За последние 30 лет население Земли существенно увеличилось: с 5,3 млрд человек до 7,9 млрд — и продолжает расти. Обеспечивать огромное количество людей электроэнергией становится всё сложнее. Залежи полезных ископаемых далеко не бесконечны. По подсчетам ученых, к 2050 году потребности человечества в электроэнергии увеличатся в три раза, а ресурсов для ее выработки хватит всего лишь лет на сто.
Кроме того, привычная нам углеводородная энергетика, использующая нефть, уголь и природный газ, из-за выбросов в воздух вредных веществ медленно, но верно приводит к усилению парникового эффекта и, как следствие, к изменению климата. Чтобы бороться с глобальным потеплением, на Парижском климатическом саммите в 2015 году были приняты решения по снижению выбросов, соблюдать которые обязались большинство стран мира.
Чем заменить традиционные источники энергии, которые сейчас доминируют в мировой энергетике? Ответ есть: это атомная энергетика — экологически чистая, способная многократно использовать уже отработанные ресурсы.
Эксперты Всемирной ядерной ассоциации (WNA) подсчитали, что для сокращения выбросов парниковых газов доля атомной генерации к 2050 году должна составлять не менее 25% от мировой выработки электроэнергии. Сейчас объем электроэнергии, произведенной на всех АЭС в мире, составляет примерно 10% от всего объема производимой на планете электроэнергии.
Мы подготовили ликбез по современной атомной энергетике.
Сколько всего АЭС в мире? И где они находятся?
В развитых странах уже давно работают над переходом к «зеленой» энергетике — в частности, развивают атомную энергетику. Так, во Франции доля атомной генерации электроэнергии составляет 70%, а в Венгрии, Словакии и Украине — 50%. Первое место по атомным мощностям занимают США — там работают 95 реакторов установленной мощностью более 97 тыс МВт.
В мировой «атомный клуб» в последнее время вступают многие страны-новички. Особенно активно наращивают темпы строительства страны с большим количеством населения. Китай здесь является рекордсменом — на территории страны одновременно строятся 10 энергоблоков. В Индии (второй после КНР стране по численности населения) одновременно строят 7 новых реакторов.
Всего в 31 стране мира работают 442 ядерных реактора, еще 53 строятся.
Существенный вклад в развитие мировой атомной энергетики вносит российская госкорпорация «Росатом». Россия сегодня является лидером по строительству атомных станций за рубежом: зарубежный портфель проектов Росатома включает в себя 36 блоков в 12 странах. Например, два энергоблока по российскому проекту и под контролем компании возводят в Бангладеш, два — в Республике Беларусь, четыре энергоблока с реакторами ВВЭР-1200 российские специалисты строят на АЭС «Аккую» в Турции. Это будут первые атомные станции для этих стран.
Как работает АЭС?
Принцип работы АЭС, несмотря на технологические сложности, довольно прост. Главными циркуляционными насосами вода, подаваемая к АЭС по специальному трубопроводу, прокачивается через активную зону реактора, где она под давлением нагревается до температуры 320 градусов за счет управляемой цепной реакции.
Затем нагретый теплоноситель отдает тепло воде второго контура (рабочему телу), испаряя ее в парогенераторе. Парогенератор выдает насыщенный пар под давлением 6,4 МПа, который подается к паровой турбине. Турбина вращает ротор электрогенератора, и полученная электроэнергия далее через контактную сеть отдается на распределительные станции.
Главная задача для разработчиков АЭС — обеспечить стабильную, бесперебойную работу станции на весь срок работы.
Как сказалось на мировой атомной отрасли эхо «Фукусимы»?
В 2011 году авария на японской АЭС «Фукусима-1» нанесла серьезный ущерб репутации ядерной энергетики. Огромная волна цунами, вызванного сильнейшим землетрясением, вывела из строя системы энергоснабжения и охлаждения, а также резервные дизельные генераторы на всех четырех блоках станции.
Сразу после аварии экологи и общественные организации призывали к отказу от атомной энергетики. Некоторые страны сделали попытки заменить атомную энергетику солнечной и ветряной. Однако скоро стало понятно, что эти источники не могут обеспечить стабильную генерацию в тех же объемах, что и АЭС, подчеркнул в интервью Reuters глава Росатома Алексей Лихачев:
«Страны принимали корректировки к национальным энергопрограммам — где-то притормаживали, где-то пересматривали требования к развитию атомной энергетики. Родился ряд технологических вызовов. Был аспект экономический, когда, отложив на некоторое время развитие атомной компетенции или даже, может быть, де-юре запретив их развитие вообще, страны столкнулись с невозможностью декарбонизировать свою энергетику без наличия базовой составляющей — атомной генерации».
По словам гендиректора Росатома, сейчас вопросы безопасности при форсировании темпов развития атомной энергетики обсуждаются в первую очередь.
Как решается вопрос безопасности АЭС сегодня?
Российские атомщики на протяжении десятилетий совершенствовали технологии и улучшали безопасность реакторов, в частности, ВВЭР — самого популярного на сегодняшний день типа реакторов. Флагманский проект Росатома — реактор ВВЭР-1200 — сегодня признан самым безопасным в мире. При его проектировании были учтены все уроки истории: инцидент на станции «Три Майл Айленд» с реактором PWR, авария с РБМК на Чернобыльской АЭС, а также авария на «Фукусиме» с реакторами BWR.
В реакторах ВВЭР-1200 предусмотрены активная и пассивная системы безопасности: последние сработают без участия оператора и даже в том случае, если станция обесточена в результате аварии.
Система защитных герметичных оболочек (контайнмент) сконструирована так, что сможет выдержать колоссальное внутреннее давление — даже если вся поданная в реактор вода превратится в пар. Для снижения давления пара внутри защитной оболочки установлена специальная спринклерная система. Она похожа на обычную систему пожаротушения в офисе, но вместо воды из-под купола блока в случае необходимости разбрызгивается раствор бора и других веществ, препятствующих распространению радиоактивности. Вместе с разбрызгивателями размещаются рекомбинаторы водорода, не позволяющие газу скапливаться. Это исключает возможность взрыва. Кроме того, контайнмент современной АЭС способен противостоять практически любым внешним угрозам — например, он выдерживает падение самолета, смерч, ураган или взрыв.
Еще одна важная конструкция реактора ВВЭР-1200 — это уникальная разработка российских атомщиков, «ловушка расплава». Она устанавливается в шахте реактора под днищем корпуса и в случае аварии не позволит расплаву выйти за пределы корпуса реактора.
Все российские АЭС находятся под надежной охраной — их патрулируют войска Росгвардии, а система охраны периметра станции сделана так, что любого нарушителя остановят еще на линии охраны.
Мониторинг радиационного состояния АЭС ведется круглосуточно: данные с постов каждый час поступают в Единую автоматизированную систему контроля радиационной обстановки. Эти данные абсолютно открытые: уже больше десяти лет каждый может увидеть их онлайн на сайте https://www.russianatom.ru/.
Какое будущее ждет АЭС?
История АЭС похожа на историю автомобиля — век прожорливых масл-каров прошел, им на смену пришли технологичные, экономичные и надежные машины. С ядерной энергетикой всё примерно так же. Сегодня будущее — за замкнутым ядерным топливным циклом, когда в одной связке работают два вида реакторов — привычные нам тепловые реакторы и реакторы на быстрых нейтронах. Цикл называют замкнутым потому, что в нем повторно используется отработавшее ядерное топливо, да и отходов остается минимум.
Россия в этом направлении — в лидерах. Так, еще в 1980 году в СССР был запущен реактор БН-600 на быстрых нейтронах (на Белоярской АЭС). Спустя 40 лет бесперебойной работы планируется продление его срока эксплуатации — до 2040 года. На этой же атомной станции с 2014 работает и его «брат» — реактор на быстрых нейтронах БН-800. Сегодня Россия — единственная страна в мире с действующими промышленными реакторами на быстрых нейтронах.
Но это еще не всё — российские атомщики реализуют не имеющий аналогов в мире проект «Прорыв»: строится целый комплекс, который будет включать в себя модули по фабрикации и переработке «топлива будущего», а также реактор на быстрых нейтронах нового поколения. Когда опытно-демонстрационный комплекс будет готов, Россия сможет наглядно продемонстрировать всему миру преимущества замкнутого цикла.
Конечно, существует еще много перспективных технологий по использованию энергии атома. Один из проектов, идеей которого давно захвачены ученые по всему миру, — это получение энергии путем термоядерного синтеза. Для этого сейчас силами нескольких десятков стран — в их числе и России — строится «искусственное Солнце на Земле» — крупнейший экспериментальный термоядерный реактор ITER.
Еще больше об атомной промышленности на www.atom75.ru
Это тоже интересно: