Атомные электростанции

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

 

УО «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 

ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

Кафедра технологии важнейших отраслей промышленности

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

На тему:

Атомные электрические станции.

 

 

 

 

 

 

 

 

ВЫПОЛНИЛ:

Студент ФФБД,                                                                                         А.В. Святкин

1 курс, ДФУ-1

 

 

 

 

 

Проверила М.В. Михадюк

 

 

 

 

 

 

 

Минск 2012

 

Содержание

Введение                                                                                                                           3

 

1. История АЭС                                                                                                           3-4
2. Типы атомных электростанций                                                                          4-6
3. Достоинства и недостатки АЭС                                                                           6-7
4. Требования к экономическим параметрам АЭС                                             7-9
5. Особенности использования АЭС в Белорусской энергосистеме               9-13
6. Возможные варианты АЭС для условий Республики Беларусь               13-15
7. Заключение                                                                                                           15
8. Список использованных источников                                                                16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Ядерная энергетика (Атомная энергетика) — это отрасль энергетики, занимающаяся производством электрической и  тепловой энергии путём преобразования ядерной энергии.

Обычно для получения ядерной  энергии используют цепную ядерную  реакцию деления ядер урана-235 или  плутония. Ядра делятся при попадании  в них нейтрона, при этом получаются новые нейтроны и осколки деления. Нейтроны деления и осколки деления  обладают большой кинетической энергией. В результате столкновений осколков с другими атомами эта кинетическая энергия быстро преобразуется в  тепло.

Ядерная энергия производится в  атомных электрических станциях, используется на атомных ледоколах, атомных подводных лодках; США  осуществляют программу по созданию ядерного двигателя для космических  кораблей, кроме того, предпринимались  попытки создать ядерный двигатель  для самолётов (атомолётов) и «атомных»  танков.

Мировыми лидерами в производстве ядерной электроэнергии являются: США (836,63 млрд кВт·ч/год), Франция (439,73 млрд кВт·ч/год), Япония (263,83 млрд кВт·ч/год), Россия (160,04 млрд кВт·ч/год), Корея (142,94 млрд кВт·ч/год) и Германия (140,53 млрд кВт·ч/год). В мире действует 441 энергетический ядерный реактор общей мощностью 374,692 ГВт, российская компания «ТВЭЛ» поставляет топливо для 76 из них (17 % мирового рынка)[7].

 

1. История

 

Во второй половине 40-х гг., ещё  до окончания работ по созданию первой советской атомной бомбы (её испытание  состоялось 29 августа 1949 года), советские  учёные приступили к разработке первых проектов мирного использования  атомной энергии, генеральным направлением которого сразу же стала электроэнергетика.

В 1948 г. по предложению И. В. Курчатова  и в соответствии с заданием партии и правительства начались первые работы по практическому применению энергии атома для получения  электроэнергии.

В мае 1950 года близ посёлка Обнинское  Калужской области начались работы по строительству первой в мире АЭС.

Первая в мире промышленная атомная  электростанция мощностью 5 МВт была запущена 27 июня 1954 в СССР, в городе Обнинск, расположенном в Калужской  области. В 1958 была введена в эксплуатацию 1-я очередь Сибирской АЭС мощностью 100 МВт, впоследствии полная проектная  мощность была доведена до 600 МВт. В  том же году развернулось строительство  Белоярской промышленной АЭС, а 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.

За пределами СССР первая АЭС  промышленного назначения мощностью 46 МВт была введена в эксплуатацию в 1956 в Колдер-Холле (Великобритания).Через  год вступила в строй АЭС (англ.)русск. мощностью 60 МВт в Шиппингпорте (США).

В 1979 году произошла серьёзная авария на АЭС Три-Майл-Айленд, а в 1986 году — масштабная катастрофа на Чернобыльской  АЭС, которая, помимо непосредственных последствий, серьёзно отразилась на всей ядерной энергетике в целом. Она  вынудила специалистов всего мира переоценить  проблему безопасности АЭС и задуматься о необходимости международного сотрудничества в целях повышения  безопасности АЭС[7].

15 мая 1989 года на учредительной  ассамблее в Москве, было объявлено  об официальном образовании Всемирной  ассоциации операторов атомных  электростанций (англ. WANO), международной  профессиональной ассоциации, объединяющей  организации, эксплуатирующие АЭС,  во всём мире[4]. Ассоциация поставила перед собой амбициозные задачи по повышению ядерной безопасности во всём мире, реализуя свои международные программы.

Крупнейшая АЭС в Европе —  Запорожская АЭС у г. Энергодар (Запорожская область, Украина), строительство  которой начато в 1980 г. С 1996 г. работают 6 энергоблоков суммарной мощностью 6 ГВт.

Крупнейшая АЭС в мире Касивадзаки-Карива по установленной мощности (на 2008 год) находится в Японском городе Касивадзаки  префектуры Ниигата — в эксплуатации находятся пять кипящих ядерных  реакторов (BWR) и два улучшенных кипящих  ядерных реакторов (ABWR), суммарная  мощность которых составляет 8,212 ГВт.[7]

 

 

2. Типы атомных электростанций

 

На атомных  электростанциях, так же как и  на электростанциях, работающих на органическом топливе (ТЭС), осуществляется процесс  превращения энергии, содержащейся в рабочей среде (паре), в электрическую. Различие между процессами, происходящими  на АЭС и ТЭС, состоит лишь в  том, что в одном случае используется энергия, выделяющаяся при распаде  тяжелых элементов (применяемых  в качестве топлива), а другом –  при горении органического топлива.

Атомные станции  могут быть конденсационными электростанциями (АКЭС) и теплоэлектроцентралями (АТЭЦ). Они составляют основу подавляющего большинства ныне действующих АЭС  в странах бывшего СССР. Атомная  энергия может использоваться также  и только для целей теплоснабжения: атомные станции промышленного  теплоснабжения (АСТП). Такие станции  уже имеются в ряде стран дальнего зарубежья. Разработка АСТП в период существования СССР явилось весьма специфическим этапом в развитии ядерной энергетики, поскольку был  осуществлен принципиально новый  подход в обеспечении безопасности АЭС[9].

Топливом  для АЭС является ядерное топливо, содержащееся в твэлах, представляющих из себя тепловыделяющие сборки (ТВС). Для современных мощных реакторов  загрузка составляет от 40 до 190 тонн. Особенность  процесса в том, что масса выгружаемых  после отработки определенного  срока ТВС такая же, как и  масса свежезагружаемых. Происходит лишь частичная замена ядерного горючего на продукты деления. Выгружаемое из реактора топливо имеет все еще  значительную ценность. Поэтому для  АЭС расход ядерного горючего не является характерной величиной, а степень  использования внутриядерной энергии  характеризуется глубиной выгорания[2].

Принципиально возможны многочисленные типы ядерных  реакторов. Однако практически целесообразных конструкций не так много. В таблице 1 показаны целесообразные (+) и нецелесообразные (-) сочетания замедлителя и теплоносителя.

 

Таблица 1

Замедлитель	Теплоноситель
	Н2О	Газ	D2О	Жидкий металл
Н2О	+	-	-	-
Графит	+	+	-	-
D2О	+	+	+	-
Отсутствует	-	+	-	+

 

 

 

 

Все реакторы можно классифицировать [3] по

1. назначению:

• энергетические (основное требование к экономичности термодинамического цикла);

• исследовательские (пучки нейтронов с определенной энергией);
• транспортные (компактность, маневренность);
• промышленные (для наработки плутония, низкотемпературные, работают в форсированном режиме);
• многоцелевые (например, для выработки электроэнергии и опреснения морской воды);

2. виду замедлителя

• легководные (наиболее компактны);
• графитовые (в расчете на единицу мощности имеют наибольшие размеры);
• тяжеловодные (несколько меньших размеров по сравнению с графитовыми);

3. виду теплоносителя

• легководные (наиболее распространенные);
• газоохлаждаемые (также широко распространены);
• тежеловоджные (редко применяемые и только там, где замедлитель тоже тяжелая вода);
• жидкометаллические (в реакторах на быстрых нейтронах);

4. энергетическому спектру нейтронов

• на тепловых нейтронах (наиболее освоенные, требуют наименьшей удельной загрузки ядерного топлива по делящемуся изотопу);
• на быстрых нейтронах (так называемые «быстрые реакторы» предназначены также и для воспроизводства ядерного топлива);
• на промежуточных нейтронах (только в специальных исследовательских установках);

5. структуре активной зоны

• гетерогенные (все работающие в настоящее время реакторы);
• гомогенные (пока находятся в стадии исследования и отдельных опытных образцов).

Особенность современной ядерной энергетики – использование реакторов на тепловых нейтронах, то есть применение урана, обогащенного по ²³⁵U. В природном уране его всего 0,7%. В ядерных реакторах на тепловых нейтронах обогащение по ²³⁵U составляет 2,0-4,4%, при этом соответствующие предприятия выдают наряду с обогащенным ураном также и отвальный уран, содержащий ²³⁵U в существенно меньшем количестве, чем природный. Отвальный, так же как и природный уран, может быть использован в реакторах на быстрых нейтронах. Глубокое (более полное) использование уранового топлива, включая отвальный может быть достигнуто в реакторах на быстрых нейтронах[9].

Коренное  различие тепловой экономичности ТЭС  и АЭС заключается в том, что  для ТЭС она зависит от реализации в цикле теплоты всего сожженного органического топлива, непрерывно поступающего в топку парового котла, а для ТЭС – от реализации в  цикле теплоты, выделившейся в процессе деления незначительной части ядерного горючего, загружаемого в активную зону.

 

3. Достоинства и недостатки АЭС

 

Главное преимущество — практическая независимость от источников топлива  из-за небольшого объёма используемого  топлива, например 54 тепловыделяющих  сборки общей массой 41 тонна на один энергоблок с реактором ВВЭР-1000 в 1-1,5. Расходы на перевозку ядерного топлива, в отличие от традиционного, ничтожны.

Огромным преимуществом АЭС  является её относительная экологическая  чистота. На ТЭС суммарные годовые  выбросы вредных веществ, в которые  входят сернистый газ, оксиды азота, оксиды углерода, углеводороды, альдегиды  и золовая пыль, на 1000 МВт установленной  мощности составляют от примерно 13 000 тонн в год на газовых до 165 000 на пылеугольных ТЭС. Подобные выбросы на АЭС полностью  отсутствуют. ТЭС мощностью 1000 МВт  потребляет 8 миллионов тонн кислорода  в год для окисления топлива, АЭС же не потребляют кислорода вообще. Кроме того, больший удельный (на единицу произведенной электроэнергии) выброс радиоактивных веществ даёт угольная станция. В угле всегда содержатся природные радиоактивные вещества, при сжигании угля они практически  полностью попадают во внешнюю среду. При этом удельная активность выбросов ТЭС в несколько раз выше, чем  для АЭС. Единственный фактор, в котором  АЭС уступают в экологическом  плане традиционным КЭС — тепловое загрязнение, вызванное большими расходами  технической воды для охлаждения конденсаторов турбин, которое у  АЭС несколько выше из-за более  низкого КПД (не более 35 %), однако этот фактор важен для водных экосистем, а современные АЭС в основном имеют собственные искусственно созданные водохранилища-охладители или вовсе охлаждаются градирнями. Также некоторые АЭС отводят  часть тепла на нужды отопления  и горячего водоснабжения городов, что снижает непродуктивные тепловые потери, существуют действующие и  перспективные проекты по использованию  «лишнего» тепла в энергобиологических  комплексах (рыбоводство, выращивание  устриц, обогрев теплиц и пр.). Кроме  того, в перспективе возможно осуществление  проектов комбинирования АЭС с ГТУ, в том числе в качестве «надстроек» на существующих АЭС, которые могут позволить добиться аналогичного с тепловыми станциями КПД[8].

Для большинства стран, производство электроэнергии на АЭС не дороже, чем  на пылеугольных и тем более газомазутных ТЭС. Особенно заметно преимущество АЭС в стоимости производимой электроэнергии во время так называемых энергетических кризисов, начавшихся с начала 70-х годов. Падение цен  на нефть автоматически снижает  конкурентоспособность АЭС.