Способы решения проблем атомной энергетики

Проблемы современной энергетики: способы и пути решения

Скачать:

Вложение	Размер
sovremennaya_energetika.docx	20.68 КБ

Предварительный просмотр:

9 класс МБОУ СОШ №3

г. Усмани Липецкой области

Проблемы современной энергетики: способы и пути решения

В наше время требуется всё больше и больше электроэнергии. Существует несколько видов электростанций: тепловые (ТЭС), гидроэлектрические (ГЭС) и атомные (АЭС).

Тепловые электростанции
Тепловая энергия на ТЭС используется для нагрева воды и получения пара (на паротурбинных электростанциях) или для получения горячих газов (на газотурбинных).
Принцип работы несложен. Для получения тепла органическое топливо сжигают в камере сгорания в котлоагрегатах ТЭС с выделением большого количества тепла превращающее воду, циркулирующую в трубах в пар. В качестве топлива используется уголь, торф, природный газ, мазут, горючие сланцы.
На тепловых паротурбинных электростанциях (ТПЭС) получаемый в парогенераторе (котлоагрегате) пар приводит во вращение ротор паровой турбины , соединённый с валом электрического генератора. После прохождения через турбину пар конденсируется и снова трансформируется в воду, попадающую в паровой котел.
Паровые турбины ТЭС соединяют с электрогенераторами обычно непосредственно, без промежуточных передач, образуя турбоагрегат. Кроме того, как правило, турбоагрегат объединяют с парогенератором в единый энергоблок, из них затем компонуют мощные ТПЭС.

Гидроэлектрическая станция.
Принцип работы ГЭС достаточно прост. Гидротехнические сооружения ГЭС обеспечивают необходимый поток воды, поступающей на лопасти гидротурбины, которая приводит в генератор, вырабатывающий электроэнергию. Необходимый напор воды образуется плотиной (в случае с плотинным типом ГЭС) или деривацией — естественным стоком воды (деривационные ГЭС). В некоторых случаях для получения необходимого напора воды используют совместно и плотину, и деривацию.

Непосредственно в самом здании ГЭС располагается все энергетическое оборудование. В зависимости от назначения, оно имеет свое определенное деление. В машинном зале расположены гидрогенераторы, непосредственно преобразующие энергию воды в электрическую энергию. Также имеется электротехническое оборудование, которое включает в себя устройства управления и контроля над работой ГЭС, трансформаторная станция, распределительные устройства и многое другое.

Гидроэлектрические станции разделяются в зависимости от вырабатываемой мощности:

• мощные — вырабатывают от 30 МВт и выше;
• малые ГЭС — от 1 МВт до 30 МВт;
• мини ГЭС — от 100 кВт до 1 МВт;
• микро ГЭС — от 5 кВт до 100 кВт;
• пико ГЭС — до 5 кВт.

Мощность ГЭС зависит от напора и расхода воды, а также от КПД (коэффициента полезного действия) используемых турбин и генераторов. Из-за того, что по природным причинам расход воды постоянно меняется, в зависимости от сезона, а также еще по ряду других причин, в качестве выражения мощности гидроэлектрической станции принято брать цикличную мощность. К примеру, различают годичный, месячный, недельный или суточный циклы работы гидроэлектростанции.

В зависимости от расхода и напора воды, в гидроэлектростанциях применяются различные виды турбин. Для высоконапорных — ковшовые и радиально-осевые турбины с металлическими спиральными камерами. На средненапорных ГЭС устанавливаются поворотнолопастные и радиально-осевые турбины, на низконапорных — поворотнолопастные турбины в железобетонных или стальных камерах. Принцип работы всех видов турбин одинаков — вода, находящаяся под давлением (напор воды) поступает на лопасти турбины, которые начинают вращаться. Механическая энергия, таким образом, передается на генератор, который и вырабатывает электроэнергию. Турбины отличаются некоторыми техническими характеристиками, а также камерами — стальными или железобетонными, и рассчитаны на различный напор воды.

В состав ГЭС, в зависимости от их назначения, также могут входить дополнительные сооружения, такие как шлюзы, рыбопропускные, водозаборные сооружения, используемые для ирригации и многое другое.

Ценность ГЭС состоит в том, что для производства электрической энергии, они используют возобновляемые природные ресурсы. Ввиду того, что потребности в дополнительном топливе для ГЭС нет, конечная стоимость получаемой электроэнергии значительно ниже, чем при использовании других видов электростанций.

Каждая электростанция вносит огромный вред. Самой безопасной из них является атомная электростанция, если прибегнуть к некоторым способам решения её проблем.

Атомные электростанции
Атомная электростанция работает в определенных условиях и в строго заданных режимах. Кроме ядерного реактора (одного или нескольких), в структуру АЭС входят и прочие системы, специальные сооружения и высококвалифицированный персонал. В чем же заключается принцип работы АЭС? Кратко его можно описать следующим образом. Главный элемент любой АЭС — это ядерный реактор, в котором происходят все основные процессы. О том, что происходит в реакторе, мы писали в предыдущем разделе. Ядерное топливо (как правило, чаще всего это уран) в виде небольших черных таблеток подается в этот огромный котел.

Энергия, выделяемая во время реакций, происходящих в атомном реакторе, преобразуется в тепло и передается теплоносителю (как правило, это вода). Стоит отметить, что теплоноситель при этом процессе получает и некоторую дозу радиации. Далее тепло из теплоносителя передается обычной воде (посредством специальных устройств — теплообменников), которая в результате этого закипает. Водяной пар, который при этом образуется, вращает турбину. К последней подсоединен генератор, который и генерирует электрическую энергию. Таким образом, по принципу действия АЭС — это та же тепловая электростанция. Разница лишь в том, каким способом образуется пар.

Способы решения проблем ядерной энергии

Мировая атомная энергетика пережила три бедствия, настолько жуткие, что имена станций «Три-Майл-Айленд», «Чернобыль» и «Фукусима» стали синонимами промышленной катастрофы. Но эти аварии привели к изменениям в обучении обслуживающего персонала АЭС, пересмотру техники безопасности. Если раньше персонал учили первым делом искать причину возникновения аварийной ситуации, то теперь основное внимание уделяют быстрому реагированию на возникшую опасность. В результате таких изменений в обучении сотрудников в США после 1979 года не было ни одной аварии на АЭС.

После аварии в Чернобыле была создана Всемирная ассоциация операторов атомных электростанций, которая проинспектировала все 432 существующих на данный момент реактора. 2 Авария на «Фукусима-1» привела к отказу Японии и Германии от использования атомной энергетики в дальнейшем, а правительство Южной Кореи поручило создать надзорный орган с большими полномочиями с целью не допустить повторения событий в Японии. Конечно, было бы лучше не допускать подобных катастроф вовсе, но утешением может служить то, что с 1986 до 2010 года в мире не происходило аварий на АЭС.

Проблема с переработкой радиоактивных отходов также является решаемой. Для решения этой проблемы необходимы нужные технологии и верные политические решения. Загрязнение почвы и воды отходами от АЭС можно предотвратить, если захоронить их в правильном месте. Захоронение в стабильных гранитных слоях предотвращает проблему на десятки тысячелетий, а в сухотарных бочках на 1 век.

При захоронении отходов политика играет важную роль. Политические решения влияют на выбор места для захоронения отходов. Если при решении вопроса о захоронении не учитывать геологические условия, то деньги на строительство хранилища будут потрачены впустую. Но если при выборе места захоронения учитывать мнение организаций, борющихся за сохранение окружающей среды, то процесс выбора захоронения будет максимально прозрачным, а хранилище будет расположено в подходящих геологических условиях.

Уменьшение возникновения террористической угрозы можно добиться при соблюдении странами мировых договоренностей. Для примера можно вспомнить договоренность между США и ОАЭ, запрещающая строительство установок для обогащения урана взамен получения доступа к источнику ядерного топлива.

Многие организации, охраняющие окружающую среду, считают единственным способом решения проблем атомной энергетики полным от нее отказом, но на данный момент мировое сообщество не может отказаться от использования мирного атома. Пока что не существует источника энергии, который мог бы заменить атом и при этом производить столько же энергии, не загрязняя окружающую среду. Возобновляемые источники энергии вроде ветра и солнечной энергии требуют высокотехнологичных систем хранения энергии, которых на данный момент просто не существует. Электростанции, использующие солнечную и ветряную энергию, требуют особых климатических условий, и поэтому использование такой энергии сильно ограниченно.

Из всего вышесказанного стоит сделать вывод, что атомная энергетика обладает как преимуществами, так недостатками. Стоит помнить, что не существует идеального источника энергии, и в наших интересах продолжать развитие энергетики. Если придерживаться вышеизложенных способов, то можно добиться нужного результата.

Источник

Последствия эксплуатации АЭС для окружающей среды

Современный мир невозможно представить без атомных электростанций. Их насчитывается более 500 в разных странах. При этом острые экологические проблемы ядерной энергетики продолжают волновать ученых на протяжении многих лет.

Влияние атомных электростанций на окружающую среду

В прошлом веке, когда человечество только начинало использовать в своих целях атомную энергию, оно не подозревало, насколько вредным может быть это производство. Считалось, что при работе АЭС не страдает экология и не происходит вредных выбросов в виде золы и шлаков в воздушное пространство.

Постепенно способы получения ядерной энергии подробно изучили. И выяснилось, что атомные электростанции могут не только сильно ухудшать экологическую ситуацию в мире, но и приводить к тяжелым техногенным катастрофам.

Авария на АЭС в Чернобыле произошла более 30 лет назад. Но последствия этого трагического события ощущаются до сих пор.

Ученые доказали, что работа атомных станций негативно влияет не только на состояние окружающей среды. Она отражается на здоровье человечества, которое является неотъемлемой частью биосферы Земли.

Основные экологические проблемы ядерной энергетики

Благодаря комплексному анализу всех факторов, негативно влияющих на состояние окружающей среды, ученые выявили 2 главные проблемы ядерной энергетики:

• неправильное обращение с производственными отходами;
• последствия техногенных аварий, при которых происходит активный выброс радиоактивных веществ.

Отходы производства

Несмотря на многолетние исследования, безопасный способ захоронения отработанного ядерного топлива так и не найден. Самый приемлемый вариант обращения с ним – длительное хранение.

Проблемой надежной утилизации отработанного ядерного топлива занимаются все государства, которые эксплуатируют ядерные объекты энергетики. В их число входит и Российская Федерация. Объемы отходов атомных электростанций постоянно увеличиваются и представляют потенциальную угрозу для экологической безопасности всего мира.

Даже правильно захороненные отходы продолжают создавать небольшой радиационный фон, который вреден как для биосферы, так и для людей. Такие полигоны могут загрязнять среду вокруг себя сотни лет.

Выбросы в атмосферу вследствие аварий

Большинство ученых, занимающихся ядерной энергетикой, считают, что вероятность техногенных катастроф на современных атомных станциях незначительна. Однако исключать ее нельзя.

Россия до сих пор испытывает сложности из-за аварии на Чернобыльской АС.

Подсчитано, что общий выброс продуктов деления от тех, что содержались на тот момент в реакторе, составил от 3,5% (63 кг) до 28% (50 т). Если сравнивать с атомной бомбой, которая была сброшена на Хиросиму, то она дала только 740 г радиоактивного вещества.

В результате взрыва радиус радиоактивного заражения составил 2000 км. Это территория более 20 сопредельных с нашей страной государств. В СССР тогда пострадало 11 областей, где проживало около 17 млн человек. Общая площадь загрязненных территорий превышает 8 млн га.

При аварии погиб 31 человек и более 200 получили такую дозу радиации, которая впоследствии вызвала у них лучевую болезнь. С течением времени число жертв продолжает увеличиваться.

Зона загрязнения также расширяется (радиоактивные вещества перемещаются при сильном ветре, пожарах, вместе с транспортом). Ученые считают, что последствия будут ощущать еще несколько поколений.

Последствия эксплуатации АЭС

Несмотря на то что сама атомная энергия экологически чистая и без нее невозможно представить мировую энергетическую систему, нельзя сбрасывать со счетов то, что при функционировании АЭС создаются радиоактивные отходы.

Ядерный реактор мощностью 1000 МВт за 1 год работы может выделять 60 т отходов, требующих захоронения. Эта процедура сложная и дорогостоящая.

Можно указать несколько общих последствий функционирования АЭС:

• в тех местах, где добывается руда, происходит разрушение экологической системы;
• для постройки станций и их инфраструктуры изымаются тысячи гектаров площадей страны;
• при работе АЭС используется большое количество природных вод;
• происходит радиоактивное загрязнение атмосферы и почвы.

Способы улучшения ситуации

Для решения проблем ядерной энергетики ученые предлагают следующие способы:

1. Постоянно модернизировать и улучшать качество оборудования, которое применяется при работе атомных электростанций. При этом необходимо использовать все новейшие исследования и разработки.
2. Непосредственно на производстве ядерной энергии дублировать самые уязвимые системы, которые при поломке могут привести к техногенной катастрофе.
3. Предъявлять высокие требования к обслуживающему АЭС персоналу, постоянно повышать уровень квалификации специалистов.
4. Правильно организовывать и всегда контролировать защиту окружающей среды от вредных излучений.
5. Искать новые способы переработки ядерных отходов, чтобы они не создавали загрязнение воздуха и почвы, опасное для биосферы.

Ученые считают, что решение о захоронении ядерных отходов на Севере может снизить нагрузку на области, густо заселенные людьми. В условиях вечной мерзлоты радиоактивные элементы не будут причинять вреда человечеству.

Общие положения в области радиационной защиты окружающей среды

Доказано, что человек наиболее уязвим к радиоактивному излучению из всех живых организмов. Поэтому радиационная защита должна быть направлена прежде всего на охрану здоровья людей.

Если она соответствует установленным стандартам, то защищенной от вредного излучения считается и окружающая среда. Этот принцип является антропоцентрическим.

Но в XXI в. становятся популярны экоцентрические взгляды. Они формулируются следующим образом: человек может быть здоров только в здоровой окружающей среде. Основоположники этого принципа считают, что защита природы не менее важна, чем охрана здоровья человечества.

Источник