Атомная энергетика России

Урановое топливо

Уран – серебристо-белый глянцевый металл высокой плотности. В природе встречаются три изотопа: U-238 (содержание = 99,2745%), U-235 (0,72%), U-234 (0,055). Топливом на АЭС служит U-235 как материал, способный самостоятельно поддерживать цепную ядерную реакцию. Но его природное содержание в исходном сырье мало, поэтому приходится заниматься искусственным обогащением (повышением содержания 235-го изотопа в топливе).

Россия обладает 9% общемировых разведанных запасов ядерного топлива (немногим более полумиллиона тонн). Добычей такого незаменимого сырья для атомной промышленности в нашей стране занимается Урановый холдинг «АРМЗ (Атомредметзолото)». 90% урана в России приносит Краснокаменское горно-химическое объединение.

Зарубежные активы представлены компанией Uranium One, подразделением нашей отечественной госкорпорации, владеющей производственными мощностями в США, Канаде, ЮАР, Казахстане, Австралии. Есть договорённость участия в разработке месторождения Мардай на территории Монголии.  

Наша страна обладает полностью завершённым циклом мощностей обогащения урана, достаточным для того, чтобы обеспечить своей продукцией каждый шестой реактор в мире. В основе самой передовой современной технологии лежит газоцентрифужный метод. Объединяет все обогатительные предприятия и организации Топливная компания «ТВЭЛ» – абсолютный монополист производства ядерного топлива в России.

Нововоронежская АЭС. Сухопутная колыбель ВВЭР

Нововоронежская АЭС — вид с пруда-охладителя ночью

Как и Белоярская АЭС, это одна из старейших АЭС страны. Первый ее энергоблок заработал в том  же 1964 году, всего через полгода после пуска АМБ-1. Но в отличии Белоярской АЭС, где отрабатывали технологию канальных уран-графитовых реакторов с ядерным перегревом пара, а затем технологии быстрых реакторов, в Нововоронеже занимались и занимаются освоением другого направления – водо-водяных реакторов. Здесь были построены все первые, головные блоки энергетических реакторов ВВЭР мощностью от 210 МВт, 440, 1000 и сейчас 1200. Всего на этой АЭС построено 7 энергоблоков – максимальное количество на российских АЭС.

Первый в мире энергоблок с ВВЭР-1000 на Нововоронежской АЭС

В настоящее время из них работают 4. Это один ВВЭР-440, один ВВЭР-1000 и два первых в нашей стране и мире ВВЭР-1200. Получается, что каждый из этих реакторов – самый первый в своем роде. В том числе и нынешний флагманский продукт отечественной атомной промышленности – энергоблок с реактором ВВЭР-1200, которые активно приходят на замену старых блоков на АЭС в России и строится для зарубежных заказчиков. В России их уже построено 4, и в разной стадии строительства за рубежом еще более 10 штук. 

Первые в мире и нашей стране два ВВЭР-1200 на Нововоронежской АЭС

Подробно про водо-водяные реакторы я рассказывал в прошлой статье про Кольскую АЭС. Коротко повторю, что эти реакторы отличаются от канальных графитовых тем что в них нет ни графитовой кладки, ни каналов. Это более компактные реакторы, топливо которых находится внутри прочного толстостенного металлического корпуса. Водо-водяной в названии реактора означает, что вода выступает в нем и замедлителем нейтронов и теплоносителем, который отводит тепло от ядерного топлива. Это реакторы, работающие по двухконтурной схеме, т.е. вода в самом реакторе и первом контуре нагревается до большой температуры – более 300 градусов, но не кипит, т.к. находится при этом под давлением более 150 атмосфер (для чего мощный корпус и нужен). Тепло через теплообменник передается второму контуру, где уже вода кипит, пар идет на турбину, ну и дальше обычная схема. КПД таких установок около 32% и выше.

Такой же тип водо-водяных реакторов используется и на атомных подводных лодках в силу ряда преимуществ, в первую очередь более компактных размеров. Собственно, изначально он для них и разрабатывался, но потом вышел на сушу и прочно обосновался в мирной атомной энергетике.  Сейчас это самый популярный тип реактора в мире. Более чем на 80% энергоблоках АЭС в мире работают водо-водяные реакторы под давлением.

История российской атомной энергетики

История мирного использования атома начиналась в годы Второй мировой войны. В 1954 году в СССР усилиями советских ученых была открыта первая в мире атомная станция. Позже Россия станет одной из крупнейших атомных держав и будет вырабатывать почти 20% электроэнергетики страны на ядерных станциях. Но до всего этого российские ученые бились над созданием технологий получения урана, строительством ядерного реактора и запуском ядерной бомбы. Как развивалась история российской атомной энергетики? Что такое  АЭС России сегодня? Как выглядит современная карта АЭС России? Обо всем по порядку.

Сибирская АЭС. Даже две

Сибирская АЭС

Следующая АЭС на территории России, которая уже тоже не работает – это малоизвестная широкой публике Сибирская АЭС. Сейчас практически все АЭС в Росси находятся в Европейской части, но был период в 60-е, когда основное атомное электричество в СССР вырабатывалось в Сибири. Сибирская АЭС находилась на площадке Сибирского химического комбината (СХК) в г. Северск Томской области. Это был закрытый комбинат по наработке оружейного плутония, он и сейчас работает, но занимается уже другими задачами. Несмотря на секретность, фильм о Сибирской АЭС показали в 1958 году на Женевской конференции по мирному использованию атомной энергии.

Популярные статьи  Можно ли размыкать цепь освещения в двух местах — при входе в комнату и выходе из нее?

Заголовок в New York Times в 1958 году о показе в Женеве фильма о Сибирской АЭС

На тот момент она была одной из мощнейших АЭС мира – первый энергоблок имел мощность 100 МВт. В дальнейшем на ней работали 4 реактора, а суммарная мощность выросла до 600 МВт.

Промышленные реакторы СХК были двойного и даже тройного назначения. Т.е. они нарабатывали плутоний, но их спроектировали уже так, что они позволяли вырабатывать электроэнергию и давать тепло для отопления Северска и Томска. С окончанием программы наработки плутония был остановлен и последний реактор станции, в 2008 году.

Один из реакторов СХК. Фото: Страна Росатом

На другом сибирском комбинате по наработке оружейного плутония, Горно-химическом комбинате, в Железногорске, с 1964 по 2010 год тоже работал двухцелевой реактор АДЭ-2. Хотя, как таковой отдельной АЭС его не называли. Но по сути это была третья атомная станция тепло- и электроснабжения в СССР, причем единственная – подземная, т.к. сам комбинат ГХК размещался в горной выработке под землей. Подробнее про отечественные промышленные реакторы я писал отдельную статью.

Кстати, АЭС двойного назначения – это не чисто советская выдумка. Первая такая «двойная» АЭС заработала в Великобритании на два года раньше Сибирской АЭС. Это АЭС Колдер Холл — первая АЭС в Великобритании и на Западе вообще, работавшая на атомном комбинате Селлафилд, где производили оружейный плутоний. В далеком 1956 году ее открывала молодая Елизавета II.

Елизавета II на открытии первой АЭС Великобритании — Колдер Холл (двойного назначения)

СССР и атомная бомба

С 1942го года в мире началась большая гонка – кто первым изобретет атомную бомбу. Конкурировали Германия, США и Советский Союз. Первыми к финишу пришли в США.

В августе 1945го весь мир увидел атомное оружие в действии. Жертвами показательного выступления стали японские города Хиросима и Нагасаки.Атомная энергетика России

Через 14 дней после бомбардировки Хиросимы и Нагасаки лично Сталиным был подписан указ о создании Специального комитета для руководства всеми работами по использованию атомной энергии. Начальником комитета назначили Лаврентия Берию. Спец. комитет имел неограниченные возможности по привлечению любых ученых из любых отраслей науки для создания ядерного оружия.

Многие ученые, задействованные в атомном проекте СССР, были отозваны из эвакуаций, некоторые демобилизованы из Красной армии, часть исследователей была привезена из послевоенной Германии.

Советская разведка доносила, что в планах США – нанести «пробные» ядерные удары и на территорию Советского Союза. Было ли это правдой, точно никто не скажет, но команде Игоря Курчатова, занимающегося исследованиями атомных реакций, очень настоятельно рекомендовали поторопиться и наконец-то дать в руки СССР атомную бомбу.

В 1946 году в СССР под руководством И. Курчатова был запущен первый в Евразии ядерный реактор, назвали его Ф-1. В нем советские ученые смогли наблюдать первую цепную реакцию распада.Атомная энергетика России Интересно, что Ф-1 состоял из больших графитовых блоков, которые в реакторе играли роль замедлителя. Для строительства реактора потребовалось 430 тонн чистого графита.

Налаживать производство графитовых блоков предстояло одному из Подмосковных заводов, который раньше занимался изготовлением совсем других деталей из совсем другого материала. Как тогда часто было, «Партия сказала – надо, комсомол ответил – есть!» — завод отпирался недолго и быстро переключился на производство блоков для ядерного реактора.

29 августа 1949 года погоня СССР за ядерным оружием успешно закончилась. Взрывали бомбу на Семипалатинском полигоне в Казахстане. Если США скидывали ядерное оружие на вражескую Японию, то в СССР пострадали мирные, и слабо относящиеся к атомной промышленности, казахи. Взрыв был гораздо слабее, чем в Хиросиме и Нагасаки, но пару десятков лет последствия ядерной волны давали о себе знать.

Руководители страны советов вздохнули свободно. Наличие ядерного оружия обеспечивало безопасность и целостность страны. Можно было заняться другими важными делами вроде атомной электроэнергетики.

Российская атомная энергетика в других странах

Сегодня Россия располагает технологией атомной энергетики полного цикла. Это значит, что на территории РФ могут добывать урановую руду, преобразовывать ее в урановое топливо, «с нуля» создавать атомные станции, включая разработку и конструирование всех деталей АЭС и перерабатывать уже использованное ядерное топливо.

Российские АЭС в мире зарекомендовали себя как работоспособные и безопасные атомные станции. Многие страны, не имея на своих территориях нужных заводов, заказывают российским физикам-ядерщикам проектирование и строительство атомных энергоблоков. АЭС России на карте других стран – это 80 ядерных реакторов, 30 из которых уже строятся в данный момент. Еще 52 реактора только планируется построить.Атомная энергетика России Международное атомное сотрудничество в России налажено с Китаем, Египтом, Индией, Словакией, Турцией, Чехией и многими другими странами. Международный атомный бизнес – это не только новые атомные станции России на карте других стран, — например, российские специалисты конструируют детали ядерных реакторов, помогают вводить их в эксплуатацию, обучают иностранный персонал работе на атомных станциях, оказывают помощь в утилизации уже отработанного ядерного топлива. Станции, которые конструирует и строит Россия – АЭС безопасные и долговечные, работающие с применением новых компьютерных технологий. Все АЭС России, построенные в других странах, соответствуют требованиям МАГАТЭ (Международного агентства по атомной энергетике).

Популярные статьи  Почему падает напряжение в сети при включении микроволновой печи?

Современные атомные организации в России

10 АЭС на карте России – это сложная система, которой достаточно тяжело курировать и управлять. Какие организации занимаются атомной электроэнергетикой в России сегодня? Росатом – российская государственная корпорация по атомной энергии, которая объединяет в себе более 400 предприятий и научных организаций, работающих в атомной промышленности. В том числе в нее в ходят:

  • АО «Концерн Росэнергоатом» — с 1992 года за этой организацией закреплены все действующие и строящиеся АЭС в России. По сути, эта государственная компания занимается всем, что связано с АЭС РФ: выбором площадок для строительства, проектированием, строительством, вводом в эксплуатацию, снятием с эксплуатации и проч.
  • Корпорация Атомэнергомаш – атомные станции России получают от Атомэнергомаша оборудование. Все основные детали реакторного отделения и машинного зала изготавливают предприятия этой корпорации. Оборудование, которое произвели на Атомэнергомаш установлено в 13% АЭС всего мира.
  • РАДОН — Объединенный эколого-технологический и научно-исследовательский центр по обезвреживанию РАО и охране окружающей среды (г. Сергиев — Посад). Вся работа, связанная с радиоактивными отходами ложится на плечи этого предприятия – транспортировка, переработка и хранение. Также ведутся исследования по повышению безопасности АЭС в России, карта работ предприятия РАДОН охватывает не только АЭС России, но станции других стран мира.
  • АО «ТВЭЛ» – топливная компания. Они производят все ТВЭЛы и ТВС для российских реакторов и международных атомных проектов. На топливе «ТВЭЛ» сегодня работают все атомные станции России и каждая шестая АЭС в мире.

Кроме промышленных предприятий существуют и множество НИИ, которые разрабатывают новые технологии и совершенствуют старые, изучают новые методы и проектируют новые АЭС в России. Вот только некоторые из них:

  1. ГНЦ РФ ФЭИ – Государственный национальный центр «Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского» (г. Обнинск). Это та самая лаборатория «В», в которой создавали первую АЭС в России, СССР и во всем мире. Из-за расположения близ станции Обнинск ее и назвали Обнинской.
  2. Именно из-за строительства атомной станции, Обнинск стал городом и разросся до 111 тысяч человек. Сегодня у Обнинского национального центра 140 патентов на различные изобретения в области атомной промышленности. Институт активно работает над улучшением реакторов на быстрых нейтронах.
  3. Радиевый институт имени В.Г. Хлопина (г. Санкт-Петербург) – один из старейших научных центров в стране. Сегодня занимается исследованием ввода переработанных урановых продуктов в ядерно-топливный цикл. Также ведет исследования по проблемам радиоэкологии и получению изотопов.
  4. НИИАР — Научно-исследовательский институт атомных реакторов (г. Димитровград) – главный производитель радиоизотопов и радиоизотопной продукции. Кроме того, в институте ведутся разработки в области реакторного материаловедения.

Безопасность

Объекты использования атомной энергии (в том числе ядерные установки, пункты хранения ядерных материалов и радиоактивных веществ, пункты хранения радиоактивных отходов) в соответствии со статьёй 48.1 ГрК РФ относятся к особо опасным объектам.

Надзор за безопасностью российских АЭС осуществляет Ростехнадзор.

Охрана труда регламентируется следующими документами:

  1. Правила охраны труда при эксплуатации тепломеханического оборудования и тепловых сетей атомных станций ОАО «Концерн Энергоатом». СТО 1.1.1.02.001.0673-2006

Ядерная безопасность регламентируется следующими документами:

  1. Общие положения обеспечения безопасности атомных станций. НП-001-15
  2. Правила ядерной безопасности реакторных установок атомных станций. ПБЯ РУ АС-89 (ПНАЭ Г — 1 — 024 — 90)

Радиационная безопасность регламентируется следующими документами:

  1. Санитарные правила проектирования и эксплуатации атомных станций (СП АС-03)
  2. Основные правила обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ-99/2010)
  3. Правила радиационной безопасности при эксплуатации атомных станций (ПРБ АС-99)
  4. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009)
  5. Федеральный закон «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения».

Конструкция и действие ядерной установки

Сердцем любой установки является ядерный реактор, от которого напрямую зависит, как работает атомная электростанция. Внутри него происходит распад тяжелых ядер на более мелкие фрагменты. Находясь в состоянии сильного возбуждения, они начинают испускать нейтроны и другие частицы.

Воздействие нейтронов приводит к новым делениям, после чего их становится еще больше и в результате возникают непрерывные самоподдерживающиеся расщепления, известные как цепная реакция. Данный процесс осуществляется с выделением большого количества энергии, которая является основной целью всей работы АЭС и определяет ее мощность.

Примерно 85% от общего количества энергии высвобождается за очень короткий промежуток времени от начала реакции. Остальные 15% дает радиоактивный распад продуктов деления после излучения ими нейтронов. После распада атомы приходят в более стабильное состояние, а сам процесс продолжается и по окончании деления.

Популярные статьи  Что такое электроэнергия

Типовой ядерный реактор включает в себя следующие компоненты:

  • Обогащенный уран и другое ядерное топливо.
  • Теплоноситель, с помощью которого выводится энергия, полученная при работе реактора.
  • Регулировочные стержни.
  • Замедлитель нейтронов.
  • Защитная оболочка против излучения.

В активную зону установки помещены ТВЭЛ – тепловыделяющие элементы, содержащие ядерное топливо. Они скомпонованы в кассеты, по нескольку десятков элементов. Внутри каждой кассеты имеются каналы, по которым циркулирует теплоноситель. С помощью ТВЭЛ можно регулировать уровень мощности реактора.

Принцип такой регулировки заключается в следующем:

  • Топливный стержень должен иметь определенную критическую массу, по достижении которой и начинается ядерная реакция.
  • Каждый отдельный стержень имеет массу, не дотягивающую до критической. Реакция будет происходить, если в активную зону будут помещены все стержни.
  • Путем погружения и извлечения топливных стержней, реакцию можно сделать управляемой, в том числе регулировать мощность.
  • Когда значение массы превышает критическое, происходит выброс нейтронов топливными веществами. Далее наступает столкновение выброшенных частиц с атомами.
  • Все это приводит к образованию нестабильного изотопа. Его распад наступает сразу же, с выделением тепла и энергии в виде гамма-излучения.

Во время столкновения кинетическая энергия частиц переходит друг к другу и число распадов еще больше увеличивается со скоростью геометрической прогрессии. При отсутствии управления такая реакция происходит мгновенно и сопровождается сильным взрывом, в реакторе этот процесс постоянно контролируется.

Выработка электроэнергии

Атомная энергетика России

Выработка электроэнергии на российских АЭС в 1970—2014 годах, млрд кВт*ч

За 2007 год российскими АЭС было выработано 158,3 млрд кВт·ч, что составило 15,9 % от общей выработки в Единой энергосистеме России. Объём отпущенной электроэнергии составил 147,7 млрд кВт·ч.

В 2008 году на АЭС было выработано 162,3 млрд кВт•ч электроэнергии. Объём отпущенной электроэнергии составил 151,57 млрд кВт•ч.

В 2009 году на АЭС было выработано 163,3 млрд кВт•ч электроэнергии., что составило 16 % от общей выработки в Единой энергосистеме России. Объём отпущенной электроэнергии составил 152,8 млрд кВт·ч.

В 2010 году АЭС России выработали 170,1 млрд кВт•ч электроэнергии, что составило 16,6 % от общей выработки в Единой энергосистеме России. Объём отпущенной электроэнергии составил 159,4 млрд кВт·ч.

В 2011 году российские атомные станции выработали 172,7 млрд кВт•ч, что составило 16,6 % от общей выработки в Единой энергосистеме России. Объём отпущенной электроэнергии составил 161,6 млрд кВт·ч.

В 2012 году российские атомные станции выработали 177,3 млрд кВт•ч, что составило 17,1 % от общей выработки в Единой энергосистеме России. Объём отпущенной электроэнергии составил 165,727 млрд кВт·ч.

В 2018 году выработка на АЭС России составила 196,4 млрд кВт•ч, что составило 18,7% от общей выработки в Единой энергосистеме России. 

Доля атомной генерации в общем энергобалансе России около 18 %. Высокое значение атомная энергетика имеет в европейской части России и особенно на северо-западе, где выработка на АЭС достигает 42 %.

После запуска второго энергоблока Волгодонской АЭС в 2010 году, председатель правительства России В. В. Путин озвучил планы доведения атомной генерации в общем энергобалансе России с 16 % до 20-30 %.

В разработках проекта Энергетической стратегии России на период до 2030 г. предусмотрено увеличение производства электроэнергии на атомных электростанциях в 4 раза.{jcomments on}

Перспективы АЭС в России

Прогнозы дальнейшего использования атомной энергии противоречивы и неоднозначны. Большинство из них сходится к мнению, что к середине XXI века потребность возрастет в связи с неизбежным увеличением численности населения.

Министерство энергетики РФ сообщило энергетическую стратегию России на период до 2035 года (сведения поступили в 2014 году). Стратегическая цель атомной энергетики включает в себя:

  • существенное улучшение топливного баланса;
  • сбережение ценных и невозобновляемых ресурсов от нецелевого применения;
  • решение проблем выбросов парниковых газов;
  • повышение доли высокотехнологичных и наукоемких продуктов в экспорте;
  • создание серийных атомных электростанций с реакторами на быстрых нейронах для воспроизводства энергии за счет собственной топливной базы;
  • снижение цен на оптовом рынке в долгосрочной перспективе, позволяющее повысить конкурентоспособность российской экономики и увеличить скорость развития промышленности.

С учетом установленной стратегии, в дальнейшем предусматривается решить следующие задачи:

  • улучшить схему производства, обращения и захоронения топливно-сырьевых ресурсов;
  • развить целевые программы, обеспечивающие обновление, устойчивость и повышение эффективности имеющейся топливной базы;
  • реализовать наиболее эффективные проекты с высоким уровнем безопасности и надежности;
  • увеличить экспорт ядерных технологий.

Государственная поддержка массового производства атомных энергоблоков – основа благополучного продвижения товаров за рубеж и высокой репутации России на международном рынке.

Оцените статью
Добавить комментарии

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: