Атомная энергетика - Студенческий научный форум

XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Атомная энергетика

Шабалин А.Д. 1
1Государственный Университет Дубна
 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Атомная отрасль России представляет собой мощный комплекс из более чем 400 предприятий и организаций, в которых занято свыше 250 тыс. человек. В структуре отрасли — четыре крупных научно-производственных комплекса: предприятия ядерного топливного цикла, атомного машиностроения, ядерного оружейного комплекса и отраслевые научно-исследовательские институты. В современных условиях атомная энергетика — один из важнейших секторов экономики России. Динамичное развитие отрасли является одним из основных условий обеспечения энергонезависимости государства и стабильного роста экономики страны. Стоит отметить, что российская атомная отрасль является одной из передовых в мире по уровню научно-технических разработок в области проектирования реакторов, ядерного топлива, опыту эксплуатации атомных станций, квалификации персонала АЭС. Также не стоит забывать что Россия — единственная страна имеющая атомный флот.

Глава 1. Атомная энергетика России в пределах государства и за рубежом

Предприятиями отрасли накоплен огромный опыт в решении масштабных задач, таких, как создание первой в мире атомной электростанции (1954 год) и разработка топлива для нее. Россия обладает наиболее совершенными в мире обогатительными технологиями, а проекты атомных электростанций с водо-водяными энергетическими реакторами (ВВЭР) доказали свою надежность в процессе тысячи реакторо-лет безаварийной работы.

В настоящее время в России ведется масштабное строительство новых АЭС. Начато строительство первых блоков Нововоронежской АЭС-2 и Ленинградской АЭС-2. В июле 2008 года начата выемка грунта уже под второй блок Нововоронежской АЭС-2. В стадии достройки находится еще два энергоблока: четвертый блок Белоярской АЭС и четвертый — на Калининской станции. За рубежом осуществляется строительство атомных станций «Куданкулам» (Индия), «Бушер» (Иран) и «Белене» (Болгария). Основу успешной экспансии «Росатома» создает его машиностроительный дивизион — компания «Атомэнергомаш» — один из крупнейших энергомашиностроительных холдингов России, предлагающий полный спектр решений в области проектирования, производства и поставки оборудования для атомной и тепловой энергетики, нефтегазовой отрасли, судостроения и рынка специальных сталей. Компания полностью контролирует производственную цепочку оборудования для ядерного острова и машинного зала — от НИОКР и выпуска рабочей документации до проектирования технологических процессов и производства оборудования. Оборудование компании в настоящее время обеспечивает работу 14% всех АЭС в мире и, как было указано выше, портфель заказов позволяет рассчитает на увеличение этой доли.

Глава 2. Перспективы развития атомной энергетики в России

2.1 Перспективы развития

В 2018 году Росатом продолжает строительство 6 новых энергоблоков на российской территории, кроме того, государственное предприятие участвует в реализации 33 крупных проектов за рубежом. В их числе строительство энергоблока на АЭС «Аккую» на территории Турции, строительство также ведется в Беларуси, в Китае и других странах. Предприятие работает со странами Ближнего Востока, латинской, Америкой – Росатом стал одним из крупнейших игроков на мировом рынке.

В мае 2017 году Россия и Египет заключили соглашение о создании ядерной электростанции «Эль-Дабаа», она должна быть возведена неподалеку от Каира. Это долгосрочный проект: предполагается, что Россия будет обеспечивать данную станцию топливом в течение следующих 60 лет. Двухстороннее соглашение выгодно для обоих участников.

С 2010 года Росатом получил право открывать собственные представительства при зарубежных посольствах, это делается в рамках развития международных ядерных программ. Однако мировая общественность обеспокоена тем, что страны-партнеры могут в итоге попасть в зависимости от поставок ядерного топлива для недавно построенных станций. Атомная энергетика в России остается одним из ключевых экономических направлений, и в этой сфере наша страна остается одной из первых в мире.

По оценкам Международного энергетического агентства (IEA), к 2040 году мировой спрос на энергию вырастет на 32%, причем не менее 13% этого спроса будет удовлетворено за счет атомной энергетики. Установленная мощность атомных реакторов в мире при этом может вырасти с 377 ГВт в 2015 году до 508 ГВт к 2025 году и 683 ГВт к 2035-му. Основной прирост придется на развивающиеся страны, то есть на потенциальный рынок «Росатома» и, таким образом, «Атомэнергомаша». цена урана, используемого в качестве «топлива» для реакторов, достигнув пика в 2007 году, с тех пор продолжает неуклонно снижаться. Так что конкурентоспособность атомной энергетики по цене упирается в снижение капитальных затрат на возведение энергоблоков. То есть в целом будущее «Атомэнергомаша» как экспортера — в его же руках.

2.2 Факторы влияющие на отрасль

Атомная энергетика напрямую зависит от экономической и политической мировой ситуации. Различные события провоцируют всплеск и падение интереса к технологии получения электроэнергии за счет ядерного топлива. На эту отрасль серьезно повлияли несколько событий:

Авария на Чернобыльской АЭС в 1986 году. Из-за катастрофы ряд проектов был полностью свернут, рост числа новых предприятий замедлился.

Топливные кризисы 1973-1974 гг. и 1978-1979 гг. с резким ростом цены на нефть. Из-за высокой стоимости энергоносителей интерес к атомной энергетике резко возрастает.

Авария на японской станции Фукусима-1, случившаяся под воздействием природных факторов. Такие события приводят к росту опасений и замедляют развитие прогресса.

При этом новые технологии позволяют сделать станции все более безопасными для эксплуатации и предупреждать внештатные ситуации. Россия не собирается сворачивать ядерную программу, она остается одним из приоритетных направлений.[4]

Глава 3. Новые технологии

Как и в любой другой отрасли, используемые в атомной энергетике технологии не стоят на месте. И то, что идет на экспорт сегодня, может оказаться неактуальным завтра. Или, напротив, на рынок может выйти принципиально новый продукт.

Как отмечают атомщики, в атомной энергетике в среднесрочной перспективе можно выделить три основных направления.

Во-первых, технология ВВЭР остается сегодня самой обкатанной и привычной для действующих и потенциальных заказчиков, а потому в ближайшие годы останется одним из наиболее востребованных продуктов.

Во-вторых, будет совершенствоваться и выводиться на рынок технология БН (реакторов на быстрых нейтронах).

Существующие в России (на Белоярской АЭС) реакторы БН рассчитаны на использование МОКС-топлива, в котором можно применять плутоний, выделенный в процессе переработки отработавшего ядерного топлива «обычных» реакторов, составляющих основу современной атомной энергетики. Идет в дело и изотоп уран-238, который преобладает в урановой руде, но для «обычных» реакторов бесполезен.

Теоретически благодаря такой «всеядности» это может стать настоящим прорывом в атомной энергетике.

Эти реакторы отличаются более высокой удельной стоимостью по сравнению с традиционными ВВЭР — Например, по данным инвестпрограммы “Росэнергоатома”, БН-800 обошелся в 161 миллион рублей за мегаватт, что выше значений для ВВЭР-1200 на Нововоронежской АЭС-2 и Ленинградской АЭС-2 — 114 миллионов рубелей за мегаватт. Ожидается, что БН-1200 окажется дешевле БН-800, но этот проект существует только на бумаге. И речь идет о реакторах с натриевым теплоносителем — наиболее развитом направлении реакторов на быстрых нейтронах. А если посмотреть на альтернативные направления — реакторы со свинцовым или свинцово-висмутовым теплоносителем, то они не дошли даже до эксплуатации опытно-промышленных объектов. Опережая ВВЭР по стоимости строительства, реакторы на быстрых нейтронах обладают такими преимуществами, которые сейчас не очень актуальны. Цены на уран находятся гораздо ниже отметок десятилетней давности, и объективная потребность в замыкании ядерного топливного цикла попросту отсутствует. Возможно, потребность возникнет через несколько десятилетий в Китае, но это крайне далекая перспектива».

Сегодня мы уже вышли на тот уровень, когда расчетная стоимость киловатт-часа электроэнергии БН-1200 сравнялась со стоимостью киловатт-часа энергоблока с ВВЭР-1200. С учетом технических преимуществ реакторов на быстрых нейтронах, в частности возможности формирования замкнутого топливного цикла, после того как России будет построен референтный блок, этот тип реакторов станет также конкурентоспособным продуктом на зарубежных рынках.

И третье направление — атомные станции с реакторами малой мощности (АСММ), как плавучие, так и наземные. Они смогут занять уникальную нишу на рынке электроэнергии, обеспечивая электричеством удаленные от центральных электросетей районы — населенные пункты на островах или добывающие производства вдалеке от крупных населенных пунктов. Помимо электроэнергии АСММ могут использоваться для теплофикации или опреснения морской воды.[5]

Глава 4. Отходы атомной энергетики

Существующие в России (на Белоярской АЭС) реакторы БН рассчитаны на использование МОКС-топлива, в котором можно применять плутоний, выделенный в процессе переработки отработавшего ядерного топлива «обычных» реакторов, составляющих основу современной атомной энергетики. Идет в дело и изотоп уран-238, который преобладает в урановой руде, но для «обычных» реакторов бесполезен.

Теоретически благодаря такой «всеядности» это может стать настоящим прорывом в атомной энергетике. К РАО относят не подлежащие дальнейшему использованию материалы и вещества, а также оборудование и изделия, содержание радионуклидов в которых превышает уровни, принятые в соответствии с критериями, установленными Правительством РФ.[1]

В этом определении вызывает сомнение критерий «не подлежащие дальнейшему использованию». Он выбран с сегодняшней точки зрения. А через некоторое время эти материалы и вещества могут стать очень востребованными.

РАО образуются, начиная с добычи урана, и добавляются на всех последующих переделах. Особенно много РАО образуется при переработке отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) и снятии с эксплуатации ядерно- и радиационно опасных объектов.

При обращении с РАО необходимо учитывать, что

1) все радионуклиды распадаются, но с разной скоростью: одни за месяцы и годы, другие за столетия (90Sr, 137Cs), а некоторые могут сохранять активность спустя и тысячелетия (Am и Pu), и это нужно учитывать ещё на стадии первичной сортировки;

2) при монотонном естественном снижении суммарной активности РАО происходит увеличение их массы, так называемое «разубоживание»: на каждом этапе обращения с РАО становятся радиоактивными инструменты, оборудование и реагенты, применяемые в работе, при этом образуются вторичные твёрдые (ТРО) и жидкие (ЖРО) отходы, их масса и объём значительно больше первоначальных. В МАГАТЭ, сформулированы требования по обращению с долгоживущими РАО, к которым во многих странах относят и ОЯТ.[2]

Основная и наиболее опасная часть РАО, содержащаяся первоначально в ОЯТ,– это осколки деления, представляющие почти всю таблицу Менделеева, а также наработанные в реакторах долгоживущие трансурановые элементы 237Np, 240Pu, 241Am и др.

В составе ОЯТ их немного: порядка 5%. Основную массу ОЯТ составляют 238U (более 90%), несгоревший 235U и наработанный 239Pu. Во многих странах ОЯТ относят к РАО и планируют захоранивать его отдельно в условиях, обеспечивающих его сохранность и недоступность для несанкционированного вторжения в течение многих тысячелетий.

Это очень дорого сейчас и создаст огромные трудности для наших потомков, если они захотят достать это топливо.

Есть две причины для такого решения.

Во-первых, боятся, что при переработке ОЯТ некоторые страны, не имеющие ядерного оружия, или террористы, смогут скрытно похищать 235U или 239Pu для изготовления атомных бомб. Именно поэтому в 1978 г. Президентом США Д. Картером было принято решение отказаться от переработки ОЯТ и свернуть работы по быстрым реакторам–бридерам. В США была разработана программа создания хранилища для ОЯТ, не реализованная до сих пор.

Вторая причина экономическая: при низких ценах на природный уран и его избытке стоимость 235U и 239Pu, извлекаемых из ОЯТ для повторного использования, значительно ниже затрат на переработку ОЯТ и обращение с образующимися РАО.

Россия приняла концепцию замкнутого ядерного топливного цикла (ЗЯТЦ) с переработкой ОЯТ и использованием оставшегося урана и наработанных делящихся элементов, что особенно важно при использовании реакторов на быстрых нейтронах. Эта концепция успешно реализована на заводе РТ-1, построенном на комбинате «МАЯК» Наши современники скажут за это спасибо, потомки тоже будут довольны, что мы передаем им наше «ядерное наследие» в удобном для дальнейшего использования виде. Оставляем им не могильники, а «кладовые природы», куда они, имея ключи, смогут войти и взять то. что им будет нужно.[3]

Заключение

Переход на новое долговременное (порядка 100 лет) хранение РАО (и ОЯТ, если его относят к отходам,) позволит, за счет отказа от ряда дорогих проектов, быстрее привести в порядок существующие хранилища РАО и ускорить дезактивацию и рекультивацию загрязненных зданий и территорий, чтобы мы могли жить лучше и безопаснее здесь и сейчас.

Наши современники скажут за это спасибо, потомки тоже будут довольны, что мы передаем им наше «ядерное наследие» в удобном для дальнейшего использования виде. Оставляем им не могильники, а «кладовые природы», куда они, имея ключи, смогут войти и взять то. что им будет нужно.

Список литературы

Федеральный закон от 11 июля 2011 г. №190 –ФЗ «Об обращении с радиоактивными отходами и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».

Ж. Бруно и М. Вестерлинд, «Безопасность ядерных технологий и окружающей среды», №3, 2012, с.24-28.

Г.Ш. Баторшин, С.П. Кириллов, Б.Ф. Мясоедов и др. Комплексное выделение ценных компонентов из техногенных радиоактивных отходов как вариант создания рентабельного ЗЯТЦ, Вопросы радиационной безопасности-2015, №3, с.30-36.

https://rosatom.ru/about-nuclear-industry/atomnaya-otrasl-rossii/ дата обращения 17.04.2019

http://ipem.ru/news/publications/1590.html дата обращения 17.04.2019

Просмотров работы: 0