«Правильное питание» для планеты

Без электричества невозможно представить современный мир. Прервется подача энергии и тут же остановятся заводы и фабрики, банки и магазины, отключится интернет. Миру нужно много электроэнергии, но не менее важно, чтобы ее производство не наносило вреда окружающей среде. Отсюда возник термин «чистая энергия».

Откуда берется энергия?

В основе самых известных способов производства электроэнергии лежит механическая энергия, получаемая от вращения турбины и передаваемая генератору, который и вырабатывает ток. Но чтобы привести турбину в действие необходим источник, ресурс или топливо.

На теплоэлектростанциях (ТЭЦ и ГРЭС), производящих электрическую и тепловую энергию, ресурсом служат природный газ, уголь или продукты, получаемые из нефти — мазут и дизельное топливо. Они сжигаются и образуется горячий пар, под давлением которого турбина начинает крутиться. При этом в атмосферу выбрасывается большое количество вредных веществ. Газ считается более экологичным, чем уголь и мазут, но тоже относится к невозобновляемым источникам энергии.

Градирни московской ТЭЦ-21. Градирни – устройства для охлаждения большого количества воды направленным потоком атмосферного воздуха. Иногда их называют охладительными башнями / Wikimedia

На гидроэлектростанциях (ГЭС), возводимых на реках, турбину вращает энергия водного потока. Вода — это возобновляемый источник. Поэтому энергию, получаемую с ее помощью, называют чистой. Как и энергию ветра, приводящего в движение турбины на ветряных электростанциях (ВЭС). Эти станции располагаются на ветреной местности, а их генераторы должны быть высотой не менее 30−60 метров.

Чистой считается и энергия, получаемая от Солнца. На солнечных электростанциях (СЭС) для производства электричества используется не турбина, а батареи. Они содержат фотоэлемент — полупроводниковое устройство, преобразующее солнечную энергию в электрическую. Правда, при создании таких элементов образуется много отходов, способы переработки которых еще не придумали.

Еще больше интересного о науке можно узнать на платформе Homo Science

Четвертый элемент «чистого квадрата»

Атом вместе с водой, ветром и солнцем образует «квадрат» чистых источников энергии. Принцип работы АЭС во многом схож с обычной ТЭЦ, только ресурсом является ядерное топливо — уран и плутоний. В реакторе АЭС происходит расщепление частиц топлива. Так запускается цепная реакция деления, высвобождающая огромное количество тепловой энергии для нагрева воды, которая прокачивается по специальному трубопроводу через активную зону реактора. Так что по сути реактор АЭС можно сравнить с огромным кипятильником. Только невероятно эффективным — урановая таблетка в 4,5 грамма способна дать столько же электричества, сколько, к примеру, 500 кг угля. Ну, а дальше происходит все тоже самое, что и в традиционной теплогенерации: пар, турбина, генератор, электричество.

Фото: Росатом

Раньше бытовало мнение о том, что АЭС — способ производства электроэнергии повышенной опасности. Оно сложилось во многом под впечатлением от аварии на Чернобыльской АЭС. Однако по факту серьезные инциденты на АЭС можно пересчитать по пальцам одной руки. После Чернобыля атомная энергетика проделала огромный путь. Были усовершенствованы системы безопасности, внедрены современные реакторные технологии. В чем-то страх перед АЭС сегодня сродни боязни летать на самолетах. Но авиалайнеры продолжают летать, атомные станции — успешно работать во всем мире.

Безопасности АЭС и раньше уделялось огромное внимание. А сегодня они имеют сразу несколько эшелонов защиты, которые постоянно совершенствуются. Например, корпорация «Росатом» провела модернизацию систем безопасности на всех своих станциях и ввела в строй 4 энергоблока нового поколения «3+» с водо-водяными реакторами (ВВЭР) — по 2 на Нововоронежской и Ленинградской АЭС.

Подробнее о новых атомных технологиях можно узнать на научно-просветительской платформе Homo Science. Здесь собраны публикации не только о российских достижениях в атомной отрасли, но и других сферах науки и производства.

Помимо надежности, АЭС — еще и гораздо более экологичные станции по сравнению с теми же ТЭЦ. Они не выделяют углекислый газ. Их выбросы в атмосферу сопоставимы с выбросами ГЭС и ВЭС и ниже, чем у солнечных панелей.

Там, где слабо развита или отсутствует энергетическая инфраструктура (подстанции, ЛЭП и т. д.), востребованы атомные станции малой мощности. Особенно на отдаленных территориях со сложными климатическими условиями. Чукотке дает электричество первая в мире плавучая атомная станция «Росатома». Еще несколько таких АЭС планируется построить в этом регионе для Баимского горно-обогатительного комбината. А в Якутии наземная АЭС малой мощности в скором времени поможет осваивать крупное месторождения золота..

Еще больше интересного о науке можно узнать на платформе Homo Science

Ветер, ветер, ты могуч

«Росатом» развивает и ветроэнергетику. Корпорацией уже построены ВЭС общей мощностью 720 МВт на юге России. До 2027 года планируется возвести ветряки еще на 1 ГВт, а за рубежом к 2030 году — до 5 ГВт. Прежде всего, во Вьетнаме, где этому благоприятствуют природные условия и поддержка государства. Рассматриваются также проекты сооружения ВЭС в других странах.

Кордайская ВЭС на юго-востоке Казахстана / Wikimedia, МаратД., CC BY-SA 4.0

В компании уже сейчас активно занимаются решением такой проблемы, как утилизация лопастей ветряных установок. В России, в отличие от Европы, вопрос остро встанет лишь через 30−50 лет. Дело в том, что отработавшие свой ресурс лопасти нужно «захоранивать», желательно с минимальным воздействием на окружающую среду. Один из путей решения — применение композитных материалов, которые проще переработать после эксплуатации с меньшим вредом для экологии.

Технологии будущего

Прорывом в мировой энергетике стала технология замкнутого ядерного топливного цикла. В ее основе лежит работа реакторов на быстрых нейтронах. В качестве «топлива будущего» здесь используется, в частности, МОКС-топливо (смесь оксидов урана и плутония). Промышленные реакторы на быстрых нейтронах, на сегодня единственные в мире, успешно работают на Белоярской АЭС. В чем их главное преимущество?

Вид на 1, 2, 3 и 4 энергоблоки Белоярской АЭС / Wikimedia, Александра Золотова. Собственная работа, CC BY-SA 4.0

В обычном ядерном реакторе тепловые нейтроны замедляет вода, в результате чего они теряют энергию. В быстром реакторе замедлять нейтроны нет необходимости, вместо воды используют жидкий металл, например, натрий. В этом случае нейтроны поглощаются ядрами гораздо более распространенного в природе урана-238, которые воспроизводят плутоний — его затем можно вновь использовать в качестве топлива. Проще говоря, представьте, что дрова в печи превращаются не в золу, а в новые дрова. Примерно так же функционирует и ядерный реактор на быстрых нейтронах. Такие реакторы принято относить к реакторам 4-го поколения.

«Росатом» через несколько лет планирует ввести в эксплуатацию еще один «быстрый» реактор — свинцовый БРЕСТ-ОД-300, который также будет работать на быстрых нейтронах. В составе промышленного комплекса строится и завод по переработке топлива.

Еще одной технологией будущего может стать водородное топливо. Водород — это газ, он является самым распространенным элементом не только на земле, но и в космосе. Его можно аккумулировать, транспортировать, использовать для производства и потребления энергии. Продуктом его сгорания в кислороде, приводящем к выработке электроэнергии, является чистая и безопасная вода, из которой снова можно добывать водород.

КПД установок, работающих на водороде, достигает 60%. У солнечных электростанций этот показатель не превышает 20%, ветряных установок — 40%. Сложность состоит в том, что водород не встречается в природе отдельно, его нужно получать. Из-за того, что этот газ очень легкий, для транспортировки его требуется превратить в жидкость при очень низких температурах. Перевозка жидкого водорода дорога, потому и цена для его конечного потребителя тоже возрастает.

Однако, многие страны и крупнейшие компании видят перспективу в использовании водорода. Например, в качестве топлива для общественного транспорта, самолетов и автомобилей и даже для заправки квадрокоптеров. А также для развития водородной энергетики. Здесь речь идет как о производстве водорода, так и его использования в качестве хранилища энергии для последующей выработки той же электроэнергии.

В России принят государственный план по развитию водородной энергетики. В рамках него «Росатом» планирует создать установку по выработке водорода. А вместе с железнодорожниками — запустить поезда на водородном топливе.

Реклама. Частное учреждение по реализации коммуникационных программ атомной отрасли «Центр коммуникаций». ИНН: 9705152344

Обнаружили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter.
Подпишитесь на нас