Н. А. Бороздина, Н. И. Бондаренко
(Муниципальное Общеобразовательное Учреждение лицей «Политэк»)
Количество энергии, которую мы расходуем каждый день, постоянно растет. И этому есть простое объяснение. Мы покупаем все больше компьютеров, мобильных телефонов, бытовой техники, автомобилей. В некоторых местах уже не хватает электричества. Этот дефицит тормозит дальнейшее развитие нашего благосостояния, потому что новые дома и заводы нечем освещать, нечем оснащать станки, другое оборудование.
Но чаще всего, когда мы говорим об энергии, мы имеем в виду электрическую энергию – самую распространенную. Без электричества не может обойтись практически не один современный прибор.
Для получения электроэнергии люди используют самые разные виды топлива. Но не любой способ выработки электричества благоприятно влияет на окружающую среду.
Роль экологии в нашей жизни постоянно увеличивается потому, что она является очень важным энергоносителем, который может быть воспроизведен из самого различного топлива.
Существующие источники энергии можно разделить на три основные категории:
Возобновляемые источники энергии: древесина и некоторые зерновые культуры, пригодные, для производства этанола, метанола.
Не возобновляемые источники энергии: уголь, газ и нефть, уран, торий.
Возобновляемые естественные источники энергии: солнечная теплота и свет, энергия ветра, океанских волн, течения рек, геотермальное тепло, океанские температурные градиенты, тритий и дейтерий (энергия ядерного синтеза).
Общее количество электроэнергии, вырабатываемой в мире сравнительно велик – 14%. Ожидается, что эта доля в будущем будет расти: США, Канада, почти все развитые страны Европы, включая Россию, а также развивающиеся восточные страны заявили о стремлении строить АЭС. Главной причиной строительства АЭС, является неизбежная исчерпаемость запасов ископаемого топлива. Это событие совсем не за горами: при растущих темпах потребления запасы нефти и газа закончатся к концу 21 века, угля хватит еще на 200 – 300 лет. А, следовательно, стоимость нефти, газа, угля будет возрастать, и не в столь уж отдаленном будущем нефтяной или газовый киловатт окажется дороже атомного.
По сравнению с другими видами топлива ядерное – самое экономное и эффективное. Одна урановая таблетка способна заменить 3 литра бензина или 400 килограмм угля!
А в угольной энергетике для обеспечения работы даже одной электростанции необходимо добыть, обработать и транспортировать огромное количество угля. И подсчитав, получим, что для получения одинакового количества энергии необходимо в 2700000 раз больше угля, чем урана. И нельзя предполагать, что угольная энергетика при этом безопаснее атомной.
За двадцать лет в мире только в результате взрывов метана в угольных шахтах погибло свыше 1360 человек. С 1980 по 2000 годы произошло 28 инцидентов, связанных с производством энергии на органическом топливе, унесшем жизни более 4000 человек. В эти же годы в атомной энергетике произошла единственная авария с человеческими жертвами, в результате которой от различных причин умерли около 100 человек.
Причиной аварий в атомной энергетике всегда становилось нарушение правил, которого можно было избежать. Взрывы же метана в угольных шахтах пока остаются неизбежным злом. Предвидеть безопасность их работников до сих пор не удается никакими правилами безопасности.
Радиоактивность – обычное природное явление
Большую долю радиационного излучения вносит газ радон. Радиацию человек получает из естественных источников, что составляет 70% от всей радиации, 30% составляют медицинские процедуры, и лишь 1% всей радиации составляет работа АЭС.
Радиация оказывает не такое уж серьезное влияние на живые компоненты окружающей среды. К примеру, самая крупная по последствиям Чернобыльская авария привела к гибели всего 560 гектаров леса. А Норильский горно-металлургический комбинат, работая без аварий в штатном режиме, уничтожил 600 тысяч гектаров леса! А в наиболее загрязненной зоне аварийного энергоблока Чернобыльской АЭС, за годы, прошедшие с момента аварии, дикая природа чувствует себя в отсутствии человека вполне сносно.
Но радиационные изотопы могут попасть в водоемы, домашние животные пьют воду, и они попадают в их организм и накапливаются, а растения берут радионуклиды из почвы. В конечном счете, эти вредные вещества попадают на стол к человеку. Атомная станция, проанализировав последствия выбросов радиоактивных веществ, заботится о рыбах и птицах, растениях, бактериях, а, следовательно, и о нашей безопасности.
Радиационное воздействие АЭС на окружающую среду и население гораздо меньше по сравнению с электростанциями на нефти, мазуте. Полезные ископаемые, в том числе нефть и уголь, содержат определенное количество природных радиоактивных изотопов. При сжигании часть радионуклидов «вылетает в трубу» и с воздухом может попасть в организм человека (жителя прилегающих населенных пунктов). Однако большая доля естественной радиоактивности остается в золе, и зола оказывается в 10 раз радиоактивнее исходного топлива.
Атомная станция действительно излучает радиацию постоянно. Но только дальше активной зоны реактора эта радиация распространиться не может. Для того чтобы не допустить выхода радиации наружу, на АЭС создана многослойная защитная система. Она похожа по структуре на матрешку.
Первая, самая маленькая матрешка, это топливная таблетка, внутри которой находится уран. При производстве атомного топлива уран обогащают, то есть насыщают урановую руду U-235. Из обогащенного урана производят урановые таблетки, и в виде таблеток уран помещается в трубки, объединяющиеся в тепловыделяющие сборки, попадает в атомный реактор.
Следующий защитный барьер – корпус реактора и система трубопроводов.
Снаружи находится самая большая матрешка – защитная оболочка из железобетона. При возникновении опасных ситуаций, в реактор с топливом автоматически опускаются специальные стержни, которые прекращают цепную реакцию. Все системы безопасности на АЭС сегодня работают автоматически, под управлением компьютера.
Работа энергетического реактора основана на цепной реакции деления ядер урана. При этом образуются радиоактивные продукты деления. Если тепловыделяющие элементы не герметичны, продукты деления могут выходить в воду, которая служит переносчиком тепла. Часть их попадает в пар. Пар конденсируется, превращается в воду, а некоторое количество радиоактивных продуктов деления остается в газовой фазе. Но это не означает, что вредные вещества улетучиваются в атмосферу, поскольку на каждой АЭС есть то, что практически не встретишь на отечественных ТЭС – эффективная система газоочистки. На пути радионуклидов в атмосфере установлены специальные резервуары – газгольдеры, в которых происходит выдержка газа. В процессе выдержки большинство радионуклидов распадается, превращаясь в не радиоактивные изотопы. После этого воздух, содержащий радионуклиды, пропускают через систему газоочистки, где установлены специальные фильтры, настроенные на улавливание наиболее опасных, газообразных продуктов деления. В качестве дополнительной меры безопасности, воздух выбрасывается через высокую трубу, поэтому, дозы облучения населения, проживающие в районе АЭС, могут быть во много десятков раз ниже, чем на угольной станции аналогичной мощности. Основные вредные и опасные вещества остаются в самом топливе.
Сравнение степени воздействия АЭС и других электростанций на окружающую среду и человека.
В настоящее время известно, что атомная энергетика является единственным сектором, принимающим полную ответственность за свои отходы. Достоинство радиоактивных отходов в том, что они распадаются, и их опасность снижается с течением времени. К тому же радиоактивные изотопы находятся в химически связанном состоянии и помещаются в специальные хранилища. То практически они не имеют возможности попасть в окружающую среду в опасном виде. Наиболее опасные высокоактивные отходы образуются в малом количестве и включают 90% всей радиоактивности от всех радиоактивных отходов (РАО). Обеспечение безопасной эксплуатации реактора предполагает создание таких условий, при которых находящиеся в реакторе радиоактивные вещества не попадают в окружающую среду, а извлекаются из реактора в плановом порядке с соблюдением всех правил техники безопасности и направляются на переработку на специальные предприятия.
Дополнительные дозы, получаемые населением в районе ТЭЦ (хотя они и выше по сравнению с АЭС), составляют лишь несколько процентов от естественной (природной) дозы облучения. Основной вред, который наносят биосфере станции на угле, не имеет никакого отношения к радиации.
Тепловые станции выбрасывают намного больше токсичных веществ, чем АЭС. Важнейшими показателями угля является содержание серы и зольность. Допустимыми считают угли, в которых содержание серы не превышает 0,5%, однако в большинстве случаев сжигают и низкосортные угли с 1% содержанием серы. Выпадают кислотные дожди. Станции экономят на здоровье людей. ТЭЦ выбрасывают оксиды азота, образующие смог, кислоты. Тяжелые металлы также сопутствуют органическому топливу. На всех тепловых станциях при сгорании органического топлива образуется углекислый газ. По некоторым оценкам, в атмосферу выбрасывается более 20 млрд. тонн ежегодно. И если раньше о последствии выбросов задумывалась лишь узкая группа специалистов, то сейчас даже дети знают о парниковом эффекте, приводящем к повышению температуры атмосферы Земли и Мирового Океана, таянию ледников, климатическому дисбалансу.
Отходы угольных станций (зола) выбрасываются на площадку под открытым небом. Вред золы заключается не в радиационном фоне, а в содержании тяжелых металлов, которые вымываются дождями, попадая в грунтовые воды и почву. Зола – источник пыли, вызывающей силикоз у шахтеров, аллергические реакции.
У атомной станции существует тепловое воздействие. Суть работы любой АЭС сводится к получению пара из воды. Пар, получившийся при нагревании воды энергией цепной реакции деления ядер урана, поступает к турбине и вращает вал. Турбина соединена с генератором, который вырабатывает ток. Пар, отходящий от турбины, необходимо сконденсировать. Для этого используют ближайший водоем. Вода в нем нагревается, из конденсатора поступает обратно в водоем. Происходит цветение воды, снижение растворимости газов, размножение нежелательной микрофлоры. Сбрасываемая вода не радиоактивна. Но тепловое воздействие можно снизить при помощи градирни. В градирне поток воды движется навстречу поднимающемуся пару, и пар конденсируется. При таком подходе значительная часть тепла уносится в атмосферу, а не в водоем.
Важно отметить, что тепловое воздействие характерно для всех энергоблоков с паровой турбиной, этот недостаток не является исключительно для АЭС, он характерен для ТЕЦ, ТЕС.
АЭС будет наносить меньше вреда экологии, чем альтернативные источники. Для использования солнечной и ветровой энергии необходимы емкие аккумуляторные батареи, большое количество конструкционных материалов. Отходы от солнечных батарей губительные: бетон, сталь, токсичные отходы практически не перерабатываются в природе.
Таблица 1
Сводная таблица результатов сравнения.
Эффективность
Угроза
человеку
Угроза окружающей среде
Отходы
АЭС
высокая
совсем
незначительная
безопасные
ТЭС
невысокая
имеется
значительная
опасные
Альтернативные источники энергии
низкая
Ростовская атомная электростанция.
Ростовская (Волгодонская) атомная электростанция расположена в Ростовской области в 12 км от нашего города Волгодонска на берегу Цимлянского водохранилища.
Начало строительства 1977 год, проект утвержден в 1979 году.
Электрическая мощность двух действующих энергоблоков составляет 2000 Мегаватт. С 2001 по 2010 годы станция носила название «Волгодонская АЭС», с пуском второго энергоблока станция была обратно переименована в «Ростовскую АЭС». Ростовская АЭС является одним из крупнейших предприятий энергетики Юга России, обеспечивающим около 15% годовой выработки электроэнергии в этом регионе. Электроэнергия Ростовской АЭС передается потребителям по пяти линиям электропередачи напряжением 500кВ в Шахты (Ростовская область), Тихорецк (Краснодарский край), Ставропольский край и Южная Волгоградская область. Выработка электроэнергии составляет свыше 25млнкВт-час в сутки и около 8 миллиардов кВт в час в год. В 2008 году АЭС произвела 8 млрд 120млнкВт-час. Коэффициент использования установленной мощности (КИУМ) составил 92,45%.
Технический проект Ростовской ( Волгодонской ) АЭС был разработан Нижегородским отделением института «Атомэнергопроект» в соответствии с постановлением Совета Министров СССР. Проект предполагал строительство АЭС составе 4-х энергоблоков с реакторами общей мощностью 4000 МВт.
В настоящее время на Ростовской АЭС эксплуатируется два энергоблока с реакторами с установленной мощностью 1000 МВт.
С 2009 года на Ростовской АЭС идет сооружение энергоблоков №3, №4.
Можно сделать такие выводы: многочисленные наблюдения за радиационной обстановкой, проводившиеся на АЭС и на прилегающих территориях позволяют утверждать, что в нормальном режиме работы АЭС оказывают незначительное воздействие на окружающую среду.
Между атомной бомбой и ядерным реактором – огромная разница. Атомная бомба страшна ядерным взрывом и его последствиями, реакция неуправляема. В ядерном реакторе ядерный взрыв произойти не может и реакцией управляют с помощью стержней, сделанных из сильного поглотителя нейтронов. В отличие от других способов производства энергии, АЭС характеризуются высокой степенью надежности и безопасности для персонала, населения и окружающей среды.
Обеспечение безопасной эксплуатации реактора предполагает создание таких условий, при которых находящиеся в реакторе радиоактивные вещества не попадают в окружающую среду, а извлекаются из реактора в плановом порядке с соблюдением всех правил техники безопасности и направляются на переработку на специальные предприятия.
В настоящее время созданы такие условия эксплуатации ядерных реакторов, которые исключают возможность развития негативных последствий вследствие ошибок персонала, то есть исключают «человеческий фактор». Автоматика и пассивные, не зависящие от действий оператора системы безопасности в случае ошибки оператора остановят в течение короткого времени реактор и предотвратят возможность аварии.
Атомная энергетика является более надежным и безопасным способом производства электроэнергии по сравнению с энергетикой на органическом топливе.
Библиографический список
Центр содействия социально – экологическим инициативам атомной отрасли Москва, 2010, А. А. Акатов, Ю. С. Коряковский.
Методическое пособие для системы среднего и начального профессионального образования, В. С. Малышевский, А. С. Боровик, Волгодонск, 2010.
Типография «ЛЕО», Волгодонск, 2010.
Журнал «Росэнергоатом РЭА», М: ООО «Типография « Р – МАСТЕР», №10, октябрь 2010.
www.myatom.ru
Бороздина Наталья Андреевна, Бондаренко Наталья Ивановна
Муниципальное Общеобразовательное Учреждение лицей «Политэк»
Мира 73, кв.1, г. Волгодонск, Ростовская обл.
89045024348, amatoe@mail.ru
