stringtranslate.com

Атомная электростанция

Атомная электростанция Ангра в Рио-де-Жанейро , Бразилия.

Атомная электростанция ( АЭС ), [1] также известная как атомная электростанция ( АЭС ), атомная генерирующая станция ( АГС ) или атомная электростанция ( АЭС ) — это тепловая электростанция, в которой источником тепла является ядерный реактор . Как это типично для тепловых электростанций, тепло используется для выработки пара , который приводит в действие паровую турбину, соединенную с генератором , который вырабатывает электроэнергию . По состоянию на сентябрь 2023 года Международное агентство по атомной энергии сообщило, что в 32 странах мира эксплуатируется 410 ядерных энергетических реакторов, а 57 ядерных энергетических реакторов находятся в стадии строительства. [2] [3] [4]

Строительство атомной электростанции часто занимает от пяти до десяти лет, что может повлечь за собой значительные финансовые затраты в зависимости от того, как финансируются первоначальные инвестиции. [5] Из-за высокой стоимости строительства и низких затрат на эксплуатацию, обслуживание и топливо атомные электростанции обычно используются для генерации базовой нагрузки , поскольку это максимизирует количество часов, в течение которых фиксированные затраты на строительство могут быть амортизированы. [6]

Атомные электростанции имеют углеродный след, сопоставимый с углеродным следом возобновляемых источников энергии , таких как солнечные и ветровые электростанции , [7] [8] и намного ниже, чем ископаемое топливо, такое как природный газ и уголь . Атомные электростанции являются одними из самых безопасных способов производства электроэнергии, [9] сопоставимыми с солнечными и ветровыми электростанциями. [10]

История

Впервые тепло ядерного реактора было использовано для выработки электроэнергии 21 декабря 1951 года на Экспериментальном реакторе-размножителе I , где работали четыре лампочки. [11] [12]

27 июня 1954 года в Обнинске , в Советском Союзе , начала работу первая в мире атомная электростанция, вырабатывающая электроэнергию для энергосистемы , — Обнинская атомная электростанция . [13] [14] [15] Первая в мире полномасштабная электростанция, Колдер-Холл в Соединенном Королевстве , открылась 17 октября 1956 года и также предназначалась для производства плутония . [16] Первой в мире полномасштабной электростанцией, предназначенной исключительно для производства электроэнергии, была АЭС Шиппингпорт в Пенсильвании , США, которая была подключена к сети 18 декабря 1957 года.

Основные компоненты

Системы

Реактор с кипящей водой (BWR)

Преобразование в электрическую энергию происходит косвенно, как на обычных тепловых электростанциях. Деление в ядерном реакторе нагревает теплоноситель реактора. Теплоносителем может быть вода или газ, или даже жидкий металл, в зависимости от типа реактора. Затем теплоноситель реактора поступает в парогенератор и нагревает воду для получения пара. Затем пар под давлением обычно подается в многоступенчатую паровую турбину . После того, как паровая турбина расширилась и частично конденсировала пар, оставшийся пар конденсируется в конденсаторе. Конденсатор представляет собой теплообменник, который подключен к вторичной стороне, такой как река или градирня . Затем вода закачивается обратно в парогенератор, и цикл начинается снова. Пароводяной цикл соответствует циклу Ренкина .

Ядерный реактор — это сердце станции. В своей центральной части, активная зона реактора вырабатывает тепло за счет ядерного деления. С помощью этого тепла нагревается охлаждающая жидкость, которая прокачивается через реактор и тем самым отводит энергию из реактора. Тепло от ядерного деления используется для поднятия пара, который проходит через турбины , которые в свою очередь питают электрогенераторы.

Ядерные реакторы обычно используют уран в качестве топлива для цепной реакции. Уран — очень тяжелый металл, который широко распространен на Земле и содержится в морской воде, а также в большинстве горных пород. Природный уран встречается в двух различных изотопах : уран-238 (U-238), составляющий 99,3%, и уран-235 (U-235), составляющий около 0,7%. U-238 имеет 146 нейтронов, а U-235 имеет 143 нейтрона.

Разные изотопы ведут себя по-разному. Например, U-235 является делящимся, что означает, что он легко расщепляется и выделяет много энергии, что делает его идеальным для ядерной энергетики. С другой стороны, U-238 не обладает этим свойством, несмотря на то, что это один и тот же элемент. Разные изотопы также имеют разные периоды полураспада . U-238 имеет более длительный период полураспада, чем U-235, поэтому он дольше распадается с течением времени. Это также означает, что U-238 менее радиоактивен, чем U-235.

Поскольку ядерное деление создает радиоактивность, активная зона реактора окружена защитным экраном. Эта оболочка поглощает радиацию и предотвращает выброс радиоактивных материалов в окружающую среду. Кроме того, многие реакторы оснащены куполом из бетона для защиты реактора как от внутренних повреждений, так и от внешних воздействий. [17]

Реактор с водой под давлением (PWR)

Назначение паровой турбины — преобразовывать тепло, содержащееся в паре, в механическую энергию. Машинный зал с паровой турбиной обычно конструктивно отделен от главного здания реактора. Он выровнен таким образом, чтобы предотвратить попадание обломков от разрушения работающей турбины в сторону реактора. [ необходима цитата ]

В случае реактора с водой под давлением паровая турбина отделена от ядерной системы. Для обнаружения утечки в парогенераторе и, следовательно, прохождения радиоактивной воды на ранней стадии, устанавливается измеритель активности, который отслеживает выходной пар парогенератора. В отличие от этого, реакторы с кипящей водой пропускают радиоактивную воду через паровую турбину, поэтому турбина остается частью радиологически контролируемой зоны атомной электростанции.

Электрогенератор преобразует механическую энергию, вырабатываемую турбиной, в электрическую. Используются низкополюсные синхронные генераторы переменного тока высокой номинальной мощности. Система охлаждения отводит тепло от активной зоны реактора и переносит его в другую зону станции, где тепловая энергия может быть использована для производства электроэнергии или выполнения другой полезной работы. Обычно горячий теплоноситель используется в качестве источника тепла для котла, а сжатый пар из него приводит в действие один или несколько электрогенераторов с приводом от паровой турбины . [18]

В случае чрезвычайной ситуации предохранительные клапаны могут быть использованы для предотвращения разрыва труб или взрыва реактора. Клапаны сконструированы таким образом, что они могут выводить все подаваемые скорости потока с небольшим увеличением давления. В случае BWR пар направляется в камеру подавления и конденсируется там. Камеры на теплообменнике подключены к промежуточному контуру охлаждения.

Главный конденсатор представляет собой большой кожухотрубный теплообменник с поперечным потоком , который забирает влажный пар, смесь жидкой воды и пара в условиях насыщения, из выхлопа турбогенератора и конденсирует его обратно в переохлажденную жидкую воду, чтобы ее можно было перекачать обратно в реактор с помощью конденсатных и питательных насосов. [19] [ необходима полная цитата ]

Некоторые ядерные реакторы используют градирни для конденсации пара, выходящего из турбин. Весь выходящий пар никогда не контактирует с радиоактивностью.

В главном конденсаторе выхлопные газы турбины влажного пара вступают в контакт с тысячами трубок, по которым с другой стороны протекает гораздо более холодная вода. Охлаждающая вода обычно поступает из естественного водоема, такого как река или озеро. Атомная генерирующая станция Пало-Верде , расположенная в пустыне примерно в 97 километрах (60 милях) к западу от Финикса, штат Аризона, является единственным ядерным объектом, который не использует естественный водоем для охлаждения, вместо этого она использует очищенные сточные воды из большого столичного района Финикса. Вода, поступающая из охлаждающего водоема, либо закачивается обратно в источник воды при более высокой температуре, либо возвращается в градирню, где она либо охлаждается для дальнейшего использования, либо испаряется в водяной пар, который поднимается из верхней части башни. [20]

Уровень воды в парогенераторе и ядерном реакторе регулируется с помощью системы питательной воды. Задача питательного насоса — забирать воду из системы конденсата, повышать давление и нагнетать ее либо в парогенераторы — в случае реактора с водой под давлением — либо непосредственно в реактор для реакторов с кипящей водой .

Непрерывное электроснабжение станции имеет решающее значение для обеспечения безопасной эксплуатации. Большинству атомных станций требуется по крайней мере два отдельных источника внешнего питания для резервирования. Обычно они обеспечиваются несколькими трансформаторами, которые достаточно разделены и могут получать питание от нескольких линий электропередачи. Кроме того, на некоторых атомных станциях турбогенератор может питать нагрузки станции, пока станция находится в сети, не требуя внешнего питания. Это достигается с помощью трансформаторов обслуживания станции, которые отбирают мощность с выхода генератора до того, как она попадет на повышающий трансформатор.

Состояние мировой эксплуатации

Атомные электростанции вырабатывают около 10% мировой электроэнергии, получаемой примерно из 440 реакторов по всему миру. Они признаны важным поставщиком электроэнергии с низким уровнем выбросов углерода , составляя около четверти мировых поставок в этой категории. По состоянию на 2020 год атомная энергетика была вторым по величине источником энергии с низким уровнем выбросов углерода, составляя 26% от общего объема. [21] Атомные электростанции действуют в 32 странах или регионах, [22] и их влияние распространяется за пределы этих стран через региональные сети передачи, особенно в Европе. [23]

В 2022 году атомные электростанции выработали 2545 тераватт-часов (ТВт·ч) электроэнергии, что немного меньше, чем 2653 ТВт·ч, выработанных в 2021 году. Тринадцать стран выработали не менее четверти своей электроэнергии из ядерных источников. Примечательно, что Франция полагается на ядерную энергию для удовлетворения примерно 70% своих потребностей в электроэнергии, в то время как Украина , Словакия , Бельгия и Венгрия получают около половины своей электроэнергии из ядерной энергии. Япония , которая ранее зависела от ядерной энергии для получения более четверти своей электроэнергии, как ожидается, возобновит аналогичные уровни использования ядерной энергии. [21] [22]

За последние 15 лет Соединенные Штаты добились значительного улучшения эксплуатационных показателей своих атомных электростанций, повысив их использование и эффективность, добавив выход, эквивалентный 19 новым реакторам мощностью 1000 МВт без фактического строительства. Во Франции атомные электростанции по-прежнему производят более шестидесяти процентов от общего объема производства электроэнергии в этой стране в 2022 году. В то время как предыдущая цель была направлена ​​на сокращение доли ядерной генерации электроэнергии до менее чем пятидесяти процентов к 2025 году, эта цель была отложена до 2035 года в 2019 году и в конечном итоге отменена в 2023 году. Россия продолжает экспортировать большинство атомных электростанций в мире, реализуя проекты в разных странах: по состоянию на июль 2023 года Россия строила 19 из 22 реакторов, построенных иностранными поставщиками; [24] однако некоторые экспортные проекты были отменены из-за российского вторжения на Украину . [25] Тем временем Китай продолжает развиваться в области ядерной энергетики: к концу 2023 года в стадии строительства будет находиться 25 реакторов, что делает Китай страной с наибольшим количеством реакторов, строящихся одновременно в мире. [24] [26]

Вывод из эксплуатации

Ядерный демонтаж — это демонтаж атомной электростанции и дезактивация площадки до состояния, при котором больше не требуется защита от радиации для населения. Главное отличие от демонтажа других электростанций — наличие радиоактивных материалов, для удаления и безопасного перемещения которых в хранилище отходов требуются особые меры предосторожности.

Вывод из эксплуатации включает в себя множество административных и технических действий. Он включает в себя всю очистку от радиоактивности и постепенный снос станции. После вывода объекта из эксплуатации больше не должно быть никакой опасности радиоактивной аварии или для лиц, посещающих его. После полного вывода из эксплуатации объект освобождается от регулирующего контроля, и лицензиат станции больше не несет ответственности за ее ядерную безопасность.

Сроки и отсрочка вывода из эксплуатации

Вообще говоря, атомные станции изначально проектировались на срок службы около 30 лет. [27] [28] Новые станции проектируются на срок службы от 40 до 60 лет. [29] Реактор Centurion — это будущий класс ядерных реакторов, который проектируется на срок службы 100 лет. [30]

Одним из основных ограничивающих факторов износа является ухудшение состояния корпуса реактора под воздействием нейтронной бомбардировки [28] , однако в 2018 году Росатом объявил о разработке технологии термического отжига корпусов реакторов , которая снижает радиационные повреждения и продлевает срок службы на 15–30 лет. [31]

Гибкость

Атомные станции используются в основном для базовой нагрузки из-за экономических соображений. Стоимость топлива для работы атомной станции меньше, чем стоимость топлива для работы угольных или газовых электростанций. Поскольку большая часть стоимости атомной электростанции — это капитальные затраты, экономии средств при работе на неполной мощности практически нет. [32]

Атомные электростанции регулярно используются в режиме следования за нагрузкой в ​​больших масштабах во Франции, хотя «общепризнано, что это не идеальная экономическая ситуация для атомных станций». [33] Блок А на ныне выведенной из эксплуатации немецкой атомной электростанции Библис был спроектирован так, чтобы модулировать свою мощность на 15% в минуту между 40% и 100% от ее номинальной мощности. [34]

Россия лидирует в практической разработке плавучих атомных электростанций , которые можно транспортировать в желаемое место и иногда перемещать или перемещать для облегчения вывода из эксплуатации. В 2022 году Министерство энергетики США профинансировало трехлетнее исследование офшорной плавучей атомной энергетики. [35] В октябре 2022 года NuScale Power и канадская компания Prodigy объявили о совместном проекте по выводу на рынок североамериканской малой модульной плавучей электростанции на базе реактора . [36]

Экономика

Атомная электростанция Брюс (Канада) — один из крупнейших действующих объектов атомной энергетики в мире .

Экономика атомных электростанций является спорным вопросом, и многомиллиардные инвестиции зависят от выбора источника энергии. Атомные электростанции обычно имеют высокие капитальные затраты, но низкие прямые затраты на топливо, при этом затраты на добычу топлива, его переработку, использование и хранение отработанного топлива являются внутренними затратами. [37] Поэтому сравнение с другими методами производства электроэнергии сильно зависит от предположений о сроках строительства и капитальном финансировании атомных станций. Оценки затрат учитывают вывод станции из эксплуатации и затраты на хранение или переработку ядерных отходов в Соединенных Штатах из-за закона Прайса-Андерсона .

С перспективой того, что все отработанное ядерное топливо может быть потенциально переработано с использованием будущих реакторов, реакторы поколения IV проектируются для полного замыкания ядерного топливного цикла . Однако до сих пор не было фактической массовой переработки отходов с АЭС, и временное хранение на месте все еще используется почти на всех площадках станций из-за проблем со строительством глубоких геологических хранилищ . Только Финляндия имеет стабильные планы по хранению, поэтому с точки зрения мировой перспективы долгосрочные затраты на хранение отходов неопределенны.

АЭС «Олкилуото» в Эурайоки , Финляндия. На территории находится один из самых мощных реакторов, известный как EPR.

Строительство или капитальные затраты в стороне, меры по смягчению глобального потепления , такие как налог на выбросы углерода или торговля квотами на выбросы углерода , все больше благоприятствуют экономике ядерной энергетики. Ожидается, что дальнейшая эффективность будет достигнута за счет более совершенных конструкций реакторов, реакторы поколения III обещают быть как минимум на 17% более эффективными с точки зрения топлива и иметь более низкие капитальные затраты, в то время как реакторы поколения IV обещают дальнейший рост эффективности использования топлива и значительное сокращение ядерных отходов.

Блок 1 АЭС Чернаводэ в Румынии.

В Восточной Европе ряд давно существующих проектов испытывают трудности с поиском финансирования, в частности, Белене в Болгарии и дополнительные реакторы в Чернаводэ в Румынии , и некоторые потенциальные спонсоры вышли из проекта. [38] Там, где доступен дешевый газ и его будущие поставки относительно надежны, это также создает серьезную проблему для ядерных проектов. [38]

Анализ экономики ядерной энергетики должен учитывать, кто несет риски будущих неопределенностей. До настоящего времени все действующие атомные электростанции были разработаны государственными или регулируемыми коммунальными службами, где многие риски, связанные со стоимостью строительства, эксплуатационными показателями, ценой на топливо и другими факторами, несли потребители, а не поставщики. [39] Многие страны в настоящее время либерализовали рынок электроэнергии , где эти риски и риск появления более дешевых конкурентов до возмещения капитальных затрат несут поставщики и операторы станций, а не потребители, что приводит к существенно иной оценке экономики новых атомных электростанций. [40]

После аварии на АЭС «Фукусима» в Японии в 2011 году расходы на уже действующие и новые атомные электростанции, вероятно, возрастут из-за возросших требований к управлению отработанным топливом на месте и возросших проектных угроз. [41] Однако многие проекты, такие как строящаяся в настоящее время AP1000, используют пассивные системы охлаждения ядерной безопасности , в отличие от проектов Фукусимы I , где требовались активные системы охлаждения, что в значительной степени устраняет необходимость тратить больше средств на избыточное резервное оборудование безопасности.

По данным Всемирной ядерной ассоциации , по состоянию на март 2020 года:

Российская государственная атомная компания «Росатом» является крупнейшим игроком на международном рынке атомной энергетики, строящим атомные электростанции по всему миру. [43] В то время как российская нефть и газ подверглись международным санкциям после полномасштабного вторжения России на Украину в феврале 2022 года, «Росатом» не подвергся санкциям. [43] Однако некоторые страны, особенно в Европе, сократили или отменили запланированные атомные электростанции, которые должен был построить «Росатом». [43]

Безопасность и защита

Гипотетическое число смертей в мире, которые могли бы быть вызваны производством энергии, если бы мировое производство энергии обеспечивалось за счет одного источника в 2014 году.

Современные конструкции ядерных реакторов имеют многочисленные улучшения безопасности с момента появления ядерных реакторов первого поколения. Атомная электростанция не может взорваться как ядерное оружие, потому что топливо для урановых реакторов недостаточно обогащено , а ядерное оружие требует точных взрывчатых веществ, чтобы заставить топливо в достаточно малом объеме стать сверхкритическим. Большинству реакторов требуется непрерывный контроль температуры, чтобы предотвратить расплавление активной зоны , что случалось несколько раз из-за аварии или стихийного бедствия, высвобождая радиацию и делая окружающую территорию непригодной для проживания. Станции должны быть защищены от кражи ядерного материала и нападения вражеских военных самолетов или ракет. [44]

Наиболее серьезными авариями на сегодняшний день являются авария на Три-Майл-Айленде в 1979 году , катастрофа на Чернобыльской АЭС в 1986 году и катастрофа на АЭС «Фукусима-1» в 2011 году , что соответствует началу эксплуатации реакторов второго поколения .

Профессор социологии Чарльз Перроу утверждает, что множественные и неожиданные отказы встроены в сложные и тесно связанные системы ядерных реакторов общества. Такие аварии неизбежны и не могут быть спроектированы вокруг них. [45] Междисциплинарная группа из Массачусетского технологического института подсчитала, что, учитывая ожидаемый рост ядерной энергетики с 2005 по 2055 год, в этот период можно ожидать как минимум четырех серьезных ядерных аварий. [46] Исследование Массачусетского технологического института не учитывает улучшения в безопасности с 1970 года. [47] [48]

Регулирование и надзор

Ядерная энергетика работает в рамках страховой структуры, которая ограничивает или структурирует ответственность за аварии в соответствии с Парижской конвенцией об ответственности третьих лиц в области ядерной энергии , Брюссельской дополнительной конвенцией и Венской конвенцией о гражданской ответственности за ядерный ущерб . [49] Однако государства с большинством мировых атомных электростанций, включая США, Россию, Китай и Японию, не являются участниками международных конвенций об ответственности за ядерный ущерб.

Соединенные Штаты
В Соединенных Штатах страхование от ядерных или радиационных инцидентов покрывается (для объектов, лицензированных до 2025 года) Законом Прайса-Андерсона о возмещении ущерба в ядерной промышленности .
Великобритания
В соответствии с энергетической политикой Соединенного Королевства , посредством Закона о ядерных установках 1965 года, ответственность регулируется за ядерный ущерб, за который несет ответственность британский ядерный лицензиат. Закон требует, чтобы компенсация за ущерб до лимита в 150 миллионов фунтов стерлингов была выплачена ответственным оператором в течение десяти лет после инцидента. Между десятью и тридцатью годами после этого правительство выполняет это обязательство. Правительство также несет ответственность за дополнительную ограниченную трансграничную ответственность (около 300 миллионов фунтов стерлингов) в соответствии с международными конвенциями ( Парижская конвенция об ответственности третьих лиц в области ядерной энергии и Брюссельская конвенция, дополнительная к Парижской конвенции). [50]

Противоречие

На заднем плане — украинский город Припять , покинутый жителями из-за ядерной аварии, произошедшей на Чернобыльской АЭС 26 апреля 1986 года.

Дебаты в области ядерной энергетики о развертывании и использовании ядерных реакторов деления для выработки электроэнергии из ядерного топлива в гражданских целях достигли пика в 1970-х и 1980-х годах, когда в некоторых странах они «достигли беспрецедентной в истории технологических споров интенсивности». [51]

Сторонники утверждают, что ядерная энергетика является устойчивым источником энергии, который сокращает выбросы углерода и может повысить энергетическую безопасность , если ее использование заменит зависимость от импортного топлива. [52] [ необходима полная цитата ] Сторонники продвигают идею о том, что ядерная энергетика практически не загрязняет воздух, в отличие от главной жизнеспособной альтернативы ископаемого топлива. Сторонники также считают, что ядерная энергетика является единственным жизнеспособным курсом на достижение энергетической независимости для большинства западных стран. Они подчеркивают, что риски хранения отходов невелики и могут быть дополнительно снижены за счет использования новейших технологий в новых реакторах, а показатели эксплуатационной безопасности в западном мире превосходны по сравнению с другими основными видами электростанций. [53] [ необходима полная цитата ]

Противники говорят, что ядерная энергетика представляет множество угроз для людей и окружающей среды, [ кому? ] [ ласковые слова ] и что затраты не оправдывают выгоды. Угрозы включают риски для здоровья и ущерб окружающей среде от добычи, переработки и транспортировки урана , риск распространения ядерного оружия или саботажа, а также проблему радиоактивных ядерных отходов . [54] [55] [56] Еще одной экологической проблемой является сброс горячей воды в море. Горячая вода изменяет экологические условия для морской флоры и фауны. Они также утверждают, что сами реакторы являются чрезвычайно сложными машинами, в которых многое может пойти и идет не так, и было много серьезных ядерных аварий . [57] [58] Критики не верят, что эти риски можно снизить с помощью новых технологий , [59] несмотря на быстрый прогресс в процедурах сдерживания и методах хранения.

Противники утверждают, что если рассматривать все энергоемкие этапы ядерной топливной цепочки , от добычи урана до вывода из эксплуатации , ядерная энергетика не является источником электроэнергии с низким содержанием углерода , несмотря на возможность переработки и длительного хранения с использованием ядерной установки. [60] [61] [62] Те страны, которые не содержат урановые рудники, не могут достичь энергетической независимости с помощью существующих технологий ядерной энергетики. Фактические затраты на строительство часто превышают оценки, а затраты на управление отработанным топливом трудно определить. [ необходима ссылка ]

1 августа 2020 года ОАЭ запустили первую в арабском регионе атомную электростанцию. Блок 1 станции Barakah в регионе Al Dhafrah в Абу-Даби начал вырабатывать тепло в первый день запуска, в то время как остальные 3 блока находятся в стадии строительства. Однако глава Nuclear Consulting Group Пол Дорфман предупредил об инвестициях страны Персидского залива в станцию ​​как о риске «дальнейшей дестабилизации нестабильного региона Персидского залива, нанесения ущерба окружающей среде и повышения вероятности распространения ядерного оружия». [63]

Воздействие на окружающую среду

Атомные электростанции не производят парниковые газы во время работы. Старые атомные электростанции, например, те, которые используют реакторы второго поколения , производят примерно такое же количество углекислого газа в течение всего жизненного цикла атомных электростанций, в среднем около 11 г/кВт·ч, сколько энергии вырабатывается ветром , что составляет около 1/3 солнечной энергии , 1/45 природного газа и 1/75 угля . [64] Более новые модели, например, HPR1000 , производят еще меньше углекислого газа в течение всего срока эксплуатации, всего лишь 1/8 электростанций, использующих реакторы второго поколения, что составляет 1,31 г/кВт·ч. [65]

Однако существуют и другие виды воздействия на окружающую среду для атомных электростанций, такие как радиоактивные отходы , ионизирующее излучение и отходящее тепло . Крупные атомные электростанции могут выбрасывать отходящее тепло в естественные водоемы , влияя на водные организмы. [66] Добыча ядерного топлива , включая уран или торий , может негативно влиять на окружающую среду вблизи места добычи. [67] Хотя текущий метод утилизации ядерных отходов с атомных электростанций в глубоких захоронениях в целом считается безопасным, аварии во время транспортировки ядерных отходов все еще могут привести к утечке ядерных загрязняющих веществ. [68]

Крупномасштабные ядерные аварии , такие как Чернобыль или Фукусима , приводят к выбросу большого количества радиоактивных материалов в природу, нанося вред существам и людям. [69] [70] Решения включают в себя усиление нормативной и эксплуатационной подготовки, снижение радиоактивности поверхностных организмов путем глубокого захоронения или другой обработки радиоактивных загрязнителей на месте аварии и создание постоянных зон отчуждения. [71]

Будущее развитие

Текущие проекты

По состоянию на март 2024 года в мире строится около 60 ядерных реакторов для электростанций общей мощностью 64 ГВт [72] , а еще 110 находятся на стадии планирования. Большинство этих реакторов, как строящихся, так и планируемых, расположены в Азии . В последние годы ввод в эксплуатацию новых реакторов был примерно компенсирован выводом из эксплуатации старых. За последние два десятилетия, в то время как 100 реакторов были введены в эксплуатацию, 107 были выведены из эксплуатации. [73]

Атомная электростанция следующего поколения

Международная коалиция продвигает исследования и разработки по шести технологиям ядерных реакторов поколения IV . Международный форум поколения IV (GIF), инициированный Министерством энергетики США в 2000 году и официально учрежденный в 2001 году, является совместной платформой для 13 стран, где ядерная энергия имеет важное или решающее значение для будущих энергетических потребностей. Этот коллектив, в который входят такие основатели, как Аргентина, Бразилия, Канада, Франция, Япония, Южная Корея, Южная Африка, Великобритания и США, а также новые члены, такие как Швейцария, Китай, Россия, Австралия и Европейский союз через Евратом, фокусируется на обмене идеями исследований и разработок, а не на строительстве реакторов, стремясь установить многонациональные нормативные стандарты для этих ядерных технологий следующего поколения. [24] [74]

В 2002 году GIF выбрал шесть реакторных технологий после двух лет рассмотрения около 100 концепций, представляющих будущее ядерной энергетики. Среди этих шести проектов три из них являются реакторами на быстрых нейтронах , все работают при более высоких температурах, чем текущие модели. Эти реакторы спроектированы так, чтобы быть более устойчивыми, экономичными, безопасными и надежными, а также противостоять ядерному распространению. Четыре проекта были тщательно протестированы в аспектах проектирования, что обеспечивает основу для дальнейших исследований и потенциальной коммерческой эксплуатации до 2030 года. [24] [74]

Первая и единственная в мире атомная электростанция, которая ввела реакторы Gen IV в коммерческое использование, — это АЭС Shidao Bay . Реактор представляет собой высокотемпературный газоохлаждаемый реактор , строительство которого началось 21 сентября 2014 года [75] , начал вырабатывать электроэнергию 20 декабря 2021 года [76] и был введен в коммерческую эксплуатацию 12 декабря 2023 года [77].

Термоядерная электростанция

Другим развивающимся направлением для атомных электростанций является ядерный синтез. Исследования в области ядерного синтеза и физики плазмы достигли значительных успехов, более 50 стран внесли свой вклад в эту область и недавно достигли первого в истории научного прироста энергии в эксперименте по термоядерному синтезу. Изучаются различные конструкции и методологии, включая машины на основе магнитов, такие как стеллараторы и токамаки, а также лазеры, линейные устройства и передовые топливные подходы; сроки успешного развертывания термоядерной энергии зависят от глобального сотрудничества, темпов развития отрасли и создания необходимой ядерной инфраструктуры для поддержки этого будущего источника энергии. [78]

Сборка ITER , крупнейшего международного термоядерного объекта, началась в 2020 году во Франции, что стало решающим шагом на пути к демонстрации жизнеспособности термоядерной энергии. С экспериментами, которые должны начаться во второй половине этого десятилетия, и экспериментами на полной мощности, запланированными на 2036 год, ITER стремится проложить путь для DEMO -электростанций, которые, по мнению экспертов, могут быть введены в эксплуатацию к 2050 году. Одновременно с этим частные предприятия используют десятилетия финансируемых государством исследований для продвижения термоядерных технологий, предполагая, что коммерческая термоядерная энергетика может стать реальностью еще до середины 21-го века. [78] Многие страны, участвующие в проекте ITER, также разрабатывают собственные модели термоядерных реакторов и электростанций. В Китае исследователи разрабатывают новый реактор под названием China Fusion Engineering Test Reactor (CFETR), нацеленный на строительство коммерческой практической термоядерной электростанции к 2050 году. [79]

Смотрите также

Сноски

  1. ↑ Выпуск, Пресса. «Новая модификация российского топлива ВВЭР-440 загружена на АЭС «Пакш» в Венгрии».
  2. ^ "PRIS – Home". Iaea.org . Получено 17 августа 2023 г. .
  3. ^ "World Nuclear Power Reactors 2007–08 and Uranium Requirements". Всемирная ядерная ассоциация . 9 июня 2008 г. Архивировано из оригинала 3 марта 2008 г. Получено 21 июня 2008 г.
  4. ^ "Атомные электростанции - типы реакторов - Управление энергетической информации США (EIA)". www.eia.gov . Получено 29 мая 2024 г. .
  5. ^ Сокращение капитальных затрат на атомные электростанции. OECD/NEA. 8 февраля 2000 г. doi :10.1787/9789264180574-en. ISBN 9789264171442. Получено 20 декабря 2021 г. .
  6. ^ "Таблица A.III.1 − Параметры стоимости и производительности выбранных технологий электроснабжения" (PDF) . Межправительственная группа экспертов по изменению климата . Получено 20 декабря 2021 г. .
  7. ^ Рютер, Геро (27 декабря 2021 г.). «Насколько устойчива ветроэнергетика?». Deutsche Welle . Получено 28 декабря 2021 г. Недавно построенная наземная ветровая турбина производит около девяти граммов CO2 на каждый киловатт-час (кВт·ч), который она вырабатывает... новая морская электростанция в море выбрасывает семь граммов CO2 на кВт·ч... солнечные электростанции выбрасывают 33 грамма CO2 на каждый вырабатываемый кВт·ч... природный газ производит 442 грамма CO2 на кВт·ч, электроэнергия из каменного угля — 864 грамма, а электроэнергия из лигнита или бурого угля — 1034 грамма... на ядерную энергетику приходится около 117 граммов CO2 на кВт·ч, учитывая выбросы, вызванные добычей урана, а также строительством и эксплуатацией ядерных реакторов.
  8. ^ "Таблица A.III.2 − Выбросы отдельных технологий электроснабжения (гCO2экв/кВтч)" (PDF) . Межправительственная группа экспертов по изменению климата . Получено 20 декабря 2021 г. .
  9. ^ Маркандья, Анил; Уилкинсон, Пол (13 сентября 2007 г.). «Производство электроэнергии и здоровье». The Lancet . 370 (9591): 979–990. doi :10.1016/S0140-6736(07)61253-7. PMID  17876910. S2CID  25504602. Получено 20 декабря 2021 г.
  10. ^ "Уровень смертности от производства энергии на ТВт·ч". Our World in Data . Получено 22 февраля 2022 г. .
  11. ^ "EBR-I (Экспериментальный реактор-размножитель-I)". Аргоннская национальная лаборатория.
  12. ^ Рик Михал (ноябрь 2001 г.). «Пятьдесят лет назад в декабре: атомный реактор EBR-I выработал первое электричество» (PDF) . Nuclear News . American Nuclear Society. Архивировано из оригинала (PDF) 25 июня 2008 г. . Получено 20 декабря 2021 г. .
  13. ^ "Ядерный топливный цикл России". world-nuclear.org . Архивировано из оригинала 13 февраля 2013 года . Получено 1 ноября 2015 года .
  14. ^ "ОБНИНСК 1954 - первая ядерная электрическая на свет, ČESKÁ ENERGETIKA sro - Ваша сила в энергетике" . www.ceskaenergetika.cz . Архивировано из оригинала 5 августа 2021 года . Проверено 5 августа 2021 г.
  15. ^ Кайзер, Питер; Мадсен, Майкл (2013). «Атом Мирный: первая в мире гражданская атомная электростанция». Бюллетень МАГАТЭ (онлайн) (на русском языке). 54 (4): 5–7. ISSN  1564-2690.
  16. ^ "Королева переключается на ядерную энергию". BBC Online . 17 октября 2008 г. Получено 1 апреля 2012 г.
  17. ^ Уильям, Каспар и др. (2013). Обзор воздействия радиации на микроструктуру и свойства бетонов, используемых на атомных электростанциях. Вашингтон, округ Колумбия: Комиссия по ядерному регулированию , Управление исследований в области ядерного регулирования.
  18. ^ "Как работает ядерная энергетика". HowStuffWorks.com . 9 октября 2000 г. Получено 25 сентября 2008 г.
  19. ^ "Конденсатор". NRC Web .
  20. ^ "Охлаждающие электростанции | Использование воды на электростанциях для охлаждения – Всемирная ядерная ассоциация". www.world-nuclear.org . Получено 27 сентября 2017 г. .
  21. ^ ab World Energy Outlook 2023. ОЭСР. 24 октября 2023 г. doi :10.1787/827374a6-en. ISBN 978-92-64-64773-2.
  22. ^ ab "OECD – World Energy Balances: Overview – Analysis". IEA . Получено 11 марта 2024 г. .
  23. ^ "Grid Map". www.entsoe.eu . Получено 14 марта 2024 г. .
  24. ^ abcd Schneider, Mycle (январь 2024 г.). "The World Nuclear Industry Status Report 2023" (PDF) . The World Nuclear Industry Status Report .
  25. ^ Szulecki, Kacper; Overland, Indra (апрель 2023 г.). «Российская дипломатия в области ядерной энергетики и ее последствия для энергетической безопасности в контексте войны на Украине». Nature Energy . 8 (4): 413–421. Bibcode :2023NatEn...8..413S. doi :10.1038/s41560-023-01228-5. hdl : 11250/3092794 . ISSN  2058-7546.
  26. ^ "Ядерная энергетика сегодня | Ядерная энергетика - Всемирная ядерная ассоциация". world-nuclear.org . Получено 11 марта 2024 г. .
  27. ^ "Nuclear Decommissioning: Decommission nuclear Facilities". World-nuclear.org. Архивировано из оригинала 19 октября 2015 года . Получено 6 сентября 2013 года .
  28. ^ ab "Совершенно секретно". sovsekretno.ru . Проверено 1 ноября 2015 г.
  29. ^ "Таблица 2. Цитата: Расчетный срок службы (год) 60" (PDF) . uxc.com . стр. 489.
  30. ^ Шеррелл Р. Грин, «Реакторы Centurion – достижение коммерческих энергетических реакторов со сроком эксплуатации более 100 лет», Национальная лаборатория Оук-Ридж, опубликовано в трудах зимнего национального собрания Американского ядерного общества 2009 года, ноябрь 2009 г., Вашингтон, округ Колумбия.
  31. ^ "Росатом запускает технологию отжига для блоков ВВЭР-1000". World Nuclear News. 27 ноября 2018 г. Получено 28 ноября 2018 г.
  32. ^ Patel, Sonal (апрель 2019 г.). «Гибкая эксплуатация атомных электростанций набирает обороты». Power . Получено 29 мая 2019 г. .
  33. ^ Кидд, Стив (22 июня 2009 г.). «Ядерная энергетика во Франции – в чем они были правы?». Nuclear Engineering International . Архивировано из оригинала 11 мая 2010 г.
  34. ^ Гервин, Роберт (1971). «Kernkraft heute und morgen: Kernforschung und Kerntechnik als Chance unserer Zeit» [Ядерная энергетика сегодня и завтра: Ядерные исследования как шанс нашего времени]. Bild der Wissenschaft (на немецком языке). Дойче Верлагс-Анштальт. ISBN 3-421-02262-3.
  35. ^ "США начинают изучение плавучих атомных электростанций". Nuclear Engineering International . 1 сентября 2022 г. Получено 2 сентября 2022 г.
  36. ^ "Концептуальный проект NuScale и Prodigy для установки SMR морского базирования". World Nuclear News . 27 октября 2022 г. Получено 31 октября 2022 г.
  37. ^ Нянь, Виктор; Миньякка, Бенито; Локателли, Джорджио (15 августа 2022 г.). «Политика в направлении чистого нуля: сравнительный анализ экономической конкурентоспособности ядерной энергетики по сравнению с ветровой и солнечной энергетикой». Applied Energy . 320 : 119275. Bibcode :2022ApEn..32019275N. doi :10.1016/j.apenergy.2022.119275. hdl : 11311/1227558 . ISSN  0306-2619. S2CID  249223353.
  38. ^ ab Kidd, Steve (21 января 2011 г.). "Новые реакторы — больше или меньше?". Nuclear Engineering International . Архивировано из оригинала 12 декабря 2011 г.
  39. ↑ Эд Крукс (12 сентября 2010 г.). «Ядерное оружие: новый рассвет теперь, похоже, ограничен востоком». Financial Times. Архивировано из оригинала 10 декабря 2022 г. Получено 12 сентября 2010 г.
  40. ^ Будущее ядерной энергетики. Массачусетский технологический институт . 2003. ISBN 978-0-615-12420-9. Получено 10 ноября 2006 г.
  41. ^ Массачусетский технологический институт (2011). «Будущее ядерного топливного цикла» (PDF) . стр. xv.
  42. ^ "Экономика ядерной энергетики | Стоимость ядерной энергии - Всемирная ядерная ассоциация". world-nuclear.org . Получено 17 августа 2021 г. .
  43. ^ abc Szulecki, Kacper; Overland, Indra (апрель 2023 г.). «Российская дипломатия в области ядерной энергетики и ее последствия для энергетической безопасности в контексте войны на Украине». Nature Energy . 8 (4): 413–421. Bibcode :2023NatEn...8..413S. doi : 10.1038/s41560-023-01228-5 . hdl : 11250/3106595 . ISSN  2058-7546.
  44. ^ «Правовые эксперты: атака Stuxnet на Иран была незаконным «актом силы»». Wired. 25 марта 2013 г.
  45. ^ Уитни, Д.Э. (2003). «Обычные несчастные случаи Чарльза Перроу» (PDF) . Массачусетский технологический институт .
  46. ^ Benjamin K. Sovacool (январь 2011 г.). «Вторые мысли о ядерной энергетике» (PDF) . Национальный университет Сингапура. стр. 8. Архивировано из оригинала (PDF) 16 января 2013 г.
  47. ^ Vermont Legislative Research Shop: Ядерная энергетика Архивировано 17 марта 2016 г. на Wayback Machine uvm.edu , дата обращения 26 декабря 2018 г.
  48. ^ Массачусетский технологический институт (2003). «Будущее ядерной энергетики» (PDF) . стр. 49.
  49. ^ "Публикации: Международные конвенции и юридические соглашения". iaea.org . 27 августа 2014 г. Получено 1 ноября 2015 г.
  50. ^ "Ядерный раздел веб-сайта Министерства торговли и промышленности Великобритании". Архивировано из оригинала 15 февраля 2006 г.
  51. ^ Джим Фальк (1982). Глобальный распад: битва за ядерную энергетику , Oxford University Press, страницы 323–340.
  52. ^ Энергетическое законодательство США может стать «возрождением» ядерной энергетики.
  53. ^ Бернард Коэн. "Вариант ядерной энергии" . Получено 9 декабря 2009 г.
  54. ^ «Ядерная энергия — это не новый чистый ресурс». Theworldreporter.com. 2 сентября 2010 г.
  55. ^ Greenpeace International и Европейский совет по возобновляемым источникам энергии (январь 2007 г.). Энергетическая революция: перспективы устойчивой мировой энергетики. Архивировано 06.08.2009 в Wayback Machine , стр. 7.
  56. ^ Giugni, Marco (2004). Социальный протест и изменение политики: экология, антиядерное движение и движение за мир в сравнительной перспективе. Rowman & Littlefield. стр. 44–. ISBN 978-0-7425-1827-8.
  57. ^ Стефани Кук (2009). В руках смертных: предостерегающая история ядерного века , Black Inc., стр. 280.
  58. ^ Sovacool, Benjamin K (2008). «Цена неудач: предварительная оценка крупных энергетических аварий, 1907–2007». Энергетическая политика . 36 (5): 1802–20. Bibcode : 2008EnPol..36.1802S. doi : 10.1016/j.enpol.2008.01.040.
  59. ^ Джим Грин . Ядерное оружие и цепная реакция реакторов «четвертого поколения» , август 2009 г., стр. 18–21.
  60. ^ Кляйнер, Курт (2008). «Ядерная энергия: Оценка выбросов» (PDF) . Nature Reports Climate Change . 2 (810): 130–1. doi : 10.1038/climate.2008.99 .
  61. ^ Марк Дизендорф (2007). Решения для теплиц с устойчивой энергетикой , Издательство Университета Нового Южного Уэльса, стр. 252.
  62. ^ Дизендорф, Марк (2007). «Является ли ядерная энергия возможным решением проблемы глобального потепления» (PDF) . Социальные альтернативы . 26 (2). Архивировано из оригинала (PDF) 22 июля 2012 г.
  63. ^ «Богатые нефтью ОАЭ открывают первую в арабском мире атомную электростанцию. Эксперты задаются вопросом, почему». CNN . Август 2020 г. Получено 1 августа 2020 г.
  64. ^ "Ядерная энергетика и изменение климата - Всемирная ядерная ассоциация". world-nuclear.org . Получено 11 марта 2024 г. .
  65. ^ Лю, Боджи; Пэн, Бинбин; Лу, Фэй; Ху, Цзян; Чжэн, Ли; Бо, Мэйфан; Шан, Синь; Лю, Вэйвэй; Чжан, Ичи; Чжоу, Сяфэй; Цзя, Пэнфэй; Лю, Гэнъюань (2023). «Критический обзор выбросов углерода на атомных электростанциях». Границы энергетических исследований . 11 . дои : 10.3389/fenrg.2023.1147016 . ISSN  2296-598Х.
  66. ^ Ван, Гунцин; Ван, Бо; Вэнь, Джимин; Тянь, Жуйфэн; Ню, Чжисинь; Лю, Синминь (2021). «Анализ масштабирования для инерционного резервуара на основе холодного состояния ядерного реактора глубокого бассейна». Annals of Nuclear Energy . 151 : 107907. Bibcode : 2021AnNuE.15107907W. doi : 10.1016/j.anucene.2020.107907. ISSN  0306-4549.
  67. ^ Пастернак, Джуди (2010). Желтая грязь: американская история отравленной земли и преданных людей (1. Free Press, твердый переплет). Нью-Йорк, Нью-Йорк: Free Press. ISBN 978-1-4165-9482-6.
  68. ^ Cashwell, CE; McClure, JD (1 января 1992 г.). Транспортные аварии/инциденты, связанные с радиоактивными материалами (1971--1991) (Отчет). Sandia National Labs., Альбукерке, Нью-Мексико (США). OSTI  7193124.
  69. ^ "Отчет: Выбросы с японского завода приближаются к уровню Чернобыля". USATODAY.COM . Получено 11 марта 2024 г. .
  70. ^ Sovacool, Benjamin K. (май 2008 г.). «Цена неудач: предварительная оценка крупных энергетических аварий 1907–2007 гг.». Энергетическая политика . 36 (5): 1802–1820. Bibcode : 2008EnPol..36.1802S. doi : 10.1016/j.enpol.2008.01.040.
  71. ^ "Когда пар рассеивается". The Economist . ISSN  0013-0613 . Получено 11 марта 2024 г.
  72. ^ "Ядерная энергетика сегодня | Ядерная энергетика - Всемирная ядерная ассоциация". world-nuclear.org . Получено 11 марта 2024 г. .
  73. ^ "Планы новых ядерных реакторов по всему миру - Всемирная ядерная ассоциация". world-nuclear.org . Получено 11 марта 2024 г. .
  74. ^ ab "Generation IV Nuclear Reactors: WNA - World Nuclear Association". world-nuclear.org . Получено 11 марта 2024 г. .
  75. ^ "石岛湾高温气冷堆核电站示范工程常规岛开工 - 国内前沿 ChinaNet" . www.nuclear.net.cn . Проверено 11 марта 2024 г.
  76. Ссылки ​ www.xinhuanet.com . Проверено 11 марта 2024 г.
  77. ^ "全球首座第四代核电站商运投产-新华网" . www.news.cn. ​Проверено 11 марта 2024 г.
  78. ^ ab Szulecki, Kacper; Overland, Indra (апрель 2023 г.). «Российская дипломатия в области ядерной энергетики и ее последствия для энергетической безопасности в контексте войны на Украине». Nature Energy . 8 (4): 413–421. Bibcode :2023NatEn...8..413S. doi : 10.1038/s41560-023-01228-5 . hdl : 11250/3106595 . ISSN  2058-7546.
  79. Ссылки 科大新闻网". news.ustc.edu.cn. ​Проверено 11 марта 2024 г.

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме «Атомная электростанция».