АЭС: принцип работы, особенности, история и интересные факты

Одной из самых глобальных проблем человечества является энергетика. Гражданская инфраструктура, промышленность, вооруженные силы — все это требует огромного количества электричества, а для его выработки ежегодно выделяется масса полезных ископаемых. Проблема состоит в том, что эти ресурсы не бесконечны, и уже сейчас, пока ситуация более или менее стабильна, нужно задуматься о будущем. Огромные надежды возлагались на альтернативное, чистое электричество, однако, как показывает практика, конечный результат далек от желаемого. Затраты на солнечные или ветряные электростанции огромны, а количество энергии — минимально. И именно поэтому сейчас атомные электростанции считаются самым перспективным вариантом дальнейшего развития.

История АЭС

Первые идеи касательно использования атома для выработки электроэнергии появились в СССР примерно в 40-х годах XX века, почти за 10 лет до создания собственного оружия массового поражения на этой основе. В 1948 году был разработан принцип работы АЭС и тогда же получилось впервые в мире запитать приборы от атомной энергии. В 1950-м США заканчивает строительство небольшого атомного реактора, который можно считать на тот момент единственной электростанцией на планете такого типа. Правда, он был экспериментальным и мощности выдавал всего 800 Вт. В то же время в СССР закладывается фундамент первой в мире полноценной АЭС, хотя после введения в строй она все же не выдавала электричество в промышленных масштабах. Использовался этот реактор больше для оттачивания технологии.

С этого момента началось массовое строительство атомных электростанций по всему миру. Помимо традиционных лидеров в этой «гонке», США и СССР, первые реакторы появлялись в:

  • 1956 г. — Великобритания.
  • 1959 г. — Франция.
  • 1961 г. — Германия.
  • 1962 г. — Канада.
  • 1964 г. — Швеция.
  • 1966 г. — Япония.

Количество возводимых АЭС постоянно увеличивалось, вплоть до Чернобыльской катастрофы, после чего строительство начало замораживаться и постепенно многие страны стали отказываться от атомной энергии. На данный момент новые такие электростанции появляются в основном в России и Китае. Некоторые страны, ранее планировавшие перейти на энергию другого типа, постепенно возвращаются в программу и в ближайшем будущем возможен очередной скачок строительства АЭС. Это обязательный этап развития человечества, по крайней мере до тех пор, пока не будут найдены другие эффективные варианты производства энергии.

Особенности атомной энергетики

Самый главный плюс заключается в выработке огромного количества энергии с минимальными затратами топлива при практически полностью отсутствующих загрязнениях. Принцип работы атомного реактора АЭС основан на простом паровом двигателе и в качестве основного элемента использует воду (не считая самого топлива), потому с точки зрения экологии вред получается минимальным. Потенциальная опасность электростанций такого типа сильно преувеличена. Причины катастрофы в Чернобыле до сих пор достоверно не установлены (об этом ниже) и более того, вся собранная в рамках расследования информация позволила модернизировать уже имеющиеся станции, исключив даже маловероятные варианты выбросов радиации. Экологи иногда говорят, что такие станции являются мощным источником теплового загрязнения, но это тоже не совсем верно. Действительно, горячая вода из второго контура попадает в водоемы, но чаще всего используются их искусственные варианты, созданные специально для этого, а в остальных случаях доля такого повышения температуры не идет ни в какое сравнение с загрязнениями от других источников энергии.

Проблема топлива

Не последнюю роль в популярности АЭС играет топливо — уран-235. Его требуется значительно меньше, чем любых других видов с одновременным огромным выбросом энергии. Принцип работы реактора АЭС подразумевает использование этого топлива в виде специальных «таблеток», уложенных в стержни. Фактически, единственная сложность в данном случае заключается в создании именно такой формы. Тем не менее в последнее время начинает появляться информация, что текущих мировых запасов тоже не хватит надолго. Но и это уже предусмотрено. Самые новые трехконтурные реакторы работают на уране-238, которого очень много, и проблема дефицита топлива исчезнет надолго.

Принцип работы двухконтурной АЭС

Как уже было сказано выше, в основе лежит обычный паровой двигатель. Если кратко, принцип работы АЭС заключается в нагреве воды из первого контура, которая в свою очередь нагревает воду второго контура до состояния пара. Он проступает в турбину, вращая лопасти, в результате чего генератор вырабатывает электричество. «Отработанный» пар попадает в конденсатор и вновь превращается в воду. Таким образом получается практически замкнутый цикл. В теории все это могло работать еще проще, при помощи только одного контура, однако это уже действительно небезопасно, так как вода в нем в теории может подвергаться заражению, что исключено при использовании стандартной для большинства АЭС системы с двумя изолированными друг от друга циклами воды.

Прочитайте:  Оплата командировки в выходной день в пути: как оплачивается работа в выходные дни, отбытие и возвращение, отметка в табеле, расчет суточных

Принцип работы трехконтурной АЭС

Это уже более современные электростанции, которые работают на уране-238. Его запасы составляют более 99 % всех радиоактивных элементов в мире (отсюда и следуют огромные перспективы использования). Принцип работы и устройство АЭС такого типа заключается уже в наличии целых трех контуров и активном применении жидкого натрия. В целом, все остается примерно таким же, но с небольшими дополнениями. В первом контуре, нагреваясь непосредственно от реактора, циркулирует этот жидкий натрий при высокой температуре. Второй круг нагревается от первого и также использует ту же самую жидкость, но не настолько разогретую. И только потом, уже в третьем контуре, используется вода, которая нагревается от второго до состояния пара и вращает турбину. Система получается более сложной технологически, но построить такую АЭС нужно только один раз, а потом останется только наслаждаться плодами труда.

Чернобыль

Принцип работы АЭС «Чернобыль», как считается, стал главной причиной катастрофы. Официально существуют две версии случившегося. По одной проблема возникла из-за неправильных действий операторов реактора. По второй — из-за неудачной конструкции электростанции. Однако принцип работы Чернобыльской АЭС использовался и в других станциях такого типа, которые исправно функционируют и по сей день. Есть мнение, что произошла цепь случайностей, повторить которую практически невозможно. Это и небольшое землетрясение в том районе, проведение эксперимента с реактором, мелкие проблемы самой конструкции и так далее. Все вместе это стало причиной взрыва. Тем не менее до сих пор неизвестна причина, вызвавшая резкое возрастание мощности работы реактора тогда, когда он этого не должен был делать. Было даже мнение о возможной диверсии, но доказать что-либо не удалось и по сей день.

Фукусима

Это еще один пример глобальной катастрофы с участием атомной электростанции. И в данном случае также причиной стала цепь случайностей. Станция была надежно защищена от землетрясений и цунами, которые не редкость на Японском побережье. Мало кто мог предположить, что оба эти события произойдут одновременно. Принцип работы генератора АЭС «Фукусима» предполагал использование внешних источников энергии для поддержания в работоспособности всего комплекса безопасности. Это разумная мера, так как получить энергию от самой станции в процессе аварии было бы затруднительно. Из-за землетрясения и цунами все эти источники вышли из строя, из-за чего реакторы расплавились и произошла катастрофа. Сейчас проводятся меры по устранению ущерба. По оценкам специалистов, на это уйдет еще около 40 лет.

Интересные факты

Несмотря на всю свою эффективность, атомная энергия все еще остается достаточно дорогой, ведь принципы работы парогенератора АЭС и остальных ее компонентов подразумевает огромные затраты на строительство, которые нужно окупить. Сейчас электричество от угля и нефти пока еще обходится дешевле, но эти ресурсы уже в ближайшие десятилетия закончатся, и в течение следующих нескольких лет атомная энергия будет обходиться дешевле, чем что-либо. На данный момент экологически чистое электричество из альтернативных источников энергии (ветряные и солнечные электростанции) обходится примерно в 20 раз дороже.

Считается, что принцип работы АЭС не дает строить такие станции быстро. Это неправда. На возведение среднестатистического объекта подобного типа уходит примерно 5 лет.

Станции отлично защищены не только от потенциальных выбросов радиации, но и от большинства внешних факторов. К примеру, если бы террористы вместо башен-близнецов выбрали любую АЭС, то они смогли бы нанести только минимальный вред окружающей инфраструктуре, что никак не повлияет на работу реактора.

Итоги

Принцип работы АЭС практически не отличается от принципов работы большинства других традиционных электростанций. Везде используется энергия пара. В гидроэлектростанциях применяется напор текущей воды, и даже в тех моделях, которые работают от энергии солнца, также используется жидкость, нагреваемая до состояния кипения и вращающая турбины. Единственное исключение из этого правила — ветряные станции, в которых лопасти крутятся за счет движения воздушных масс.

Прочитайте:  Незавершенное производство в бухгалтерском учете, в балансе. Оценка и учет незавершенного производства

источник: www.syl.ru/article/336577/aes-printsip-rabotyi-osobennosti-istoriya-i-interesnyie-faktyi

Производство электроэнергии с использованием цепной ядерной реакции в Советском Союзе впервые произошло на Обнинской АЭС. По сравнению с сегодняшними гигантами первая атомная электростанция имела всего лишь 5 МВт мощности, а самая большая в мире на сегодняшний день действующая АЭС «Касивадзаки-Карива» (Япония) — 8212 МВт.

Обнинская АЭС: от пуска до музея

Советские ученые во главе с И. В. Курчатовым по окончании военных программ сразу приступили к созданию атомного реактора с целью использования тепловой энергии для преобразования ее в электричество. Первая атомная электростанция была разработана ими в кратчайшие сроки, и в 1954 году состоялся пуск промышленного ядерного реактора.

Высвобождение потенциала, как промышленного, так и профессионального, после создания и испытания ядерного вооружения позволило И. В. Курчатову заняться порученной ему проблемой получения электричества путем освоения тепловыделений при протекании управляемой ядерной реакции. Технические решения по созданию ядерного реактора были освоены еще при пуске самого первого опытного уран-графитового реактора Ф-1 в 1946 году. На нем была проведена первая цепная ядерная реакция, подтверждены практически все теоретические наработки за последнее время.

Для промышленного реактора нужно было найти конструктивные решения, связанные с непрерывной работой установки, съемом тепла и подачи его на генератор, циркуляцией теплоносителя и защитой его от радиоактивного загрязнения.

Коллективом лаборатории № 2, возглавляемой И. В. Курчатовым, совместно с НИИхиммаш под руководством Н. А. Доллежаля были проработаны все нюансы сооружения. Физику Е. Л. Фейнбергу была поручена теоретическая разработка процесса.

Пуск реактора (достижение критических параметров) был произведен 9 мая 1954 года, 26 июня этого же года атомная электростанция подключена в сеть, а уже в декабре выведена на проектную производительность.

После того как Обнинская АЭС безаварийно проработала как промышленная электростанция почти 48 лет, она была остановлена в апреле 2002 года. В сентябре этого же года закончена выгрузка ядерного топлива.

Еще во время работы на АЭС приезжало множество экскурсий, станция работала как учебный класс для будущих ядерщиков. Сегодня на ее базе организован мемориальный музей атомной энергетики.

Первая зарубежная АЭС

Атомные электростанции по примеру Обнинской не сразу, но начали создаваться за рубежом. В США решение о строительстве своей атомной электростанции было принято лишь в сентябре 1954 года, и только в 1958 году состоялся пуск АЭС «Шиппингпорт» в Пенсильвании. Мощность атомной электростанции «Шиппингпорт» составила 68 МВт. Зарубежные эксперты называют ее первой коммерческой атомной электростанцией. Строительство атомных электростанций достаточно дорого, АЭС обошлась казне США в 72,5 млн долларов.

Через 24 года, в 1982-м, станция была остановлена, к 1985 году было выгружено топливо и начат демонтаж этого огромного сооружения весом 956 тонн для последующего захоронения.

Предпосылки создания мирного атома

После открытия деления ядер урана немецкими учеными Отто Ганом и Фрицем Штрассманом в 1938 году начали проводиться исследования цепных реакций.

До начала Второй мировой войны исследования физиков-ядерщиков не скрывались правительствами, не создавалось закрытых лабораторий, отчеты конференций, семинаров печатались в научных изданиях и были доступны каждому заинтересованному ученому. Советский Союз принимал участие во всех международных конференциях, ученые выезжали в другие страны не только с докладами, но и для совместной работы.

Теоретические расчеты цепных реакций с обоснованием двух путей развития (взрыв и управляемая реакция) были сделаны Я. Б. Зельдовичем и Ю. Б. Харитоном. Для проведения дальнейших практических исследований необходимо было перестраивать (в некоторых случаях создавать заново) промышленность.

Мощности маленького циклотрона, размещенного в стенах Радиевого института в Ленинграде, не позволяли проводить нужные эксперименты. Для исследования самой физики ядра необходимы были не просто запасы урановой руды, но и выделение изотопа урана-235. Нужны были замедлители для ядерной реакции — чистый графит или тяжелая вода.

И. В. Курчатов, подталкиваемый А. Б. Иоффе, совместно с Ю. Б. Харитоном составили записку в Президиум Академии наук о ядерной проблематике и важности работ в этом направлении. И. В. Курчатов работал в это время в ЛФТИ (Ленинградском физико-техническом институте), возглавляемом А. Б. Иоффе, над проблемами физики ядра.

В ноябре 1938 года по результатам изучения проблемы и после выступления И. В. Курчатова на Пленуме АН (Академии наук) была составлена записка в Президиум АН об организации работ в СССР по физике атомного ядра. В ней прослеживается обоснование обобщения всех разрозненных лабораторий и институтов в СССР, принадлежащих разным министерствам и ведомствам, занимающихся, по сути, одной проблематикой.

Прочитайте:  Временная работа в Москве

Приостановка работ по физике ядра

Часть из этих организационных работ удалось сделать еще до ВОВ, но основные подвижки начали происходить только с 1943 года, когда И. В. Курчатову было предложно возглавить атомный проект.

После 1 сентября 1939 года начал постепенно образовываться своеобразный вакуум вокруг СССР. Это не тотчас почувствовали ученые, хотя агенты советской разведки сразу стали предупреждать о засекречивании форсирования работ по изучению ядерных реакций в Германии и Великобритании.

Великая Отечественная война немедленно внесла коррективы в работу всех ученых страны, в том числе и физиков-ядерщиков. Уже в июле 1941 года ЛФТИ был эвакуирован в Казань. И. В. Курчатов стал заниматься проблемой разминирования морских судов (защиты от морских мин). За работы по этой тематике в условиях военного времени (три месяца на судах в Севастополе до ноября 1941-го, когда город был почти полностью в осаде), за организацию в Поти (Грузия) службы размагничивания он был награжден Сталинской премией.

После тяжелого простудного заболевания по приезде в Казань только к концу 1942 года И. В. Курчатов смог вернуться к теме ядерной реакции.

Атомный проект под руководством И. В. Курчатова

В сентябре 1942 года И. В. Курчатову было всего 39 лет, по возрастным меркам науки он был молодым ученым рядом с Иоффе и Капицей. Именно в это время состоялось назначение Игоря Васильевича на пост руководителя проекта. Все атомные электростанции России и плутониевые реакторы этого периода создавались в рамках атомного проекта, которым до 1960 года руководил Курчатов.

С точки зрения сегодняшнего дня невозможно представить, что именно тогда, когда 60% промышленности было разрушено на оккупированных территориях, когда основное население страны работало для фронта, руководством СССР было принято решение, предопределившее развитие ядерной энергетики в будущем.

После оценки донесений разведки о положении дел с работами по физике атомного ядра в Германии, Великобритании, США Курчатову стал ясен размах отставания. Он начал собирать по стране и действующим фронтам ученых, которых можно было задействовать в вопросах создания ядерного потенциала.

Нехватка урана, графита, тяжелой воды, отсутствие циклотрона не остановили ученого. Работы, как теоретические, так и практические, возобновились в Москве. Высокий уровень секретности был определен ГКО (Государственным комитетом обороны). Для наработки оружейного плутония был построен реактор («котел» по терминологии самого Курчатова). Велись работы по обогащению урана.

Отставание от США в период с 1942 по 1949 год

2 сентября 1942 года в США, на первом в мире ядерном реакторе, была осуществлена управляемая ядерная реакция. В СССР к этому времени, кроме теоретических наработок ученых и данных разведки, не было практически ничего.

Становилось ясно, что догнать США в короткое время страна не сможет. Подготовить (сберечь) кадры, создать предпосылки к быстрому освоению процессов по обогащению урана, созданию ядерного реактора по производству оружейного плутония, восстановить работу заводов по производству чистого графита — это задачи, которые нужно было сделать за военное и послевоенное время.

Протекание ядерной реакции связано с выделением колоссального количества тепловой энергии. Ученые США — первые создатели атомной бомбы использовали это как дополнительный поражающий эффект при взрыве.

Атомные электростанции мира

На сегодняшний день ядерная энергетика хоть и вырабатывает колоссальное количество электроэнергии, но распространена в ограниченном количестве стран. Связано это с огромными капиталовложениями при возведении АЭС, начиная с геологоразведки, строительства, создания защиты и заканчивая обучением сотрудников. Окупаемость может произойти через десятки лет при условии постоянной, непрекращающейся работы станции.

Целесообразность строительства АЭС определяется, как правило, правительствами стран (естественно, после рассмотрения различных вариантов). В условиях развития промышленного потенциала, при отсутствии собственных внутренних запасов энергоносителей в больших количествах или их дороговизны предпочтение отдается строительству АЭС.

К концу 2014 года атомные реакторы работали в 31 стране мира. Строительство атомных электростанций начато в Белоруссии и ОАЭ.

№ п/п

Страна

Кол-во работающих АЭС

Кол-во работающих реакторов

Генерируемая мощность

1

Аргентина

2

2

1023

2

Армения

1

1

408

3

Бельгия

2

7

ИНТЕРЕСНЫЕ ФАКТЫ ОБ АЭС


5758

4

Бразилия

1

2

1990

5

Болгария

1

2

2000

6

Великобритания

8

16

9203

7

Венгрия

1

4

2000

8

Германия

8

9

12709

9

Индия

7

21

4980

10

Иран

1

1

1000

11

Испания

5

7

7395

12

Канада

4

19

14398

13

Китай

11

23

18819

14

Мексика

1

2

1464

15

Нидерланды

1

1

515

16

Пакистан

2

3

787

17

Россия

10

33

25242

18

Румыния

1

2

1300

19

Словакия

2

4

1844

20

Словения

1

1

727

21

США

60

100

98036

22

Тайвань

3

6

5178

23

Украина

4

15

13835

24

Финляндия

2

4

2820

25

Франция

19

58

66177

26

Чехия

2

6

3892

27

Швейцария

4

5

3430

28

Швеция

3

10

9769

29

Южная Корея

6

24

21442

30

ЮАР

1

2

1880

31

Япония

16

48

44408

Итого

190

438

384429

Атомные электростанции России

На сегодняшний день в РФ работают десять атомных электростанций.

Название АЭС

Количество работающих блоков

Тип реакторов

Установленная мощность, МВт

Балаковская

4

ВВЭР-1000

4000

Белоярская

2

БН-600, БН-800

1400

Билибинская

4

источник: www.syl.ru/article/180037/new_atomnyie-elektrostantsii-rossii-pervaya-atomnaya-elektrostantsiya

Понравилась статья? Поделиться с друзьями: