Атомная энергетика

За полувековую историю развития ядерная энергетика превратилась из экзотической в традиционную отрасль.

В настоящее время 31 страна эксплуатирует атомные электростанции (АЭС). На середину 2018 года в мире насчитывался 451 энергетический реактор (не включая остановленных на длительный срок) общей мощностью около 394 ГВт и 55 реакторов находились в стадии строительства.

В основном АЭС расположены в северном полушарии нашей планеты, где находятся наиболее развитые страны Европы, Северной Америки и Азии, требующие мого электроэнергии для экономики и бытовых нужд населения.

В общем количестве производства электроэнергии доля АЭС в 12 странах превышает 30 %. Мировым лидером по установленной мощности являются США, но ядерная энергетика даёт только 20 % общего количкства эдектроэнергии.

Ядерная энергетика в США стала более затратной, чем солнечная. Дешевле построить и запустить солнечную ферму, чем поддерживать работоспособность атомных электростанций.
США сейчас выбрает стратегическое направление развития энергетики. порскольку в энергетике наметилось удешевление оборудования для использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Эксперты заявляют, что поддерживать традиционные электростанции, и в первую очередь атомные, больше невыгодно. Установка солнечных мощностей обходится дешевле, чем использование уже готовых атомных электростанций. Bloomberg прогнозирует, что треть АЭС не будут прибыльными в период до 2021 года и, не исключено, полностью разорятся. А пока что Дональд Трамп распорядился оказать поддержку атомным станциям Управлению ядерной энергетики (Office of Nuclear Energy) Министерства энергетики США в размере около $64 млн. на 89 проектов в этой области. Средства направили национальным лабораториям, промышленным предприятиям, а также 39 университетам США в 29 штатах.

Китай также является одним из лидеров по установленной мощности, хотя АЭС дают около 4 % электроэнергии.

Китайская Народная Республика осуществляет самую масштабную программу строительства новых АЭС, также значительные программы развития атомной энергетики имеют Индия, Россия, Южная Корея и в меньшей мере ещё около полутора десятка стран мира. На первые три страны приходится чуть больше половины (а именно - 32) строящихся реакторов.

Мировым лидером по доле АЭС в общей выработке электричества является Франция, занимая второе место по установленной мощности и производя 72 % эдектроэнергии. В стране имеется 58 действующих промышленных ядерных реакторов суммарной мощностью 63,1 ГВт.
Франция является крупнейшим экспортёром электроэнергии в мире.

Франция ведёт активные исследования в области атомной энергетики. Обладает технологиями по производству реакторов, производству и утилизации топлива. Международный экспериментальный термоядерный реактор строится именно во Франции.

Есть множество примеров провальных проектов в атомной отрасли. В США, Великобритании и даже во Франци за последние десятилетия проекты таких станций замораживали, останавливали или достраивали с многократным превышением смет. На этом фоне солнечные панели и ветряки кажутся куда более простыми и менее затратными.

В Азии наибольшее развитие получила атомная энергетика в Японии, несмотря на необычно высокую сейсмичность в этой стране.

В то же время в мире существует тенденции, выраженные в стагнации и даже отказе от ядерной энергетики. Как некоторые лидеры атомной энергетики (США, Франция, Япония), так и некоторые другие страны закрыли ряд АЭС.

Количество АЭС в странах мира

Италия стала единственной страной, закрывшей все имевшиеся АЭС и полностью отказавшейся от ядерной энергетики.
Бельгия, Германия, Испания, Швейцария, Швеция осуществляют долгосрочные планы по отказу от ядерной энергетики.
Азербайджан, Грузия, Литва, Казахстан отказались от ядерной энергетики после распада СССР, причём на территории двух последних стран уже действовали АЭС, построенные в рамках единой советской энергетики.
Австрия, Куба, Ливия, КНДР, Вьетнам, Польша по политическим, экономическим или техническим причинам остановили ядерные программы перед пуском своих первых АЭС, хотя Польша в долгосрочной перспективе может снова начать строить АЭС.
Ранее отказывалась от атомной энергетики Армения, однако затем её единственная АЭС была пущена в эксплуатацию вновь.
Тайвань прекратил строительство новой АЭС и планирует закрыть всех три действующие станций к 2025 году.
В Нидерландах и Швеции планировали отказаться от атомной энергетики, но пока приостановили свои намерения.
Также имели ранее намерение создать, но отказались от программ развития атомной энергетики, не имевшие АЭС Австралия, Гана, Греция, Дания, Ирландия, Латвия, Лихтенштейн, Люксембург, Малайзия, Мальта, Новая Зеландия, Норвегия, Португалия, Филиппины.

Крупнейшей действующей в мире АЭС в настоящее время является южнокорейская АЭС Кори (с учётом новых энергоблоков Шин-Кори), а также временно остановленная японская АЭС Касивадзаки-Карива.
Наибольшее количество АЭС рпазмещено в Европе.

АЭС вырабатывают энергию с помощью атомного реактора, который помещают в специальный закрытый контур, называемый первым. Это практически большая кастрюля, а точнее скороварка, так как жидкости внутри неё находятся под большим давлением. При высоком давлении увеличивается температура кипения и повышается температура всего первого контура.

Капсула, в которой находится реактор, называется гермообъём, который имеет толстые стенки (не менее 15 сантиметров), что позволяет удержать внутри реактора большое давление и не дать радиации выйти наружу. Основная задача ректора заключается в выделении тепла для нагрева жидкости внутри контура. Нагрев происходит за счет цепной ядерной реакции, заключающейся в расщеплении атомов нейтронами когда после деления одного атома выделяются новые нейтроны, которые и дальше делят атомы. Количество нейтронов постоянно увеличивается и делится всё больше атомов. Получается цепная реакция, поддерживающая сама себя, но если не остановить этот процесс, деление выйдет из - под контроля, энергии выделится слишком много и произойдёт взрыв. Так оно и происходит в атомной бомбе.
Чтобы предотвратить взрыв, внутри ректора есть специальные стержни с бором, которые очень хорошо поглощают нейтроны и тормозят реакцию. Стержни в несколько метров длиной постоянно то входят в реактор, то выходят из него, регулируя коэффициент деления нейтронов и, следовавтельно, скорость реакции. Если этот коэффициент меньше единицы, реакция тормозится, а если больше - ускоряется. При коэффициенте равном единице, система сама поддерживает свою работу. Этой единицы следует добиваться для стабильной работы реактора, постоянно погружая или убирая на определённое время стержни из реактора.

После нагревания реактором воды внутри первого контура до температуры около 450 градусов, она проходит через трубку теплообменника и сразу же нагревает воду второго контура. Нагретая вода попадает в испаритель и уже водяной пар с температурой около 350 - 400 градусов раскручивает огромную турбину до 3000 оборотов в минуту. Именно эта турбина и вырабатывает электричество, которое по проводам уходит в электросеть.
Полная изоляция первого контура от второго позволяет добиться защиты рабочей жидкости и сточных вод от радиоактивного загрязнения. Затем охлаждается вода для дальнейшего её использования. После того, как водяной пар раскрутит лопатки турбины, он попадает в специальные конденсаторы, которые представляют из себя большие камеры. В них пар остывает и превращается в воду.

Для охлаждения воды она или напрямую или через специальный канал поступает в градирню, представляющую собой трубу или башню высотой около 70 метров с большим диаметром, из которой выходят клубы белого пара, похожего на дым, но это именно пар.

Вода с температурой, близкой к температуре кипения, распыляется в основании этой трубы и, смешиваясь с поступающим с улицы воздухом, парит и охлаждается. Средняя градирня может охладить до 20 000 кубометров воды в час или около 450 000 кубометров в сутки

Охлаждённая вода с помощью специальных насосов подаётся обратно в систему для нагрева и испарения. Поскольку для производства энергии требуется очень много воды, вблизи атомных станций находятся большиё водоёмы и иногда разветвлённой системой каналов.

Конечно, приведенная схема является весьма упрощённой, так как Кроме этого, на станции есть различные технические строения, командный пульт, большое количество защитных систем, которые многократно дублируются и другие вспомогательные системы. На одной станции может находиться несколько энергоблоков, что усложняет процесс контроля работы станции.

Современная АЭС может работать в автоматическом режиме и обходиться вообще без человека. Это касается процесса управления энергоблоком, где человек осуществляет контроль и корректировку работы при внештатной ситуации, однако риск ее возникновения очень низкий, но на всякий случай за пультом дежурят специалисты.