Атомная электростанция

АЭС - принцип работы, типы, проблемы безопасности

Атомная электростанция (АЭС) производит электрическую энергию, добывая ее из атомов радиоактивных веществ. «Сердцем» любой АЭС является ядерный реактор, работающий на ядерном топливе. В недрах реактора протекает управляемая цепная ядерная реакция, которая сопровождается выделением большого количества энергии (тепла), которое затем преобразовывается в электрическую энергию.

Первая АЭС

Атомные электростанции, как и многое в нашем мире, появились, как «побочный продукт» процесса гонки вооружений. Изначально человек придумал ядерное оружие необычайно высокой мощности. В основе атомной бомбы лежит неуправляемая цепная ядерная реакция.

Поняв, какая колоссальная энергия заключена в атомных ядрах, умные головы подумали, а почему бы не направить энергию атома не во вред, но на пользу человечеству? Сказано – сделано. В 40-х годах минувшего столетия начались первые работы по созданию управляемой ядерной реакции.

В СССР первые работы по использованию «мирного атома» начались в 1948 году. Их инициатором был И. В. Курчатов, под руководством которого была создана советская атомная бомба, прошедшая успешные испытания 29 августа 1949 года.

Строительство первой российской АЭС было начато в мае 1950 года. Атомную электростанцию было решено построить недалеко от Москвы – в городе Обнинске (Калужской области).

Параллельно аналогичные работы велись в США. В городе Арко (штат Айдахо) в 1950 году был построен реактор EBR-I[en], который дал первое электричество 20.12.51. Мощность, полученная в ходе первого эксперимента по получению ядерной энергии, была всего 800 Вт. После успешного проведения испытательных работ, американцы повысили мощность своего реактора, что позволило обеспечить необходимым количеством энергии станцию, на которой располагался реактор.

АЭС в Обнинске была запущена в эксплуатацию 27.06.54. Хоть электростанция и не производила электроэнергию в промышленных масштабах (ее мощность была всего 5 МВт), но она стала первой в мире АЭС, которая была подключена к общей электросети, и давала электроэнергию в общую энергетическую систему страны.

Поскольку первый «блин» не получился «комом», началось строительство других АЭС, более мощных:

• 1958 год – Сибирская АЭС (1 очередь мощностью 100 МВт)
• 1964 год – Белоярская АЭС (1 блок)
• 1964 год – Нововоронежская АЭС (1 блок мощностью 210 МВт)
• 1969 год – Нововоронежская АЭС (2 блок – 365 МВт)
• 1973 год – Ленинградская АЭС (1 блок)

 Первые промышленные АЭС за рубежом: 

• 1956 год – Великобритания (Колдре-Холл, 46 МВт)
• 1957 год – США (Шиппингпорт, 60 Мвт)
• 1959 год – Франция
• 1961 год – Германия
• 1962 год – Канада
• 1964 год – Швеция
• 1966 год – Япония. 

Крупнейшие мировые АЭС:

1. АЭС Касивадзаки-Карива (Япония) — 8212 МВт
2. АЭС Брюс (Канада) — 6232 МВт
3. Запорожская АЭС (Украина) — 6000 МВт
4. АЭС Хануль (Южная Корея) — 5900 МВт
5. АЭС Гравелин (Франция) — 5460 МВт
6. АЭС Палюэль (Франция) — 5320 МВт
7. АЭС Охи (Япония) — 4494 МВт
8. АЭС Palo Verde (США) — 4174 МВт
9. Балаковская АЭС (Россия) — 4000 МВт
10. АЭС Хамаока (Япония) — 3617 МВт 

Принцип работы АЭС

Как уже было сказано выше, на АЭС в ядерном реакторе происходит управляемая ядерная реакция, которая сопровождается выделением большого количества энергии (тепла). Данная энергия преобразовывается в электрическую и поставляется потребителям.

Таким образом, ядерная энергия, заключенная в атомах радиоактивных элементов (ядерное топливо),  переходит в тепловую, затем полученная тепловая энергия преобразовывается в механическую, и на последнем этапе механическая энергия преобразовывается в электрическую.

Загруженные в активную зону реактора тепловыделяющие сборки (ТВС), содержащие ядерное топливо, выделяют определенное количество тепла, которое регулируется персоналом АЭС. В активную зону реактора подается вода под высоким давлением, которая выполняет две функции: охлаждает ТВС, забирая от них тепло, а затем в парогенераторе отдает это тепло воде второго контура.

Поскольку вода через активную зону реактора прокачивается под очень высоким давлением (160 атмосфер), она разогревается до температуры 330°C, но при этом не закипает. В парогенераторе перегратая вода первого контура нагревает воду, которая находится под меньшим давлением, поэтому, при нагреве она закипает, образуя пар, который направляется на тепловую турбину, вращающую  электрогенератор, который и вырабатывает электроэнергию, поступающую в энергосеть. 

Типы АЭС 

Атомные электростанции классифицируются по виду ядерных реакторов, которые на них установлены.

Наименьшим КПД (29%) обладают тяжеловодные ядерные реакторы PHWR. Такой вид реакторов используется в Канаде и Индии. Данные реакторы используют в качестве теплоносителя воду с формулой D₂O, которая также выполняет роль и замедлителя нейтронов.

Чуть больший КПД (33%) имеет водо-водяной энергетический реактор ВВЭР, который эксплуатируется только на постсоветском пространстве.

Максимальным КПД (40%) обладают графитоводные реакторы GCR, AGR. В таких реакторах роль замедлителя нейтронов выполняет графит.

Классификация реакторов по принципу действия: 

• PWR – вода, находящаяся под высоким давлением, замедляет реакции и подает тепло.
• BWR – и пар, и вода находятся в активной зоне реактора, такие реакторы не имеют водяного контура.
• РБМК – реактор большой мощности канальный (именно такой взорвался на ЧАЭС).
• БН – реактор, работающий на быстрых нейтронах. 

Проблема безопасности на АЭС 

Атомные электростанции являются очень экологически чистыми, если сравнивать их с классическими ТЭЦ, работающими на углеводородах. Однако, и в этой «бочке меда» не обошлось без «ложки дёгтя». Речь идёт о потенциальных авариях, в результате которых происходит масштабное радиоактивное заражение больших территорий. Первый такой горький опыт эксплуатации АЭС человечество получило в 1986 году в Чернобыле. Второй – в 2011 году на японской «Фукусима – 1».

Пусть причины аварий были разными, но, последствия оказались катастрофическими. Эти ЧП заставили ученых, политиков и общественность взглянуть другими глазами на проблему безопасности атомной энергетики. Многие страны решили отказаться от эксплуатации АЭС, отдав предпочтение другим видам альтернативной энергетики (гелиоэнергетика, энергия ветра).