9.6. Атомная энергетика и ее целесообразность

Роль источника тепла на атомных электростанциях (АЭС) играет ядерный реактор, теплота в котором выде­ляется в результате деления ядерного топлива. Однако ис­пользование атомной энергии имеет свои преимущества и недостатки.

Преимущества:

ядерное топливо обладает высокой теплотворной способностью. При делении одного грамма урана выделяется энергия равная 2000 кВт-ч. Для получения такого количества энергии нужно сжечь более 2000 кг угля. В связи с этим при эксплуатации АЭС расходы по доставке и транспортировке топлива сведены к минимуму; для АЭС основным фактором радиационной опасности является внешнее ионизирующее излучение. Однако с точки зрения радиационного загрязнения окружающей среды АЭС — более чистые по сравнению с угольными электростанциями: в угле содержатся естественные радиоактивные элементы — радий, торий, уран, полоний и др., которые вместе с золой выбрасываются в атмосферу (пылеугольная ТЭС мощностью 1200 МВт, потребляя 3,4 млн. т угля в год, выбрасывает в атмосферу ежегодно 130 тыс. т золы). Их активность составляет 100 мбэр/год, для АЭС аналогичной мощности величина радиоактивных выбросов — 0,5—1 мбэр/год. Недостатки:

образуются жидкие, газообразные, аэрозольные и твердые радиоактивные отходы в процессе работы ядерного реактора. Присутствие в этих отходах долгоживущих изотопов продолжительное время сохраняет их активность на достаточно высоком уровне. Поэтому АЭС является потенциальным источником радиоактивной опасности для обслуживающего персонаж, а также окружающего населения, что повышает требования к надежности и безопасности ее эксплуатации; при эксплуатации АЭС возникает необходимость контроля за образованием радиоактивных отходов, а перед поступлением их во внешнюю среду необходимо устанавливать многобарьерные системы фильтров и защитных устройств; захоронение образовавшихся твердых отходов необходимо осуществлять в специальных траншеях, где обеспечивается полный радиоактивный распад вне контакта с биосферой. Твердыми отходами являются детали загрязненного радиоактивными веществами демонтированного оборудования, отработанные фильтры для очистки воздуха, сорбенты, спецодежда, мусор; радиоактивные воды АЭС необходимо перерабатывать с помощью специальных водоочисток (принцип работы — испарение воды, осаждение твердой фазы и ионный обмен), и образующиеся концентраты и растворы реагентов направлять в специальное хранилище жидких отходов. газовые и аэрозольные отходы необходимо подвергать очистке на многоступенчатых фильтрах, выдержке в очистных устройствах и для выброса в атмосферу устанавливать высокие трубы (100—150 м);

— перед захоронением отходы необходимо подвергать отверждению (битумировать и остекловывать) для связывания радиоактивных веществ. Последующее хранение должно производиться в герметических железобетонных емкостях или металлических контейнерах.

Для оценки целесообразности развития атомной энергетики распоряжением Премьер-министра Республики Беларусь была создана комиссия, в выводах которой сказано, что в течение ближайших 10 лет нецелесообразно начинать строительство атомной станции, но необходимо продолжить работы по подготовке к развитию атомной энергетики в Республике Беларусь.

Сроки строительства АЭС будут определяться Правительством Республики Беларусь с учетом технических, экологических, социальных и экономических предпосылок.

10 ВИДЫ, СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ, ПРЕОБРАЗОВАНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ

10.1. Энергия и ее виды. Назначение и использование

Энергия играет решающую роль в развитии человеческой цивилизации. Потребление энергии и накопление информации имеют примерно одинаковый характер изменения во времени. Существует тесная связь между расходом энергии и объемом выпускаемой продукции.

Согласно представлениям физической науки энергия — это способность тела или системы тел совершать работу. Существуют различные классификации видов и форм энергии. Назовем те ее виды, с которыми люди наиболее часто встречаются в своей повседневной жизни: механическая, электрическая, электромагнитная и внутренняя. К внутренней энергии относятся тепловая, химическая и внутриядерная (атомная). Внутренняя форма энергии обусловлена потенциальной энергией взаимодействия частиц, составляющих тело, или кинетической энергией их беспорядочного движения.

Если энергия — результат изменения состояния движения материальных точек или тел, то она называется кинетической; к ней относят механическую энергию движения тел, тепловую энергию, обусловленную движением молекул.

Если энергия — результат изменения взаимного расположения частей данной системы или ее положения по отношению к другим телам, то она называется потенциальной; к ней относят энергию масс, притягивающихся по закону всемирного тяготения, энергию положения однородных частиц, например, энергию упругого деформированного тела, химическую энергию.

Основной источник энергии — это солнце. Под действием его лучей хлорофилл растений разлагает углекислоту, поглощаемую из воздуха, на кислород и углерод; последний накапливается в растениях. Уголь, подземный газ, торф, сланцы и дрова представляют собой запасы лучистой энергии солнца, извлеченные хлорофиллом в виде химической энергии угля и углеводородов. Энергия воды также получается за счет солнечной энергии, испаряющей воду и поднимающей пар в высокие слои атмосферы. Ветер, используемый в ветряных двигателях, возникает в результате различного нагревания солнцем земли в разных местах. Огромные запасы энергии заключены в ядрах атомов химических элементов.

В Международной системе единиц СИ в качестве единицы измерения энергии принят джоуль. Если расчеты свя¬аны с теплотой, биологической, электрической и многими другими видами энергии то в качестве единицы энергии применяется калория (кал) или килокалория (ккал).

1 кал = 4,18 Дж.

Для измерения электрической энергии пользуются такой единицей, как Ваттч (Втч, кВтч, МВт-ч).

1 Вт • ч = 3,6 МДж или 1 Дж = 1 Вт • с.

Для измерения механической энергии пользуются такой единицей, как кг • м.

1 кг • м = 9,8 Дж. 180

Энергия, которая содержится в природных источниках (энергоресурсах) и может быть преобразована в электрическую, механическую, химическую, называется первичной.

К традиционным видам первичной энергии, или энергоресурсам, относятся: органическое топливо (уголь, нефть, газ и др.), гидроэнергия рек и ядерное топливо (уран, торий и др.).

Энергия, получаемая человеком после преобразования первичной энергии на специальных установках — станциях, называется вторичной (электрическая энергия, энергия пара, горячей воды и т. д.).

В настоящее время широко ведутся работы по применению нетрадиционных, возобновляемых источников энергии: солнечной, ветра, приливов, морских волн, теплоты земли. Эти источники, помимо того, что они возобновляемы, относятся к «чистым» видам энергии, т. к. их использование не приводит к загрязнению окружающей среды.

промышленного преобразования, но особо актуальные се­годня ввиду их высокой экологичности. На классификаци­онной схеме невозобновляемые и возобновляемые виды энергии обозначены, соответственно, белыми и серыми прямоугольниками.

Потребление энергии необходимого вида и снабжение ею потребителей происходит в процессе энергетического производства, в котором можно выделить пять стадий:

Получение и концентрация энергетических ресурсов: добыча и обогащение топлива, концентрация напора воды с помощью гидротехнических сооружений и т. д.

Передача энергетических ресурсов к установкам, пре­образующим энергию; она осуществляется перевозками по суше и воде или перекачкой по трубопроводам воды, неф­ти, газа и т. д.

Преобразование первичной энергии во вторичную, имеющую наиболее удобную для распределения и потреб­ления в данных условиях форму (обычно в электрическую и тепловую энергию).

Передача и распределение преобразованной энергии.

Потребление энергии, осуществляемое как в той форме, в которой она доставлена потребителю, так и в преоб­разованной.

Если общую энергию применяемых первичных энерго­ресурсов принять за 100%, то полезно используемая энер­гия составит только 35—40%, остальная часть теряется, причем большая часть — в виде теплоты.