Виды и особенности АЭС Беларуси. Уровни безопасности

Виды и особенности АЭС Беларуси. Уровни безопасности.

Известно, что наиболее освоенными и широко используемыми источниками энергии на Земле в настоящее время являются:

                       полезные ископаемые органического происхождения,

                       возобновляемые источники энергии также органического происхождения (древесное топливо и т. п.),  а также

                       источники гидравлической энергии (пригодные для этой цели реки и другие водоемы),

в совокупности удовлетворяющие современные потребности человечества в энергии приблизительно на 80%.  Однако:

                       запасы полезных ископаемых довольно ограничены и распределены на Земле весьма не равномерно с геополитической точки зрения;

                       возобновляемые источники энергии (древесное топливо и т. п.) недостаточно калорийны и их широкое использование для удовлетворения существующих сегодня потребностей грозит очевидной экологической катастрофой;

                       возможности использования энергии водоемов также весьма ограничены и сопряжены с негативным влиянием на экологию,

поэтому, наиболее авторитетных ученые отечественной и зарубежной науки полагают, что перспективным направлением для развития энергосистем в ближайшем обозримом будущем все еще будет оставаться ядерная энергетика, несмотря на возможные опасности связанные с использованием радиоактивных материалов, как основного топлива ядерных  энергетических установок. Перспективность ядерной энергетики, несмотря на последствия чернобыльской трагедии, становится с каждым годом все более очевидной благодаря результатам исследований, провидимым в ведущих ядерных странах. Результаты этих исследований  убедительно свидетельствуют, что создание достаточно надежных энергетических установок на ядерном топливе сегодня вполне реально. Так основным содержанием развития ядерной энергетики в России и ряда других зарубежных стран в последние годы была дальнейшая разработка качественно новых подходов в обеспечении безопасности атомных станций и создание на базе этих подходов ядерной установки для теплоснабжения крупных населенных пунктов, таких как города с численность населения от 500 тыс. человек населения и выше. Создание двух таких станций в середине 80-х годов уже было близко к завершению под Нижним Новгородом и Воронежем, но волна антиядерных настроений после чернобыльской аварии 1986 года остановила их строительство. Использованные в этих проектах свойства самозащищенности реакторов и пассивные системы и средства безопасности составляют на сегодняшний день основу безопасности новых поколений станций нового столетия во всем мире. Детальное изучение этого проекта экспертами из 13 стран в 1988 году подтвердило высокую безопасность установки, представляющих из себя атомные станции промышленного теплоснабжения (АСТП). Общая концепция АСТП была разработана в 1975-78 г.г., и первоначальный срок пуска блоков был ориентирован на 1985 г. Уже в настоящее время в России существует возможность реализации проекта АСТП при выводе из эксплуатации двух промышленных реакторов под Томском [1]. Что касается Беларуси, то после чернобыльской аварии все исследовательские и проектно-конструкторские работы по созданию ядерных ректоров были приостановлены. Теми не менее интерес к развитию этого направлению энергетики в республике остается, поскольку технический прогресс неразрывно связан с возрастанием потребности в энергии во все больших масштабах.

На атомных электростанциях, так же как и на электростанциях, работающих на органическом топливе (ТЭС), осуществляется процесс превращения энергии, содержащейся в рабочей среде (паре), в электрическую. Различие между процессами, происходящими на АЭС и ТЭС, состоит лишь в том, что в одном случае используется энергия, выделяющаяся при распаде тяжелых элементов (применяемых в качестве топлива), а другом – при горении органического топлива.

              Атомные станции могут быть конденсационными электростанциями (АКЭС) и теплоэлектроцентралями (АТЭЦ). Они составляют основу подавляющего большинства ныне действующих АЭС в странах бывшего СССР. Атомная энергия может использоваться также и только для целей теплоснабжения: атомные станции промышленного теплоснабжения (АСТП). Такие станции уже имеются в ряде стран дальнего зарубежья. Разработка АСТП в период существования СССР явилось весьма специфическим этапом в развитии ядерной энергетики, поскольку был осуществлен принципиально новый подход в обеспечении безопасности АЭС.

              Топливом для АЭС является ядерное топливо, содержащееся в твэлах, представляющих из себя тепловыделяющие сборки (ТВС). Для современных мощных реакторов загрузка составляет от 40 до 190 тонн. Особенность процесса в том, что масса выгружаемых после отработки определенного срока ТВС такая же, как и масса свежезагружаемых. Происходит лишь частичная замена ядерного горючего на продукты деления. Выгружаемое из реактора топливо имеет все еще значительную ценность. Поэтому для АЭС расход ядерного горючего не является характерной величиной, а степень использования внутриядерной энергии характеризуется глубиной выгорания[2].

              Принципиально возможны многочисленные типы ядерных реакторов. Однако практически целесообразных конструкций не так много. В таблице 1 показаны целесообразные (+) и нецелесообразные (-) сочетания замедлителя и теплоносителя.

Таблица 1

Все реакторы можно классифицировать [3] по

1)                      назначению:

                       энергетические (основное требование к экономичности термодинамического цикла);

                       исследовательские (пучки нейтронов с определенной энергией);

                       транспортные (компактность, маневренность);

                       промышленные (для наработки плутония, низкотемпературные, работают в форсированном режиме);

                       многоцелевые (например, для выработки электроэнергии и опреснения морской воды);

2)                      виду замедлителя

                       легководные (наиболее компактны);

                       графитовые (в расчете на единицу мощности имеют наибольшие размеры);

                       тяжеловодные (несколько меньших размеров по сравнению с графитовыми);

3)                      виду теплоносителя

                       легководные (наиболее распространенные);

                       газоохлаждаемые (также широко распространены);

                       тежеловоджные (редко применяемые и только там, где замедлитель тоже тяжелая вода);

                       жидкометаллические (в реакторах на быстрых нейтронах);

4)                      энергетическому спектру нейтронов

                       на тепловых нейтронах (наиболее освоенные, требуют наименьшей удельной загрузки ядерного топлива по делящемуся изотопу);

                       на быстрых нейтронах (так называемые «быстрые реакторы» предназначены также и для воспроизводства ядерного топлива);

                       на промежуточных нейтронах (только в специальных исследовательских установках);

5)                      структуре активной зоны

                       гетерогенные (все работающие в настоящее время реакторы);

                       гомогенные (пока находятся в стадии исследования и отдельных опытных образцов).

              Особенность современной ядерной энергетики – использование реакторов на тепловых нейтронах, то есть применение урана, обогащенного по 235U. В природном уране его всего 0,7%. В ядерных реакторах на тепловых нейтронах обогащение по 235U составляет 2,0-4,4%, при этом соответствующие предприятия выдают наряду с обогащенным ураном также и отвальный уран, содержащий 235U в существенно меньшем количестве, чем природный. Отвальный, так же как и природный уран, может быть использован в реакторах на быстрых нейтронах. Глубокое (более полное) использование уранового топлива, включая отвальный может быть достигнуто в реакторах на быстрых нейтронах.

              Коренное различие тепловой экономичности ТЭС и АЭС заключается в том, что для ТЭС она зависит от реализации в цикле теплоты всего сожженного органического топлива, непрерывно поступающего в топку парового котла, а для ТЭС – от реализации в цикле теплоты, выделившейся в процессе деления незначительной части ядерного горючего, загружаемого в активную зону.

Решение о создании АЭС зависит от многих факторов, среди которых  стоимость производства электроэнергии от АЭС по сравнению с другими методами, мощность энергосистемы, технологические и экономические возможности для осуществления ядерной программы, степень зависимости от дефицитных или импортируемых видов топлива. Но основным фактором, определяющим для Беларуси будущее ядерной энергетики после чернобыльской аварии, является широкое общественное мнение. После аварий на АЭС «Три-Майл-Айленд» и Чернобыльской АЭС в Беларуси появилось настороженное и скептическое отношение общественности к перспективности ядерной энергетики. Стало очевидным, что безопасность выходит за границы безопасного развития ядерной энергетики.

              Тем не менее, исходя из объективных факторов,  можно утверждать, что в условиях острейшего дефицита органических энергоносителей в Беларуси, ядерная энергетика может рассматриваться в качестве реальной альтернативы. Несмотря на привлекательность, широко пропагандируемой идеи использования экологически чистых энергоносителей (солнце, ветер, геотермальные воды и т. п.), в будущем они не могут серьезно повлиять на структуру энергобаланса республики. К тому же эти источники энергии вовсе не безопасны для человека. Согласно оценкам [5], вероятность гибели людей при производстве электричества от АЭС в 25 раз ниже, чем на ветровых, и в 10 раз ниже, чем на гелеоустановках.

              Существенно также влияние экономических возможностей Беларуси и необходимости импортирования ею ядерного топлива. Хотя в республике имеется опыт создания и успешной эксплуатации для исследовательских целей действующего ядерного реактора (Институт проблем энергетики НАНБ, п. Сосны), однако после событий последовавших после чернобыльской аварии все работы в этом направлении были приостановлены, а реактор был демонтирован. Таким образом, реальная перспектива развития ядерной энергетики в Беларуси, по крайней мере, в технологическом и экономическом аспекте, может рассматриваться только в неразрывной связи с предстоящим экономическим этапом объединения Беларуси и России. С учетом этого важно учитывать тенденции, наметившиеся в ядерной энергетике России и других ядерных стран. Так в выступлении президента России на саммите тысячелетия были предложены инициативы по совершенствованию ядерной энергетики [7,8] с проведением работ в рамках международной программы [9,10]. В частности предлагается «… исключение из использования в мирной ядерной энергетике обогащенного урана и плутония» в «… интересах кардинального повышения эффективности нераспространения ядерного оружия» [7,8]. По оценкам специалистов [10] в этом контексте подразумевается не вообще обогащенный уран или плутоний, а высокообогащенный уран с содержанием 235U 20-90% и материал, например, природный  или обогащенный уран с высоким (выше 20%) содержанием плутония, то есть материалы, пригодные для использования в качестве ядерных боеприпасов. В выступлении также прозвучал тезис об «окончательном решении проблемы радиоактивных отходов» [7]. Это означает, что в перспективной крупномасштабной ядерной энергетике (такой, как, например, в рамках предстоящего экономического объединения ряда стран СНГ, включая союз России и Белоруссии) необходимо модифицировать добычу урана, ввести трансмутационный замкнутый топливный цикл и улучшить упаковку наиболее опасных нуклидов из числа отходов перед их окончательным захоронением.

              Концепция вводит в ядерную энергетику:

                       более высокий уровень безопасности (исключение аварий, требующих эвакуации населения);

                       новую технологию обращения с ядерными и радиоактивными материалами для решения проблем экологии (достижения радиационной эквивалентности отходов и сырьевых материалов);

                       техническое решение нераспространения делящихся материалов (исключение - выделение в чистом виде плутония, 233, 235U);

                       приемлемый уровень экологичности (стоимость реакторов нового поколения не должны превышать стоимость современных быстрых ядерных реакторов).

Таким образом, в целом реализация предложенных задач, включая разработку естественно-безопасного реактора на быстрых нейтронах, позволит решить проблему длительного и безопасного энергообеспечения за счет ядерной энергетики.

              Для ее успешного развития традиционно необходимо решение  двух основных проблем:

                       Первая - проблема обеспечения безопасного пути развития. Аспекты решения этой проблемы тесно связаны с вышерассмотренной концепцией, предложенной президентом России.

Вторая проблема – это экономическая эффективность отрасли. Рассмотрение этом проблемы рассмотрим более подробно.

11 октября был подписан контракт между Россией и Республикой Беларусь по сооружению АЭС на белорусской территории. Речь идет о строительстве «под ключ» двух энергоблоков общей мощностью до 2400 МВт. Будущая АЭС будет способствовать решению энергетических проблем, стоящих перед республикой. Дело в том, что годовое потребление электроэнергии в Белоруссии составляет примерно 37 млрд. кВт-ч, а белорусская энергосистема производит около 34 млрд. кВт-ч электроэнергии в год. Поэтому республика вынуждена импортировать электроэнергию из Украины и России. Ввод в строй собственной АЭС позволит Белоруссии не только обеспечить собственные потребности, но и стать экспортером электроэнергии.

В целом очень важно понимать, чем для Республики Беларусь является проект сооружения первой национальной атомной станции. Несомненно, что АЭС окажет большое влияние на экономику страны. Это прежде всего серьезные инвестиции в экономику Белоруссии. Ведь сооружение АЭС на сегодня – один из самых крупных, если не самый крупный инвестиционный проект страны. Известно, что АЭС – это проект особого интеллектуального уровня, поскольку связан с высокими технологиями, подготовкой высококвалифицированного персонала для обслуживания АЭС и созданием ее инфраструктуры. «Росатом» способен предоставить все это в комплексе и демонстрирует сегодня уверенное лидерство на столь высокотехнологичном рынке. А Белоруссия, становясь обладателем таких технологий, поднимает свой статус.