Как видятся сейчас основные этапы качественного технологического развития российской атомной энергетики и ЯТЦ?
плутония. Он станет основой для промышленной отработки бридерного ЯТЦ с замыканием по плутонию, позволяющего в сотни раз расширить топливную базу атомной энергетики. Это потребует существенной модернизации мощностей радиохимической переработки ОЯТ и технологии производства топлива. Далее, в 2012 г. планируется ввод в опытную эксплуатацию референтного блока плавучей атомной теплоэлектростации (ПА-ТЭС) с серийным двухконтурным водо-во-дяным реактором КЛТ-40 с установленной электрической мощностью 70 МВт, успешно используемым на отечественных атомных ледоколах. ПАТЭС остро востребованы для промышленного освоения севера нашей страны (особенно с учетом предстоящей острой борь- бы за арктический шельф) и, кроме того, имеют значительный экспортный потенциал. Наконец, с середины 20-х годов ожидается интенсивное развитие еще одной реакторной технологии - ЯТЦ на основе высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов (ВТГР). Такие реакторы, со специальными шаровыми топливными композициями на основе графита, позволяют достичь очень высокой температуры гелиевого теплоносителя - около 1000°С. Для сравнения: штатная температура водяного теплоносителя на выходе первого контура реактора ВВЭР-1000 составляет 324°С. Поэтому технология ВТГР позволит добиться прорыва в практической реализации важнейшего направления энергетики будущего - атом-но-водородной энергетики. Проект плавучей АЭС
110 Сто вопросов и ответов об атомной энергетике Сто вопросов и ответов об атомной энергетике Ч..
Вопрос Тяжелая вода (D20, окись дейтерия) - вода, в молекуле которой два атома обыкновенного водорода замещены атомами дейтерия. Ввиду значительной разницы молекулярных весов обычной (Н20) и тяжелой воды (18,02 и 20,03, соответственно) их физические, химические и биохимические свойства заметно различаются. Так, их плотности составляют (при 25°С) 0,997 и 1,104 г/смЗ, температура плавления - 0 и 3,8°С, кипения -100 и 101,43°С, соответственно. Исключительная роль тяжелой воды в ядерных технологиях обусловлена тем, что она является наилучшим из всех известных замедлителей. Ее коэффициент замедления (некоторый обобщенный показатель, учитывающий как характерные размеры замедляющего объема, так и потерю нейтронов в замедлителе; чем он больше, тем выше качество замедлителя) равен 5700, в то время как для легкой воды - 61, графита - 205. Уникальные замедляющие свойства тяжелой воды открывают возможность создания \ ядерных реакторов с топливом на основе природного урана (без обогащения по урану-235, как у легководных реакторов). Такие реакторы используются в атомной энергетике ряда стран (Канада, Индия, Аргентина, Республика Корея и др.). Вклад реакторов на тяжелой воде в мировую ядерную генерацию составляет (по мощности) около 5%. Наиболее распространенными типом энергетического тяжеловодного реактора является канадский CANDU - двухконтурный канальный реактор с горизонтальным расположением ТВС в баке с тяжелой водой (каландре). Она в CANDU - и замедлитель, и теплоноситель первого контура, поэтому ее общее количество в таком реакторе весьма значительно (сотни тонн). Важным экономическим преимуществом ЯТЦ, основанного на таких реакторах, является отсутствие необходимости изотопного обогащения топлива по урану-235, что необходимо для ядерной энергетики с легководными реак- торами. Следует также учитывать возможность работы CANDU в режиме перегрузки топлива «на ходу», чем достигается весьма высокий коэффициент установленной мощности. Однако экономические показатели такого ЯТЦ серьезно ухудшает высокая энергоемкость произ- Основным принципом развития мировой энергетики, несомненно, является постепенное замещение угля, газа и нефти ядерной энергетикой и т. наз. возобновляемыми источниками (доля которых в мировом топливно-энергетическом балансе, впрочем, в самых оптимистических прогнозах не превысит 10%). Однако, если замещение угля и газа в их «энергетических нишах» (производство электричества и бытового тепла) ядерной энергией технически вполне реализуемо уже в настоящее время, то вопрос с нефтью (а ее доля в мировом водства тяжелой воды и ее значительная стоимость (600-700 долл. США/литр) Кроме того, недостатками CANDU являются более низкий,' в сравнении с легководными реакторами, КПД (не выше 30%) и необходимость частой перегрузки топлива. %р^ вопр* топливно-энергетическом балансе составляет около 40%) обстоит существенно сложнее. Дело в том, что на современных ТЭС и ТЭЦ нефть почти не используется (за исключением тяжелой фракции ее перегонки - мазута). Ее «энергетическая ниша» - топливо для транспорта (бензин, керосин, солярка). И вот здесь «ядерное замещение» напрямую практически невозможно - кроме, в заведомо незначительных объемах, морского транспорта и перевода на электротягу железных дорог. Огромные потребности авто- и авиатранспорта «зависают».
Сто вопросов и ответов об атомной энергетике 'y&/S Сто вопросов и ответов об атомной энергетике у*** ^
В то же время именно в этой «энергетической нише» существует прекрасное топливо -молекулярный водород. Его удельная (на единицу массы) теплотворная способность почти втрое больше, чем у бензина, практическая возможность использования в двигателях внутреннего сгорания подтверждена уже сейчас, а «экологическая чистота» почти абсолютна -продуктом сгорания является обыкновенная вода. Трудность только одна, но очень существенная - его нет в природе в свободной (химически несвязанной) форме, хотя в виде соединений с кислородом (вода) и с углеродом (метан, основа природного газа) очень много. Поэтому главная задача водородной энергетики - получение промышленных количеств водорода в свободной форме. Такая технология хорошо известна - по совокупности технологических и экономических обстоятельств это т. наз. паровая конверсия метана. Однако ее реализация требует значительного количества высокотемпературного (1000°С) тепла. Вот здесь и сказываются эксплуатаци- онные возможности ВТГР, способные это обеспечить. Становится понятной примерная структура топливно-энергетического комплекса обозримого будущего. Угольная компонента, вероятно, будет сохранена, но в формах, резко уменьшающих ее промышленные и экологические риски (например, подземная газификация). Использование газа как топлива для производства электричества и бытового тепла будет сокращаться, постепенно замещаясь ядерной генерацией и теплоснабжением, а некоторое количество ВТГР будут использованы для наработки водорода из замещаемого газа. При этом ВТГР, благодаря своей многофункциональности, могут избежать неблагоприятного «маневренного режима» - ночью, когда суточный график нагрузок близок к базовой части, они полностью работают на производство водорода (базовую часть суточного графика обеспечивают «традиционные» реакторы). Днем же они, не изменяя мощности, принимают участие в покрытии пиков суточного графика электрических нагрузок. Термоядерный синтез - ядерная реакция, процесс взаимодействия (слияния) легких ядер с образованием более тяжелого ядра и выделением огромного количества энергии. Именно термоядерный синтез лежит в основе энергетики звезд, в том числе и нашего Солнца. Поэтому ему в этом смысле мы обязаны жинью. После «успешной реализации» неуправляемого термоядерного синтеза при испытаниях термоядерных бомб встал вопрос о его управляемом режиме. Понятно, почему: термоядерная энергетика, хотя бы в рассматриваемых к настоящему времени технических подходах, вполне способна обеспечить всему человечеству энергетическое изобилие. Это обусловлено крайне высокой энергоемкостью синтезно-го топлива при практически неограниченном (в случае реализации DD-цикла) ресурсном обеспечении. Ведь дейтерий есть в обычной воде, пусть и в малом количестве (0,015% по числу ядер от всего водорода). А потенциал его громаден - расчетное количество энергии, запасенное лишь в 1 л воды, эквивалентно, при полном протекании термоядерных реакций DD-цикла, сжиганию примерно 400 л нефти или около 600 кг высококачественного угля. Годы исследований, предпринятых во всем мире, позволили выйти на наиболее, вероятно, перспективную концепцию термоядерного реактора - токамак. Этот термин был введен советскими физиками И.Е. Таммом и А.Д. Сахаровым в 50-е годы XX века как сокращение названия «тороидальная камера с магнитными катушками». Первый токамак был разработан под руководством академика Л. А. Арцимови-ча в Институте атомной энергии им. И.В. Курчатова в Москве и продемонстрирован в 1968 г. В настоящее время в мире действует несколько подобных установок на принципе токамака, несравненно более мощных. Сто вопросов и ответов об атомной энергетике Сто вопросов и ответов об атомной энергетике Со временем, однако, стало понятно, что физические, технические и инженерные трудности, возникающие при создании термоядерного реактора, существенно превышают индивидуальные возможности любой из стран мира. Это обусловило объединение в 1985 г. ряда стран, в том числе и России, своих усилия в рамках международного проекта ИТЭР - создания опытного термоядерного реактора. Проект предусматривает сооружение такого реактора на принципе токамака в исследовательском центре Кадараш (Франция). Предполагается, что этот реактор будет запущен к 2015 г. Результаты, полученные на этой установке, будут использованы для обоснования и проектирования прототипа коммерческого термоядерного реактора ДЕМО. Предполагается, что эта работа будет закончена к 2040 - 2050 г.
•5- - Из этого однозначно следует: сейчас термоядерная энергетика, к сожалению, практической реальностью пока не является, и главный вопрос заключается в том, когда это все же произойдет. А главной проблемой - что требуемое для этого время, по всей видимости, сравнимо со сроком исчерпания ресурсных запасов «традиционной» огневой энергетики. Поэтому наиболее разумной стратегией в отношении термоядерной энергетики представляется подход «надеясь на лучшее, готовиться к худшему». Иными словами, ни в коем случае не прекращая термоядерных исследований (напротив, всемерно развивая их), иметь наготове энергетический сценарий и на какой-то иной физико-технической основе, позволяющей постепенно заместить нефть, газ и уголь. Мы уже знаем, что атомная энергетика на основе ядерных реакторов деления вполне на это способна. ■^4& . ^ ©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|