Ядерное топливо
Уран: это единственное топливо, которое может стать реальной альтернативой углю в производстве электроэнергии.
В то время, как горнодобывающая промышленность производит и обрабатывает большие количества руды, две или три двухсотлитровые бочки окиси урана (U308) содержат достаточно энергии для обеспечения таких больших городов, как Москва или Париж. Как мы видели из расчетов (см. часть 1), один килограмм чистого урана с энергетической точки зрения эквивалентен 2700 тоннам, или 2700000 килограммам угля. Хотя бы поэтому сравнение экологического влияния этих двух видов топлива оказывается в пользу ядерного горючего. Его расщепление не сопровождается выбросом в атмосферу огромного количества тепличных газов и пыли – именно поэтому оно имеет огромные преимущества с точки зрения охраны окружающей среды (более подробно эти вопросы мы рассмотрим в главах 5 и 6). Кроме того, это чрезвычайно концентрированное топливо легко и дешево транспортируется по сравнению с углем или нефтью.
Часто утверждают, что использование ядерного топлива имеет слишком много нерешенных проблем. Заметим, однако, что уже прошло более сорока лет с момента запуска первого коммерческого реактора, и более половины столетия с того момента, как люди научились управлять цепной реакцией ядерного деления. За это время в мире накоплен огромный эксплуатационный опыт работы коммерческих реакторов, составляющий приблизительно 9500 реакторо-лет, и примерно такой же опыт эксплуатации аналогичных (но несколько меньших) ректоров, используемых в морском флоте. Специалисты уверены – ядерный реактор безопасен, если его правильно эксплуатировать. Сегодня в эксплуатации находятся более 430 ядерных реакторов в 32 странах мира, которые дают 16% мирового производства электроэнергии.
Мы не можем далее использовать органическое топливо такими темпами, как мы делаем это сейчас. Нефть, природный газ и уголь – слишком ценное невозобновляемое сырье, которое надо беречь. Ядерное топливо – весьма разумная альтернатива органическому топливу. Сегодня мы располагаем уже вполне достаточным опытом его безопасного использования. Залог этой безопасности – компетентность.
Экономические факторы
Рассмотрим относительные затраты, связанные с использованием того или иного топлива. В таблице 2 сравнивается прогнозируемая стоимость электроэнергии, получаемая от различных источников энергии (составлено "Организацией экономического сотрудничества и развития").
Таблица 2.
Прогноз стоимости электроэнергии, вырабатываемой различными способами, в 2005-2010 годах (цент сша/кВт-час)
|
Уран |
Уголь |
Газ |
Франция |
3,22 |
4,64 |
4,74 |
Россия |
2,69 |
4,63 |
3,54 |
Япония |
5,75 |
5,58 |
7,91 |
Корея |
3,07 |
3,44 |
4,25 |
Испания |
4,10 |
4,22 |
4,79 |
США |
3,33 |
2,48 |
2,33-2,71 |
Канада |
2,47-2,96 |
2,92 |
3,00 |
Китай |
2,54-3,08 |
3,18 |
- |
В качестве примера на рис.6 показаны полные затраты на производство электроэнергии за более чем десятилетний период в США. Риc.7 показывает структуру этих затрат для различных способов производства электроэнергии. Стоимость строительства атомных электростанций, конечно, намного больше, чем стоимость тепловых, работающих на угле или газе. Но стоимость ядерного топлива, (включая его обогащение), меньше стоимости нефти, угля и газа.
Поэтому электроэнергия, произведенная на атомных электростанциях, не будет дороже, чем произведенная на ТЭС. Кроме того, вклад стоимости ядерного топлива в полную стоимость произведенной электроэнергии относительно мал. Это означает, что даже значительное увеличение цен на урановую руду не сможет сильно повлиять на стоимость электроэнергии.
Глобальные вопросы защиты окружающей среды от вредных последствий сжигания органического топлива, создают дополнительные преимущества использованию ядернойs энергии перед остальными видами топлива.
Возобновляемые естественные источники энергии
Технологии, обращающие силы природы на службу человеку, очень стары (вспомним парусное судно и ветряную мельницу).
Многие считают, что использование естественных природных источников энергии абсолютно безопасно для окружающей среды, поскольку не связано с горением органического топлива и не сопровождается радиоактивным излучением. Энергия солнечного излучения, энергия ветра, волн, речной воды, биомассы, потоков геотермальной теплоты Земли доступна в любое время. Ее запасы, в общем, не зависят от деятельности человека.
Однако если рассмотреть все этапы производства электроэнергии с использованием естественных источников – не только эксплуатацию электростанции, – то вредные воздействия окажутся не меньше, чем у традиционных технологий. Причина в том, что возобновляемые источники имеют относительно низкую плотность энергии по сравнению с концентрированными ископаемыми видами топлива и ураном. Сбор этих источников и их преобразование требуют на единицу произведенной электроэнергии больше технических устройств и крупных сооружений, которые, в свою очередь, нуждаются в дополнительной энергии для их изготовления и строительства. Крупные проекты гидроэнергетики связаны с переселением, потерей мест обитания, изменением уровня грунтовых вод и т.д. В фотоэлектрических батареях и аккумуляторах значительная часть используемых материалов токсична. Геотермальные источники нередко сопровождаются выбросами тяжелых металлов, которые могут попасть в грунтовые воды. Ветроэнергетические установки создают мощные акустические колебания, небезвредные для здоровья и создающие помехи для радиосвязи. Известны случаи, когда шум ветроагрегатов приводил к миграциям птиц и, как следствие, - к резкому снижению урожаев в регионе.
Из всех известных естественных источников энергии в достаточно больших, значимых для промышленности масштабах для производства электроэнергии используется только энергия падающей речной воды .
Солнечная энергия. Ее все чаще используют для отопления. Использование энергии Солнца для крупномасштабного и производства электроэнергии вряд ли возможно.
Биомасса (например, остатки сахарного тростника) сжигается для получения энергии. Из некоторых видов зерна получают автомобильное топливо.
Все остальные способы дают малый вклад в мировое производство электроэнергии, а некоторые из них пока остаются экзотикой.
При относительной доступности и широкой распространенности возобновляемых источников энергии, они почти всегда нестабильны и недостаточно предсказуемы. Это означает, что для надежного применения нужны либо дублирующие источники электроэнергии, либо методы создания ее больших запасов. Однако, кроме накопления гидроэнергии в водохранилищах и энергии сжатого воздуха в резервуарах, в настоящее время никакого другого способа крупномасштабного накопления энергии не существует.