Ядерная энергетика плюсы и минусы. Ядерная (Атомная) энергия

Все наслышаны о главном недостатке АЭС – о тяжелых последствиях аварий на атомных станциях. Десятки тысяч погибших и множество смертельно заболевших людей, мощное радиационное облучение, влияющее на здоровье человека и его потомков, города, ставшие непригодными для жизни… список, к сожалению, можно продолжать бесконечно. Хвала небесам, что случаи аварий единичны, подавляющее большинство атомных станций мира успешно работают десятилетиями, ни разу не сталкиваясь со сбоями системы.

Сегодня атомная энергетика – это одно из самых быстро развивающихся направлений в мировой науке. Попытаемся отойти от устойчивого мифа о том, что атомные станции – это опасность ядерных катастроф и узнать про достоинства и недостатки АЭС как источников электроэнергии. В чем атомные станции превосходят тепловые и гидроэлектростанции? Каковы преимущества и недостатки АЭС? Стоит ли развивать это направление добычи электричества? Обо всем этом и не только…

Вы знали, что получить электричество можно с помощью обычной картошки, лимона или комнатного цветка? Понадобятся лишь гвоздь и медная проволока. Но снабдить электроэнергией весь мир картошка и лимоны, конечно, не смогут. Поэтому с 19 века ученые начали осваивать методы получения электроэнергии с помощью генерации.

Генерация – это процесс преобразования различных видов энергии в электрическую. Процесс генерации происходит в электрических станциях. Сегодня существует множество видов генерации.

Получить электроэнергию сегодня можно следующими способами:

1. Тепловая электроэнергетика – электроэнергия получается с помощью теплового сгорания органического топлива. Если просто – нефть и газ сгорают, выделяют тепло, тепло нагревает пар. Пар под давлением заставляет вращаться электрогенератор, а электрогенератор вырабатывает электроэнергию. Тепловые электрические станции, в которых происходит этот процесс, именуются ТЭСами.
2. Ядерная энергетика – принцип работы АЭС (атомных станций, получающих электроэнергию с помощью ядерных установок) очень похож на работу ТЭС. Отличие лишь в том, что тепло получают не от сгорания органического топлива, а от деления атомных ядер в ядерном реакторе.
3. Гидроэнергетика – в случае с ГЭС (гидроэлектростанциями), электрическую энергию получают от кинетической энергии течения воды. Вы когда-нибудь видели водопады? В основе такого способа получения энергии лежит сила водных водопадов, которые вращают роторы электрогенераторов, производящих электроэнергию. Конечно, водопады не природные. Они создаются искусственно, используя природное речное течение. Кстати, не так давно ученые выяснили, что морское течение намного мощнее речного, в планах строить морские гидроэлектростанции.
4. Ветроэнергетика – в данном случае приводит в действие электрогенератор кинетическая энергия ветра. Помните мельницы? В них полностью отражен этот принцип работы.
5. Гелиоэнергетика – в гелиоэнергетике платформой для преобразования служит тепло солнечных лучей.
6. Водородная энергетика – электроэнергию получают путем сгорания водорода. Водород сжигают, он выделяет тепло, а дальше все происходит по уже известной нам схеме.
7. Приливная энергетика – что используют для добычи электроэнергии в этом случае? Энергию морских приливов!
8. Геотермальная энергетика — получение сначала тепла, а потом и электроэнергии из естественного тепла Земли. К примеру, в вулканических районах.

Недостатки альтернативных источников энергии

Атомные, гидро и тепловые электростанции являются основными источниками получения электроэнергии в современном мире. Каковы достоинства АЭС, ГЭС и ТЭС? Почему нас не греет энергия ветра или энергия морских приливов? Чем ученым не угодил водород или естественное тепло Земли? На то есть свои причины.

Энергии ветра и солнца и морских приливов принято называть альтернативными из-за их редкого использования и совсем недавнего появления. А еще из-за того, что ветер, солнце, море и тепло Земли возобновляемы, и то, что человек воспользуется солнечным теплом или морским приливом никакого вреда ни солнцу ни приливу не принесет. Но не спешите бежать и ловить волны, не все так легко и радужно.

Гелиоэнергетика имеет существенные минусы — солнце светит только днем, соответственно ночью никакой энергии от него не добьешься. Это неудобно, т.к. основной пик потребления электричества приходится на вечерние часы. В разное время года и в разных местах Земли солнце светит по-разному. Подстраиваться под него дело затратное и сложное.

Ветер и волны тоже явления своенравные, хотят – дуют и приливают, а хотят — нет. Но если они и работают, то делают это медленно и слабо. Поэтому ветроэнергетика и приливная энергетика пока не получили большого распространения.

Геотермальная энергетика – сложный процесс, т.к. строить электрические станции можно только в зонах тектонической активности, где из-под земли можно «выжать» максимум тепла. Много ли мест с вулканами вы знаете? Вот и ученые немного. Поэтому геотермальная энергетика, скорее всего, так и останется узконаправленной и не особо работоспособной.

Водородная энергетика наиболее перспективна. Водород имеет очень высокий КПД сгорания и его сжигание абсолютно экологически чисто, т.к. продукт сгорания – дистиллированная вода. Но, есть одно но. Стоит процесс производства чистого водорода невероятно больших денег. Вы хотите платить миллионы за свет и горячую воду? Никто не хочет. Ждем, надеемся и верим, что в скором времени ученые найдут способ сделать водородную энергетику более доступной.

Атомная энергетика сегодня

По разным данным, ядерная энергетика сегодня дает от 10 до 15% электроэнергии во всем мире. Атомную энергию использует 31 страна. Наибольшее количество исследований в области электроэнергетики ведутся именно по использованию ядерной энергии. Логично предположить, что преимущества АЭС явно велики, если из всех видов добычи электроэнергии развивают именно этот.

В то же время, есть страны, которые отказываются от использования ядерной энергетики, закрывают все имеющиеся атомные станции, к примеру, Италия. На территории Австралии и Океании АЭС не существовало и не существует в принципе. Австрия, Куба, Ливия, КНДР и Польша остановили разработки АЭС и временно отказались от планов по созданию атомных станций. Эти страны не обращают внимания на достоинства АЭС и отказываются от их установки в первую очередь по соображениям безопасности и больших затрат на строительство и эксплуатацию атомных станций.

Лидерами в атомной энергетике сегодня являются США, Франция, Япония и Россия. Именно они по достоинству оценили преимущества АЭС и стали внедрять атомную энергетику в свои страны. Наибольшее количество строящихся проектов АЭС сегодня принадлежат Китайской Народной Республике. Еще около 50ти стран активно работают над внедрением ядерной энергетики.

Как и все способы добычи электроэнергии имеет АЭС преимущества и недостатки. Говоря про преимущества АЭС нужно отметить экологичность производства, отказ от использования органического топлива и удобство в транспортировке необходимого горючего. Рассмотрим все подробнее.

Преимущества АЭС перед ТЭС

Преимущества и недостатки АЭС зависят от того, с каким видом получения электроэнергии мы сравниваем ядерную энергетику. Поскольку основные конкуренты атомных станций – ТЭС и ГЭС, сравним достоинства и недостатки АЭС по отношению к этим видам получения энергии.

ТЭС, то есть теплоэлектростанции бывают двух видов:

1. Конденсационные или коротко КЭС служат только для производства электроэнергии. Кстати, другое их название пришло из советского прошлого, КЭС также называют ГРЭСами – сокращенно от «государственная районная электростанция».
   2. Теплоэлектроцентрали или ТЭЦ позволяют только производить не только электрическую, но и тепловую энергию. Взяв, к примеру, жилой дом, понятно, что КЭС только даст в квартиры электричество, а ТЭЦ еще и отопление вдобавок.

Как правило, ТЭС работают на дешевом органическом топливе – угле или угольной пыли и мазуте. Самые востребованные энергетические ресурсы сегодня – это уголь, нефть и газ. По оценкам экспертов мировых запасов угля хватит еще на 270 лет, нефти – на 50 лет, газа – на 70. Даже школьник понимает, что 50летних запасов очень мало и их надо беречь, а не ежедневно сжигать в печах.

ВАЖНО ЗНАТЬ:

АЭС решают проблему нехватки органического топлива. Преимущество АЭС – это отказ от органического топлива, тем самым, сохранение исчезающих газа, угля и нефти. Вместо них на АЭС используется уран. Мировые запасы урана оцениваются в 6 306 300 тонн. Насколько лет его хватит, никто не считает, т.к. запасов много, потребление урана достаточно небольшое, и об его исчезновении думать пока не приходится. В крайнем случае, если запасы урана вдруг унесут инопланетяне или они испарятся сами собой, в качестве ядерного топлива может применяться плутоний и торий. Преобразовать их в ядерное топливо пока дорого и сложно, но можно.

Преимущества АЭС перед ТЭС – это и сокращение количества вредных выбросов в атмосферу.

Что выделяется в атмосферу при работе КЭС и ТЭЦ и насколько это опасно:

1. Диоксид серы или сернистый ангидрид – опасный газ, губительный для растений. При попадании в организм человека в больших количествах вызывает кашель и удушье. Соединяясь с водой, диоксид серы превращается в сернистую кислоту. Именно благодаря выбросам диоксида серы возникает риск кислотных дождей, опасных для природы и человека.
   2. Оксиды азота – опасны для дыхательной системы человека и животных, раздражают дыхательные пути.
   3. Бенапирен – опасен тем, что имеет свойство скапливаться в организме человека. В результате длительного воздействия может вызывать злокачественные опухоли.

Суммарные годовые выбросы ТЭС на 1000 МВт установленной мощности – это 13 тысяч тонн в год на газовых и 165 тысяч тонн на пылеугольных тепловых станциях. ТЭС мощностью в 1000 МВт в год потребляет 8 миллионов тонн кислорода для окисления топлива, преимущества АЭС в том, что в атомной энергетике кислород не потребляется в принципе.

Вышеперечисленные выбросы для АЭС также не характерны. Преимущество АЭС — выбросы вредных веществ в атмосферу на атомных станциях ничтожно малы и по сравнению с выбросами ТЭС, безвредны.

Преимущества АЭС перед ТЭС – это низкие затраты на перевозку топлива. Уголь и газ чрезвычайно дорого доставлять на производства, в то время как необходимый для ядерных реакций уран можно поместить в одну небольшую грузовую машину.

Недостатки АЭС перед ТЭС

1. Недостатки АЭС перед ТЭС это в первую очередь наличие радиоактивных отходов. Радиоактивные отходы на атомных станциях стараются по максимуму переработать, но утилизировать совсем их не получается. Конечные отходы на современных АЭС перерабатывают в стекло и хранят в специальных хранилищах. Удастся ли их когда-нибудь использовать – пока неизвестно.
   2. Недостатки АЭС – это и небольшой КПД относительно ТЭС. Так как процессы в ТЭС протекают при более высоких температурах, они являются более производительными. В АЭС этого добиться пока сложно, т.к. циркониевые сплавы, которые косвенно участвуют в ядерных реакциях, не могут выдерживать запредельно высоких температур.
   3. Особняком стоит общая проблема тепло и атомных электростанций. Недостаток АЭС и ТЭС – это тепловое загрязнение атмосферы. Что это значит? При получении ядерной энергии выделяется большое количество тепловой энергии, которая выбрасывается в окружающую среду. Тепловое загрязнение атмосферы – проблема сегодняшнего дня, оно влечет за собой множество проблем вроде создания тепловых островов, изменения микроклимата и, в конечном счете, глобального потепления.

Современные АЭС уже решают проблему теплового загрязнения и используют для охлаждения воды собственные искусственные бассейны или градирни (специальные охладительные башни для охлаждения больших объемов горячей воды).

Преимущества и недостатки АЭС перед ГЭС

Преимущества и недостатки АЭС перед ГЭС связаны в основном с зависимостью ГЭС от природных ресурсов. Об этом подробнее…

1. Преимущество АЭС перед гидроэлектростанциями – это теоретическая возможность строительства новых атомных станций, в то время как большинство рек и водоемов, способных работать на благо гидроэлектростанций, уже заняты. То есть открытие новых ГЭС затруднено из-за нехватки нужных мест.
   2. Следующие преимущества АЭС перед ГЭС – это непрямая зависимость от природных ресурсов. ГЭС напрямую зависят от природного водоема, АЭС же только косвенно – от добычи урана, все остальное обеспечивают сами люди и их изобретения.

Недостатки АЭС перед водными станциями незначительны — ресурсы, которые использует АЭС для ядерной реакции, а конкретно урановое топливо, является не возобновляемым. В то время как количество воды – основного возобновляемого ресурса ГЭС, от работы гидроэлектростанции никак не изменится, а уран сам по себе восстановиться в природе не может.

АЭС: преимущества и недостатки

Мы подробно рассмотрели достоинства и недостатки АЭС перед другими способами получения электроэнергии.

«Но как же радиоактивные выбросы АЭС? Рядом с атомными станциями невозможно жить! Это опасно!» — скажете вы. «Ничего подобного» — ответит вам статистика и мировое ученое сообщество.

По статистическим сравнительным оценкам, проведенным в разных странах, отмечается, что смертность от заболеваний, которые появились от воздействия выбросов ТЭС выше, чем смертность от заболеваний, которые развились в организме человека от утечки радиоактивных веществ.

Собственно, все радиоактивные вещества прочно заперты в хранилищах и ждут часа, когда их научатся остаточно перерабатывать и использовать. В атмосферу такие вещества не выбрасываются, уровень радиации в населенных пунктах близ АЭС не больше традиционного уровня радиации в крупных городах.

Говоря про достоинства и недостатки АЭС, нельзя не вспомнить о стоимости постройки и запуска атомной станции. Ориентировочная стоимость небольшой современной ядерной станции – 28 миллиардов евро, специалисты утверждают, что стоимость ТЭС примерно такая же, здесь никто не выигрывает. Однако преимущества АЭС будут в меньших затратах на покупку и утилизацию топлива – уран хоть и дороже, но способен «работать» более года, в то время как запасы угля и газа необходимо постоянно пополнять.

Аварии на АЭС

Ранее мы не упомянули только основные недостатки АЭС, которые всем известны – это последствия возможных аварий. Аварии на АЭС классифицируются по шкале INES, которая имеет 7 уровней. Опасность облучения для населения представляют аварии 4го уровня и выше.

Только две аварии в истории оценены по максимальному 7му уровню – Чернобыльская катастрофа и авария на АЭС Фукусима 1. Одну аварию посчитали 6м уровнем, это Кыштымская авария, которая произошла в 1957 году на химкомбинате «Маяк» в Челябинской области.

Безусловно, имеющиеся у АЭС преимущества и недостатки меркнут по сравнению с возможностью ядерных катастроф, уносящих жизни множества людей. Но достоинства АЭС сегодня – это усовершенствованная система безопасности, которая практически полностью исключает возможность аварий, т.к. алгоритм работы атомных реакторов компьютеризирован и с помощью компьютеров реакторы отключаются в случае минимальных нарушений.

Имеющиеся у АЭС преимущества и недостатки учитывают при разработке новых моделей атомных станций, которые будут работать на переработанном ядерном топливе и уране, залежи которого ранее в работу не вводились.

Это значит, что основные преимущества АЭС сегодня – это перспективность их модернизации, улучшения и новых изобретений в этой области. Думается, что самые главные достоинства АЭС откроются чуть позже, надеемся, что наука не будет стоять на месте, и совсем скоро мы о них узнаем.