О роли и месте атомной энергетики в выработке энергии. Экологические аспекты АЭС».
Атомная энергетика обладает важными принципиальными особенностями по сравнению с другими энерготехнологиями:
- ядерное топливо имеет в миллионы раз большую концентрацию энергии и неисчерпаемые ресурсы;
- отходы атомной энергетики имеют относительно малые объёмы и могут быть надёжно локализованы, а наиболее опасные из них можно “сжигать” в ядерных реакторах.
Это открывает принципиально новые возможности и перспективы:
- в реализации такого топливного цикла, при котором из ограниченных природных запасов топливного сырья в течение тысячелетий можно получать необходимое количество энергии для удовлетворения энергопотребности человечества при любом прогнозируемом сценарии развития цивилизации;
- в осуществлении такого замкнутого технологического цикла, при котором воздействие атомной энергетики на окружающую среду будет существенно меньше, чем воздействие других традиционных энерготехнологий;
- в развитии энергетики для удалённых районов и для крупных транспортных средств;
- в замещении ядерным топливом органического топлива, которое в отличие от первого может быть эффективно использовано для других целей: химический синтез, транспорт и т.д.
Таким образом, атомная энергетика потенциально обладает всеми необходимыми качествами для постепенного замещения значительной части- энергетики на ископаемом органическом топливе и становления в качестве доминирующей энерготехнологии.
Создание необходимых предпосылок и реализация принципиальных особенностей атомной энергетики составляют основное содержание стратегии её развития.
Востребованность принципиальных особенностей атомной энергетики будет означать востребованность крупномасштабной атомной энергетики.
Экологические аспекты АЭС.
Тепловое загрязнение.
Тепловые потери АЭС в 1, 5 раза больше, чем ТЭС аналогичной мощности, поэтому КПД атомных электростанций невелик (20-25%), и их работа сопровождается «сбросом» огромного количества теплоты в воздух и воду.
Тепловое загрязнение изменяет климат региона, где расположена АЭС. Увеличивается влажность воздуха, особенно в осеннее - зимний период, что неблагоприятно влияет на здоровье людей, на состояние посевов, лесов, зданий и сооружений, в том числе распределительных устройств и линий электропередач. Повышение температуры естественных водоемов, куда сбрасывают теплую воду из систем охлаждения станций, приводит к снижению концентрации растворенного в воде кислорода, что угнетает развитие рыбной молоди и приводит к гибели рыбы. В нагретой теплой воде водоемов происходит бурное развитие сине – зеленых водорослей, наступает цветение воды, это явление делает невозможным использование таких водоемов для питьевого водоснабжения.
Наличие радиоактивных отходов.
Экологические проблемы возникают на всех этапах топливного цикла.
Урановая руда добывается на рудниках подземным или открытым способом. Как и любая другая отрасль горнодобывающего производства, она ухудшает окружающую среду, выводя из хозяйственного использования значительные территории, изменяя ландшафт и гидрологический режим, загрязняя воздух, почву, поверхностные и подземные воды. Отходы на стадии добычи и первичной переработки природного урана очень велики.
Использование воды в процессах добычи урановой руды и ее первичной переработки создает проблему безопасного хранения и утилизации жидких отходов, содержащих токсичные радиоактивные вещества. Из резервуаров для хранения жидких отходов радиоактивные вещества могут попасть в грунтовые воды и расположенные рядом водоемы.
При нормальном функционировании АЭС определенное количество радионуклидов выделяется в воздух.
Небольшое количество радионуклидов поступает в водоем вместе со сбрасываемой водой.
Хотя эти радиоактивные выбросы в воздух и воду при нормальной работе АЭС невелики, благодаря аккумулирующему эффекту они могут оказывать неблагоприятное воздействие на живые организмы, на людей, работающих на станции или живущих в зоне ее расположения.
Твердые и жидкие отходы, возникающие при регенерации ядерного топлива, обладают очень высокой радиоактивностью и требуют специальной переработки и специального захоронения в целях обеспечения безопасности.
Радиоактивные излучения.
Радиоактивные излучения – самая главная опасность атомной энергетики, существующая на всех этапах топливного цикла и работы АЭС. Радиоактивные излучения оказывают пагубное воздействие на все живые организмы.
Механизм биологического действия излучения сложен и до конца не изучен.
Под действием радиации поражаются клетки тканей, прежде всего их ядра, нарушаются способность клеток к делению и обмен веществ в них. Наиболее чувствительны к радиационному воздействию кроветворные органы (костный мозг, селезенка, лимфатические железы), эпителий слизистых оболочек (кишечника), щитовидная железа. В результате действия радиоактивных излучений на органы человека возникают тяжелейшие заболевания: лучевая болезнь, злокачественные опухоли, приводящие нередко к смертельному исходу. Облучение оказывает сильное влияние на генетический аппарат, приводя к появлению потомства с уродливыми отклонениями или врожденными тяжелыми заболеваниями организма.
Специфическая особенность радиоактивных излучений: они не воспринимаются органами чувств человека и даже при смертельных дозах не вызывают болевых ощущений в момент облучения, в этом – их коварство.
Радиоактивные отходы: современные проблемы и один из проектов их решения.
Ядерная энергетика, широко используемая в последние десятилетия, оставляет много радиоактивных отходов: в основном, это отработанное ядерное топливо реакторов АЭС и подводных лодок, а также надводных кораблей Военно-морского флота. Эти отходы накапливаются и представляют радиоактивную опасность для обширных районов России и сопредельных стран. Что делать с этими отходами?
Несколько отечественных физико-технических институтов разработали проект их захоронения, в основу которого положен подземный взрыв. Предлагается осуществить его на острове Новая Земля, в зоне вечной мерзлоты, на глубине 600 м. Там имеются заброшенные выработанные шахты и штольни, их-то и можно специально подготовить и разместить в них отработанные твэлы с АЭС, реакторы лодок, отходы ядерных предприятий. Пространство между опасным «мусором» планируется заполнить материалом, способным резко снизить излучение. После ядерного взрыва в штольне должно образоваться стеклообразное вещество, которое явится хорошим барьером для ядерных излучений. В результате одного такого взрыва может быть превращено в стекловидную массу до 100 т радиоактивных отходов.
АЭС не вырабатывают углекислого газа, объем других загрязнений атмосферы по сравнению с ТЭС также мал. Количество радиоактивных веществ, образующихся в период эксплуатации АЭС, сравнительно невелико. В течение длительного времени АЭС представлялись как наиболее экологически чистый вид электростанций и как перспективная замена ТЭС, оказывающих влияние на глобальное потепление. Однако процесс безопасной эксплуатации АЭС еще не решен. С другой стороны, замена основной массы ТЭС на АЭС для устранения их вклада в загрязнение атмосферы в масштабе планеты не осуществима из-за огромных экономических затрат.
Чернобыльская катастрофа привела к коренному изменению отношения населения к АЭС в регионах размещения станций или возможного их строительства. Поэтому перспектива развития атомной энергетики в ближайшие годы неясна. Среди основных проблем использования АЭС можно выделить следующие:
1. Безопасность реакторов. Все современные типы реакторов ставят человечество под угрозу риска глобальной аварии, подобной Чернобыльской. Такая авария может произойти по вине конструкторов, из-за ошибки оператора или в результате террористического акта. Принцип внутренней самозащищенности активной зоны реактора в случае развития аварии по худшему сценарию с расплавлением активной зоны должен быть непреложным требованием при проектировании реакторов. Ядерная технология сложна. Потребовались годы анализа и накопленного опыта, чтобы просто осознать возможность возникновения некоторых типов аварий.
Неопределенности в отношении безопасности никогда не будут полностью разрешены заранее. Большое их количество будет обнаружено только во время эксплуатации новых реакторов.
2. Снижение эмиссии диоксида углерода. Считается, что вытеснение тепловых электростанций атомными поможет решить проблему снижения выбросов диоксида углерода, одного из главных парниковых газов, способствующих потеплению климата на планете. Однако, на самом деле, электростанции с комбинированным циклом на природном газе не только намного экономичнее, чем АЭС, но и при одних и тех же затратах достигается значительно большее снижение выбросов диоксида углерода, чем при использовании атомной энергии с учетом всего топливного цикла (потребление энергии при добыче и обогащении урана, изготовлении ядерного топлива и других затрат на «входе» и «выходе»).
3. Снятие с эксплуатации реакторов на АЭС. К 2010 г. половина из работающих в мире АЭС имела возраст 25 лет и более. После этого предполагается процедура снятия с эксплуатации реакторов. По данным Всемирной ядерной ассоциации (WNA), более 130 промышленных ядерных установок уже выведены из эксплуатации, либо ожидают этой процедуры. И во всех случаях возникает проблема утилизации радиоактивных отходов, которые надо надежно изолировать и хранить длительный срок в специальных хранилищах. Многие эксперты считают, что эти расходы могут сравняться с расходами на строительство АЭС.
4. Опасность использования АЭС для распространения ядерного оружия. Каждый реактор производит ежегодно плутоний в количестве, достаточном для создания нескольких атомных бомб. В отработавшем ядерном топливе (ОЯТ), которое регулярно выгружается из реакторов, содержится не только плутоний, но и целый набор опасных радиационных элементов. Поэтому МАГАТЭ старается держать под контролем весь цикл обращения с отработавшим ядерным топливом во всех странах, где работают АЭС.
Примитивную атомную бомбу можно сделать из отработавшего ядерного топлива любой АЭС. Если для создания бомбы необходимы сложное производство, специальное оборудование и подготовленные специалисты, то для создания так называемых грязных ядерных взрывных устройств – все намного проще, и здесь опасность очень велика. При использовании такой «самоделки» ядерного взрыва, конечно, не будет, но будет сильное радиоактивное заражение. Такие устройства террористы и экстремисты могут изготовить самостоятельно, приобретя на ядерном черном рынке необходимые расщепляющие материалы. Такой рынок, как это ни прискорбно, существует, и атомная промышленность является потенциальным поставщиком таких материалов.
Лекция 6.
9. «Экология гидротехнических электростанций».
Гидроэнергетика является важнейшей структурой в энергетической отрасли. Более 20% промышленно-производственных фондов сосредоточено на ГЭС. ГЭС выполняют различные функции в общей системе энергообеспечения.
ГЭС сокращают потребность в газомазутными топливе, использование которого в качестве сырья в других отраслях промышленности (химии, металлургии) дает значительно больший экономический эффект.
Значительным преимуществом гидроэнергетики является восстанавливаемость гидроэнергетических ресурсов. Среди положительных черт гидроэнергетики следует отметить и то, что она является одной из наиболее экологически чистых средств массового производства электроэнергии, ГЭС не выделяют вредных веществ в окружающую среду и не используют атмосферный кислород для производства электроэнергии.
Один из основных недостатков гидроэнергетики - это неравномерность естественного стока рек. Решение этой проблемы - создание водохранилищ, регулирующих сток. Но создание водохранилищ влечет за собой ряд негативных для окружающей среды последствий.
Водоемы влияют на природный режим рек, поскольку изменяют их гидрологический и температурный режим, затапливают большие территории, вызывают оползневые процессы, перестройку сельского хозяйства и природных экологических систем. Влияние водохранилища проявляется не только у самого водоема, но также выше и ниже по течению, в дельтовых участках, а иногда и в прибрежной морской зоне.
Строительство плотин и водохранилищ гидроэлектростанций создают такие серьезные проблемы:
1. Плотины препятствуют миграции рыб, движения транспорта, задерживают естественный сток и сток биогенов (азота и фосфора), меняют берега, снижают паводки.
2. Создание водохранилищ вызывает значительное перемещение населения, вырубку лесов, проведение компенсационных работ, безвозвратное изъятие стока для наполнения водоема.
3. Происходит изменение климата в прибрежной полосе (в засушливом климате наблюдается повышение влажности, пик дождливого периода сдвигается с осени на лето и т.д.).
4. Ухудшается качество воды вследствие уменьшения проточности, дефициту кислорода, увеличение азота и фосфора, появления сине-зеленых водорослей, повторного загрязнения.
В связи с этой проблемой при сооружении водохранилищ следует учитывать формирование и развитие высшей водной растительности. Как правило, при создании водохранилищ и повышении уровня воды наблюдается затопление значительных площадей, увеличение (особенно в первые годы создания) водоемов, выноса питательных веществ из почвы.
Эти обстоятельства вызывают образование застойных зон на некоторых площадях под поверхностью воды, способствующих чрезмерному развитию водорослей, особенно сине-зеленых - так называемом «цветению воды». Меняется вкус и цвет воды, поскольку в воду из водорослей попадает большое количество выделений и ухудшается кислородный режим, забиваются фильтры водозаборных сооружений.
Наблюдаются значительные биологические последствия - распространение инфекционных заболеваний, возбудителей болезней, особенно в странах с жарким климатом.
Флора и фауна испытывают значительное влияние, что приводит порой к полной перестройке.
Регулирование стока сопровождается снижением уровня грунтовых вод и опустошением пойменных земель; у деривационных сооружений наблюдается подтопление и заболачивание территорий, прилегающих к деривации.
Возникает нарушение устойчивости склонов: появление сдвигов, абразия берегов, иногда эти явления приобретают характер катастроф.
Наблюдается сейсмичность. Любое гидротехническое строительство связано, как правило, с вырубкой лесов, уничтожением растительного покрова, сбросом неочищенных сточных вод, остатков горючих и смазочных материалов; при применении гидромеханизации увеличивается помутнение водоемов, создается шум и другие препятствия.
Большие трудности при гидротехническом строительстве вызывает вопросы сохранения рыбных запасов.
Гидротехническое строительство на реках без создания специальных сооружений привело к резкому сокращению, а в некоторых местах до полной потери многих популяций проходных и полупроходные рыб (например, лососевых, сельдевых и др.) которую нашей стране, так и за рубежом, поскольку спуск мальков через турбины без рыбопропускных сооружений невозможен и ведет к значительному травматизму и гибели рыбы.
Поскольку искусственные водоемы расположены на земном шаре несимметрично, запасы воды в них «сдвинули» земную ось от Северного полюса в сторону западной части Канады. Таким образом, создание искусственных водоемов влечет достаточно большие по масштабам (глобальные) последствия, и еще не все из них мы имеем возможность оценить.
Гидроэнергетика на современном этапе не отвечает тем экологическим требованиям, предъявляемым к ней, поэтому ее дальнейшее развитие и совершенствование должно быть связано с разработкой новой концепции или (на крайний случай), пересмотру существующих принципов использования энергии воды.
Особым направлением гидроенергостроительства становится создание мини-ГЭС мощностью до З0 кВт на небольших водостоках. Сооружение таких мини-ГЭС позволит экономить топливо и получать электроэнергию без нанесения существенного ущерба окружающей среде, как при строительстве крупных ГЭС. Ранее небольшие, так называемые районные, колхозные гидроэлектростанции местного значения на небольших реках были основным источником энергообеспечения сел.
Горные и предгорные районы настолько богаты гидроресурсами, что при их разумном использовании могли бы полностью обеспечить электроэнергией не только себя, но и другие регионы.
10. «Экологические проблемы передачи энергии».
На сегодняшнее время при выполнении проектов линий электропередач сверх- и ультравысоких напряжений необходимо учитывать воздействия этих линий на биосферу, экономические и социальные системы районов, через которые запланирована прокладка электрических линий.
Экологические факторы передачи электроэнергии по наиболее основным характеристикам регламентируется директивными документами: уровень радиопомех и акустических шумов, максимальная напряженность электрических полей. Определение параметров электропередачи, ее особенностей конструкции на этапе проектирования должен ориентироваться на выполнение соответствующих нормативных требований.
Нужен тщательный анализ всей линии электропередачи, климатических условий на протяжении года и выбор методов, которые позволяют уменьшить объемы отторгаемых сельскохозяйственных ценных земель, воздействия на окружающий растительный и животный мир, вырубки лесных массивов, а также на расположенные недалеко от трассы населенные пункты.
Важным фактором экологического воздействия линии электропередачи, есть места ее пересечения с автомобильной и железной дорогами, что связано с безопасностью людей. Наличие конкретных условий на всей трассе электропередачи оказывают влияние на разные методы уменьшения ее экологического влияния — применение лесобиологической защиты, экранирующих тросов, компактных линий и т. д. Анализ указанных факторов, может оказать решающее значение по выбору предпочтительного варианта линии. Обладая знаниями особенностей воздействия на экологию кабельных линий и воздушных линий электропередач постоянного тока можно рассчитать альтернативные варианты проектирования электропередачи или некоторых ее участков в районе зон повышенной экологической опасности.
Состояние на сегодняшний день проблем экологических факторов передачи электроэнергии на значительные расстояния остаются в центре внимания науки, исследования которой может обоснованно давать ответы на многочисленные вопросы в данной области.
По этому важному и серьезному разделу электроэнергетики ведутся исследования в государствах с развитой структурой энергосистем, которые имеют целью увязать социальные и экологические проблемы современного общества.
Популярное:
