logo
ekologiya / Новый учебник / УЧЕБНИК-ч

5.6. Экологические аспекты при эксплуатации атомных электрических станций

Рожденная из военных программ атомная энергия сегодня используется для получения электричества и тепла, для движения мощных ледоколов и подводных судов. Все больше люди применяют в своей практике радиоактивные изотопы. Трудно сегодня представить современную медицину без радиоактивных изотопов и радиоактивных фармацевтических препаратов, использующихся для диагностики и лечения некоторых заболеваний.

Качественные изменения природной среды и условий обитания человека связаны с нарушениями, а также загрязнениями в результате хозяйственной деятельности. Так, например, в 1970 г. тысячи озер на севере Швеции и Северной Канады и в других странах мира оказались биологически мертвыми в результате выпадения концентрированных кислых дождей, которые были вызваны в основном сжиганием нефтепродуктов и угля. В отношении кислых дождей и других загрязнителей, которые свойственны котельным и тепловым электростанциям, ядерная энергетика в виде атомных электростанций является более экологически чистой. При выборе способов выработки электроэнергии не должны выпадать из поля зрения, не воздействующие негативно на природную среду так называемые альтернативные источники электрической энергии: ветер, солнце, биомасса растений, термальные воды и т.д.

Первая в мире атомная электрическая станция была запущена в эксплуатацию в июне 1954 г. в г. Обнинске. Её мощность составляла 5 тыс. кВтч. Как самостоятельная отрасль ядерная энергетика существует во многих странах мира. До 1982 г. в мире действовало более 250 атомных энергетических реакторов, установленная суммарная мощность которых превысила 180 млн кВт. По мнению участников Мировой энергетической конференции (МИРЭК–ХI) 1980 г., к концу ХХ в. мощность атомных электрических станций соответствовала 800 ГВт. Доля атомных электрических станций в мировом электрическом балансе в будущем может составить до 25 %. Согласно расчетам, 1 кг природного урана, в котором содержится около 0,7 % урана – 235, эквивалентен по выделяемому теплу примерно 2400 кг условного органического топлива.

Атомные реакторы на тяжелых металлах долго вырабатывать атомную электроэнергию не смогут вследствие нехватки уранового и ториевого топлива, если уже сейчас 50 % потребности в нем удовлетворяется за счет прошлых запасов. Потребность в них всех стран мира за последние 50 лет составила около 1,5 млн т. Для этого пришлось переработать более 10 млрд т горной породы. В настоящее время во всех странах мира работает около 400 атомных реакторов с суммарной тепловой мощностью около 1200 ГВт. В РФ по прогнозам Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору, к 2015 г. произойдет двухкратное увеличение мощности атомных электрических станций. Они будут потреблять за год около 60 тыс. т топлива, выделяя при этом в атмосферу 10 % тепла от общего выработанного количества. Поэтому наряду со строительством тепловых реакторов создаются реакторы на быстрых нейтронах, в которых расход ядерного топлива сопровождается его расширенным воспроизводством. Таким образом, в процессе работы реактора-размножителя количество делящегося вещества в нем не уменьшается. Эта особенность позволит расширить топливную базу ядерной энергетики в десятки раз. Однако реализация этого решения требует быстрой и экономной регенерации отработанного топлива АЭС реакторами как на тепловых, так и на быстрых нейтронах. Первый промышленный реактор на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем (БН-350) с электрической мощностью 350 МВт заработал в Украине на Шевченковской АЭС, расположенной на берегу Каспийского моря. Часть произведенного пара там используется для опреснения соленой воды (120 тыс. м3 в сутки), что дает право классифицировать эту АЭС как выполняющую три цели: производство электроэнергии, воспроизводство ядерного топлива и опреснение морской воды (рис. 5.9).

Рис. 5.9. Общий внешний вид атомной электрической станции

При нормальной эксплуатации АЭС дозовые нагрузки в виде ионизирующих излучений на природную среду и нооценоз в сравнении с радиационными дозами за счет естественного фона крайне незначительны. В противоположность тепловым электростанциям, сжигающим органическое топливо и требующим больших затрат атмосферного кислорода (на сжигание 1 кг каменного угля, мазута или 1 м3 природного газа расходуется около 11 м3 кислорода), атомные электростанции выделяют энергию в результате ядерного распада, и здесь не требуется кислород для технологического процесса.

Атомной электрической станции несвойственно загрязнение природной среды золой, дымовыми газами, а также сбросными водами, содержащими нефтепродукты. Ядерная энергетика – это реалии современного и будущего мирового производства электроэнергии. На долю ядерной энергетики в настоящее время в мире приходится 16 % производства электроэнергии, в будущем планируется довести это значение до 20 %.

В мире к началу 2000 г. эксплуатировалось уже 437 энергоблоков АЭС. Электроэнергия на АЭС вырабатывается в 25 странах. По абсолютной мощности первое место занимают США (109 реакторов), второе – Франция (56), третье – Япония (51), четвертое – Англия (35), пятое отведено России (29). Так, в мире к началу 2000 г. эксплуатировалось 437 энергоблоков АЭС. Электроэнергия на АЭС вырабатывается в 25 странах. По абсолютной мощности первое место занимают США (109 реакторов), второе – Франция (56), третье – Япония (51), четвертое – Англия (35), пятое – Российская Федерация (29).

Самое высокое производство электроэнергии на базе ядерной энергетики было в Литве – 81%, во Франции – более 74,6%, в Бельгии ядерная энергетика обеспечивает 66% всей электроэнергии, в Швеции – 50, Финляндии – 37, в Англии и США – 18%, в Венгрии – 39, в Японии – 29, в Южной Корее – 55, в России – около 15% .

В атомной энергетике выделяют 2 направления получения электроэнергии:

Из всех источников энергии для нужд человечества только гидроэнергия сегодня вносит ощутимый вклад во всемирное производство электрической энергии (21%). Электростанции мощностью 1000 МВт, работающие на угле, даже с возможностями нейтрализации до 80 % двуокиси серы все же будут иметь ежегодные выбросы в атмосферу около 5 тыс. т диоксида серы и 10 тыс. т оксида азота. На поверхности земли в районе электростанции образуется около 40 тыс. т золы в год, в которой находится примерно около 80 т тяжелых металлов, включая мышьяк, свинец, кадмий, ванадий и многие другие. Существуют и другие нарушения и загрязнения, среди которых следует отметить наличие «золовых» полей, тепловых и химических загрязнений водных бассейнов, шумового воздействия на близлежащие жилые районы (особенно в больших городах), а также электромагнитных излучений и т.д.

АЭС такой же мощности производит ежегодно только 300 м3 короткоживущих малорадиоактивных отходов, из которых 20 т при переработке приобретают форму активной стекловидной массы объемом 3–8 м3. Несмотря на многие положительные стороны, при эксплуатации АЭС с реакторами на тепловых нейтронах с точки зрения экологической безопасности имеются следующие существенные недостатки:

Наибольшую опасность представляет охлаждающаяся на АЭС вода, сбрасываемая в водоемы при температуре +8–100С, что приводит к изменению теплового режима рек и озер, и, как следствие, к гибели водной ихтиофауны. При эксплуатации атомных электростанций имеются выбросы газов и аэрозолей через вентиляционные трубы, которые при соблюдении технологии производственных процессов не существенны для природной среды, но при авариях могут привести к сильным загрязнениям. Термодинамическая особенность выработки электроэнергии на ТЭС и АЭС состоит в том, что 60–65% тепловой энергии из технологического цикла отводится в окружающую природную среду. Отвод тепловой энергии требует естественных водоемов или создания прудов-охладителей, а значит, и отчуждения от сельскохозяйственных угодий дополнительных площадей. Например, для создания пруда-охладителя типовой АЭС мощностью 4 млн кВт требуется водоем с акваторией около 25 км2. Для этой цели, как правило, используют поймы рек, но в зону затопления попадают плодородные освоенные земли, которые пригодны для производства сельскохозяйственной продукции. Кроме того, требуются площади для строительства санитарно-защитных зон городов и поселков для персонала АЭС и членов их семей. ТЭС и АЭС заметно усугубляют проблему водных ресурсов. Ежегодное валовое потребление ими воды составляет свыше 100 км3. При этом безвозвратно (относительно) тратится на испарение около 2 км3 воды в год. Воздействие АЭС на природную среду может проявляться в виде радиоактивных отходов, накапливающихся при работе атомных электростанций. Безопасность их работы составляет одну из основных задач ядерно-энергетического хозяйства. Экологическое обеспечение решения энергетических проблем, стоящих перед человечеством, является в настоящее время императивом развития цивилизации на Земле.

Основным направлением в обеспечении безопасности АЭС является их размещение под землей вместо защиты реакторов дополнительными прочными оболочками. В этом плане уже накоплен положительный мировой опыт, поскольку под землей размечены ядерные реакторы в Красноярске – 26 (РФ), Чузе (Франция), Халдене (Норвегия), Агесте (Швеция), Луцерне (Швейцария), Гамболдте (США).