексафлуорид, газообразно съединение. За да се увеличи концентрацията на уран-235, урановият хексафлуорид се обогатява в заводи за разделяне на изотопи. След това обогатеният уран се превръща обратно в твърд уранов диоксид, от който се правят горивни пелети. Горивните елементи (горивни пръти) се сглобяват от пелети, които се комбинират в възли за въвеждане в активната зона на ядрен реактор на атомна електроцентрала. Извлеченото от реактора отработено гориво е с високо ниво на радиация и след охлаждане на територията на централата се изпраща в специално хранилище. Предвижда се и обезвреждането на отпадъци с ниско ниво на радиация, които се натрупват по време на експлоатацията и поддръжката на станцията. В края на срока на експлоатация самият реактор трябва да бъде изведен от експлоатация (с дезактивация и обезвреждане на реакторните блокове). Всеки етап от горивния цикъл е регулиран по такъв начин, че да гарантира безопасността на хората и опазването на околната среда.
2. Ядрени реактори.
Промишлените ядрени реактори първоначално са били разработени само в страни с ядрени оръжия. САЩ, СССР, Великобритания и Франция активно изследваха различни варианти на ядрени реактори. Впоследствие обаче в ядрената енергетика започнаха да доминират три основни типа реактори, които се различават главно по гориво, охлаждаща течност, използвана за поддържане на необходимата температура в сърцевината, и модератор, използван за намаляване на скоростта на неутроните, освободени по време на процеса на разпадане и необходими за поддържане на верижната реакция.
Сред тях,първият(и най-често срещаният)типе реактор, захранван с обогатен уран, в който както охлаждащата течност, така имодераторът е обикновена или "лека" вода (леководен реактор). Има две основни разновидности на реактор с лека вода: реактор, в който парата, която върти турбините, се генерира директно в активната зона (реактор с кипяща вода), и реактор, в който парата се генерира във външна или втора верига, свързана с първичната верига чрез топлообменници и парогенератори (водо-воден енергиен реактор). - VVER). Разработването на леководен реактор започва още в програмите на американските въоръжени сили. Така през 50-те години на миналия век компаниите General Electric и Westinghouse разработиха леководни реактори за подводници и самолетоносачи на американския флот. Тези фирми също участваха в изпълнението на военни програми за разработване на технологии за регенерация и обогатяване на ядрено гориво. През същото десетилетие в Съветския съюз е разработен реактор с кипяща вода с графит.
Вторият типреактор, намерил практическо приложение, е газоохлаждаем реактор (с графитен забавител). Създаването му също беше тясно свързано с ранните програми за разработване на ядрени оръжия. В края на 40-те и началото на 50-те години на миналия век Великобритания и Франция, стремейки се да създадат свои собствени атомни бомби, се съсредоточиха върху разработването на реактори с газово охлаждане, които произвеждат доста ефективно оръжеен плутоний и освен това могат да работят с естествен уран.
Третият типреактор, който беше търговски успешен, е реактор, в който и охладителят, и модераторът са тежка вода, а горивото също е естествен уран. В началото на ядрената ера потенциалните ползи от реактор с тежка вода бяха изследвани в редица страни. Тогава обаче производството на такива реактори е съсредоточено главно в Канада, отчасти поради огромните й запаси от уран.
3. Развитие на ядренатаиндустрия.
След Втората световна война десетки милиарди долари бяха инвестирани в електроенергетиката по целия свят. Този строителен бум беше подхранван от бързото нарастване на търсенето на електроенергия, с темпове, които далеч изпреварваха растежа на населението и националния доход. Основен акцент бяха поставени върху топлоелектрическите централи (ТЕЦ), работещи на въглища и в по-малка степен на нефт и газ, както и на водноелектрическите централи. До 1969 г. не е имало атомна електроцентрала от промишлен тип. До 1973 г. почти всички индустриализирани страни са изчерпали ресурсите на големи водноелектрически централи. Ръстът на цените на енергията след 1973 г., бързото увеличаване на търсенето на електроенергия и нарастващата загриженост за възможността от загуба на независимостта на националната енергийна индустрия - всичко това допринесе за установяването на възгледа за ядрената енергия като единствения жизнеспособен алтернативен източник на енергия в обозримо бъдеще. Ембаргото върху арабския петрол през 1973–1974 г. породи допълнителна вълна от поръчки и оптимистични прогнози за развитието на ядрената енергетика.
Но всяка следваща година направи своите корекции в тези прогнози. От една страна, ядрената енергия имаше своите поддръжници в правителствата, в урановата индустрия, изследователските лаборатории и сред влиятелните енергийни компании. От друга страна се породи силно противопоставяне, в което се обединиха групи, защитаващи интересите на населението, чистотата на околната среда и правата на потребителите. Споровете, които продължават и до днес, са фокусирани основно около въпросите за вредното въздействие на различните етапи от горивния цикъл върху околната среда, вероятността от аварии на реактори и възможните последствия от тях, организацията на изграждането и експлоатацията на реакторите, приемливите варианти за погребване на ядрените отпадъци, потенциаласаботаж и атаки на терористи срещу атомни електроцентрали, както и въпроси за умножаване на националните и международните усилия в областта на неразпространението на ядрени оръжия.
4. Проблеми със сигурността.
Катастрофата в Чернобил и други аварии на ядрени реактори през 70-те и 80-те години на миналия век, наред с други неща, показаха ясно, че подобни аварии често са непредвидими. Например в Чернобил реакторът на 4-ти енергоблок беше сериозно повреден в резултат на рязък скок на мощността, възникнал по време на планираното му спиране. Реакторът беше в бетонна обвивка и беше оборудван със система за аварийно охлаждане и други съвременни системи за безопасност. Но на никого не му хрумна, че при изключване на реактора може да настъпи рязък скок на мощността и газообразният водород, образуван в реактора след такъв скок, смесен с въздух, ще експлодира така, че да разруши сградата на реактора. В резултат на аварията загинаха повече от 30 души, над 200 000 души в Киев и съседните региони получиха големи дози радиация, а източникът на водоснабдяване на Киев беше замърсен. На север от мястото на катастрофата - директно на пътя на радиационния облак - се намират обширните Припятски блата, които са от жизненоважно значение за екологията на Беларус, Украйна и западната част на България.
В Съединените щати предприятията, които изграждат и експлоатират ядрени реактори, също се сблъскват с много проблеми с безопасността, които забавят строителството, изискват много промени в дизайна и работните стандарти и увеличават цената и цената на електроенергията. Изглежда има два основни източника на тези трудности. Една от тях е липсата на знания и опит в този нов енергиен сектор. Другото е развитието на технологията на ядрените реактори, при което възникват нови проблеми. Ноостават стари, като корозия на тръбите на парогенератора и напукване на тръбопроводи на реактори с кипяща вода. Други проблеми с безопасността, като повреда, причинена от резки промени в потока на охлаждащата течност, не са напълно решени.
5. Икономика на ядрената енергетика.
Инвестициите в ядрена енергия, както и инвестициите в други области на производство на електроенергия, са икономически оправдани, ако са изпълнени две условия: цената на киловатчас не е повече от тази на най-евтиния алтернативен метод на производство и очакваното търсене на електроенергия е достатъчно високо, за да може произведената енергия да се продава на цена, надвишаваща себестойността. В началото на 70-те години световната икономическа перспектива изглеждаше много благоприятна за ядрената енергия: както търсенето на електроенергия, така и цените на основните горива, въглища и петрол, се покачваха бързо. Що се отнася до разходите за изграждане на атомна електроцентрала, почти всички експерти бяха убедени, че те ще бъдат стабилни или дори ще започнат да намаляват. В началото на 80-те години обаче става ясно, че тези оценки са погрешни: нарастването на търсенето на електроенергия спира, цените на природното гориво не само не растат повече, но дори започват да спадат, а изграждането на атомна електроцентрала е много по-скъпо, отколкото се очаква в най-песимистичната прогноза. В резултат ядрената енергетика навсякъде навлезе в период на сериозни икономически затруднения, като те бяха най-сериозни в страната, където тя възникна и се разви най-интензивно – в САЩ.
Ако направим сравнителен анализ на ядрената енергийна икономика на САЩ, става ясно защо тази индустрия е загубила своята конкурентоспособност. От началото на 70-те години на миналия век разходите за атомни електроцентрали са нараснали рязко. Цената на конвенционална когенерационна инсталация се състои от директнии непреки капиталови инвестиции, разходи за гориво, оперативни разходи и разходи за поддръжка. По време на живота на топлоелектрическа централа, работеща с въглища, разходите за гориво са средно 50–60% от всички разходи. При атомните електроцентрали доминират капиталните инвестиции, които представляват около 70% от всички разходи. Капиталовите разходи на новите ядрени реактори са средно много по-високи от разходите за гориво на въглищните електроцентрали през целия им живот, което отрича предимството на икономиите на гориво в случая на атомните електроцентрали.
6. Перспективи за развитие на ядрената енергетика.
Сред онези, които настояват за необходимостта от продължаване на търсенето на безопасни и икономични начини за развитие на ядрената енергия, могат да се разграничат две основни направления. Поддръжниците на първия смятат, че всички усилия трябва да бъдат насочени към премахване на общественото недоверие в безопасността на ядрените технологии. За целта е необходимо да се разработят нови реактори, които са по-безопасни от съществуващите реактори с лека вода. Тук интерес представляват два типа реактори: "технологично изключително безопасен" реактор и "модулен" високотемпературен реактор с газово охлаждане.
Прототипът на модулен газоохлаждащ реактор е разработен в Германия, както и в САЩ и Япония. За разлика от леководния реактор, конструкцията на модулния газоохлаждаем реактор е такава, че безопасността на работата му се осигурява пасивно – без преки действия на оператори или електрическа или механична защитна система. В технологично изключително безопасни реактори се използва и система за пасивна защита. Такъв реактор, чиято идея беше предложена в Швеция, изглежда не е напреднал отвъд етапа на проектиране. Но той получи силна подкрепа в САЩ сред онези, които виждат потенциалните му предимства пред модулния реактор с газово охлаждане. Но бъдещетои двата варианта са мъгливи поради несигурната им цена, трудностите при развитието и противоречивото бъдеще на самата ядрена енергия.
Привържениците на другата посока смятат, че до момента, в който развитите страни се нуждаят от нови електроцентрали, остава малко време за разработване на нови реакторни технологии. Според тях първостепенна задача е да се стимулират инвестициите в ядрената енергетика.
Но в допълнение към тези две перспективи за развитие на ядрената енергетика се формира и съвсем различна гледна точка. Тя възлага надежди на по-пълното оползотворяване на доставената енергия, възобновяемите енергийни ресурси (слънчеви батерии и др.) и енергоспестяването. Според привържениците на тази гледна точка, ако напредналите страни преминат към разработването на по-икономични източници на светлина, домакински електроуреди, отоплителна техника и климатици, тогава спестената електроенергия ще бъде достатъчна, за да се справят без всички съществуващи атомни електроцентрали. Наблюдаваното значително намаляване на потреблението на електроенергия показва, че ефективността може да бъде важен фактор за ограничаване на търсенето на електроенергия.