Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «горно-алтайский государственный университет» влияние отраслей промышленности на экологию окружающей среды
Скачать 1.93 Mb.
|
Гидравлическая система подземно-наземной атомной станции. Гидравлическая система двухконтурной подземно-наземной атомной станции показана на рисунке 2. С целью радиационной развязки используется промежуточный теплообменник. Именно его глубина размещения и определяет параметры пара на выходе. Вода поступает с поверхности самотеком, преобразуется в рабочее вещество и по вертикальному каналу выходит на поверхность для полезного использования. Использованная вода в замкнутом контуре водоснабжения вновь поступает самотеком в теплообменник. Однако может использоваться и разомкнутый контур водоснабжения. Тогда конденсат, представляющий собой пресную воду, используется на цели водоснабжения, например, на жилищно-коммунальные нужды, для орошения или на технические цели. А вода, как правило, минерализованная, поступает из внешних источников — моря или из подземных источников. Теплообменник в этом случае конструируется как опреснитель, а атомная станция становится источником пресной воды. В первом контуре может циркулировать вода или иной теплоноситель. Поддержание давления в этом контуре также осуществляется столбом жидкости через мультипликатор давления. В принципе, рабочее вещество в первом контуре может быть любым. Высота первого контура может составлять несколько десятков метров. Мы видим, что в гидравлической системе нет ни одного механического устройства, так что система обладает высшей степенью надежности. В ней просто нечему ломаться. Но на случай катастрофы имеется специальная труба аварийного тампонажа, через которую можно осуществить заливку аварийного ядерного реактора специальными смесями, в каковом состоянии ядерный реактор может находиться в течение сотен и может тысяч лет без опасности для окружающей среды. В любом случае, выброс радиоактивных веществ на поверхность исключается. Атомная станция теплоснабжения (АСТ). Наиболее простой вариант использования ядерной энергии есть использование ее для целей теплоснабжения в виде атомной станции теплоснабжения (АСТ). Для этих целей вполне достаточен пар давлением 10-20 атмосфер. Это соответствует глубине размещения порядка 100-200 метров, т.е. на так называемых “метростроевских” глубинах, работа на которых хорошо освоена. Сам реактор может размещаться в центре города, что резко сокращает теплосеть и уменьшает теплопотери. Для этой цели вполне могут использоваться ядерные реакторы атомных подводных лодок. С помощью такого реактора можно обогреть город с числом жителей 100-200 тысяч жителей. Реакторы хорошо разработаны и надежны, что показала авария на АПЛ “Курск”. Использование АСТ позволит решить проблему тепла в северных, сибирских и иных городах России кардинально, раз и навсегда. Для северных территорий России это сыграло бы просто неоценимую роль. Дешевое тепло позволило бы, фактически, решить проблему комфортной жизни на северах, создать, например, целые парки под крышей. А пока мы видим, как трудно решается проблема тепла на Севере. Потребность в таких установках можно оценить только для России в несколько сотен единиц. Должна быть принята государственная программа “Атомное тепло России” на двадцать лет с целью обеспечить все российские города, в первую очередь северные, атомным теплом. Для тех, кого пугает возможность размещения ядерного реактора под центром города, заметим, что в самой Москве, в самых густонаселенных районах работают ядерные реакторы (в ИАЭ им.Курчатова на Соколе, в МИФИ на Каширке и др.). Так почему мы должны бояться размещения ядерного реактора на глубине двести или тысячу метров под Москвой? Москва должна быть со временем переведена на атомное тепло. Возможно, потребуется построить около десятка МАСТ (Московских атомных станций теплоснабжения), размещаемых на глубинах ниже метро и связанных им друг с другом. Атомная станция электроснабжения (АСЭ). Для получения электроэнергии пар направляется на паровую турбину. Для экономичности АСЭ желательно иметь уже большие глубины размещения ядерного реактора, порядка 1-4 тысячи метров. Это уже шахтные глубины. На таких глубинах добывают уголь, алмазы и другие полезные ископаемые. Отметим, что в АСЭ условия для работы паровых турбин резко улучшаются. Дело в том, что в настоящее время в атомной энергетике используются менее эффективные турбины влажного пара. В вертикальном канале АСЭ будет происходить осушение пара за счет проскальзывания частичек воды, и на выходе будем иметь сухой, а при определенных конфигурационных воздействиях даже перегретый пар. Таким образом, экономичность подземно-наземной АСЭ может быть даже выше наземных АЭС. Для размещения АСЭ, по-видимому, можно будет использовать шахтные выработки с почти готовой подземной инфраструктурой. Атомная станция водоснабжения (АСВ). В подземно-наземной энергетике используются не сложные паровые котлы перегретого пара, а установки насыщенного пара (попросту, кипятильники), что позволяет легко использовать минерализованные воды во втором контуре, превращая установку в атомную станцию водоснабжения (АСВ). Для АСВ можно использовать совсем малые глубины — порядка десятков метров. Естественно, что должна осуществляться утилизация энергии пара, например, путем выработки электроэнергии на турбинах низкого давления. Причем для целей АСВ, чем ниже энергетическое КПД станции, тем лучше. Использование АСВ позволит решать проблемы орошения земель. Более того, в будущем именно использование атомного водоснабжения станет главным средством решения проблемы водоснабжения в засушливых странах, а для Средней Азии позволит решить проблему Аральского моря. Атомная станция нейтронов (АСН). АСН есть атомная станция, в которой главным продуктом являются нейтронные потоки. Это может быть исследовательская атомная станция, либо станция для использования нейтронных потоков (или вторичных излучений) с производственными целями. Ее схема остается той же самой, глубина расположения выбирается из условий безопасности. Преимущество подземного размещения ядерного реактора, кроме безопасности, состоит в том, что он строится прямо по месту и может иметь любую желаемую конфигурацию — прямоугольную, шарообразную, вертикальную цилиндрическую, плоскую, коническую, треугольную и любую иную в зависимости от требуемого нейтронного поля. Ведь проблема прочности решается совсем по-иному. Он одинаково доступен с трех сторон для вывода нейтронных потоков. Думается, что роль АСН будет в будущем возрастать, так как нейтронные (или иные радиационные) воздействия будут все больше использоваться в промышленности и науке. Сейчас использование нейтронных воздействий сдерживается их труднодоступностью. Ведь исследовательские реакторы зачастую маломощны и нацелены на научные исследования, а к крупным реакторам электростанций широкий допуск невозможен ввиду их высокой опасности и по соображениям антитеррористической защиты. А подземная нейтронная станция откроет широкий доступ к мощным нейтронным потокам всех потребителей, которые в них нуждаются. А для слабых радиационных воздействий можно использовать радиоактивные отходы атомных станций. Комплексные атомные станции. Естественно, что кроме специализированных возможны и комплексные установки — АСТЭ, АСВЭ, АСТВ и АСТВЭ. Можно их все комплексировать также с АСН. И здесь глубина размещения выбирается из компромисса требований. В комплексных установках возможно наиболее эффективное использование ядерной энергии, и даже низкий энергетический КПД таких установок становится вовсе не пороком, а в некоторых случаях даже достоинством. Достоинства ядерного топлива: 1.Высочайшая энергоемкость, превышающая энергоемкость химического топлива в тысячи раз. 2.Отсутствие потребности в атмосферном воздухе. Недостатки ядерного топлива: 1. Потенциальная возможность аварии с самыми катастрофическими последствиями глобального характера. 2. Опасные отходы, сохраняющие это свойство в течение сотен и тысяч лет. 3. Сложность ликвидации ядерного энергетического объекта. 4. Ядерная энергетика как источник распространения ядерного оружия. 5. Доступность для терроризма и шантажа с катастрофическими последствиями. Первое показал Чернобыль. Но он показал это отнюдь не в полной мере. Представим, что такая авария произошла в Европе. Кто бы пошел ее ликвидировать, кто из европейцев пошел бы на крышу сбрасывать осколки графита, кто из них полетел бы на вертолете сбрасывать песок в жерло реактора? Мы даже не представляем, как бы смогли европейцы справиться с этой аварией. Только мужество и самоотверженность советских людей, отдававших собственные жизни и здоровье, смогли укротить Чернобыль. Но если бы над АЭС был бетонный колпак, то наступил бы полный апокалипсис. Ведь тогда вообще было бы непонятно, как заглушить реактор. Реакция развивалась бы до момента, пока давление и температура не взорвали бы колпак изнутри, и что было бы дальше — даже трудно представить. Все уверения об абсолютной безопасности нынешней ядерной энергетики можно принять на веру. Но ведь существуют вещи невероятные. И если результатом этой “невероятности” может стать радиационное заражение континентов, гибель или заболевание десятков и сотен миллионов людей, то надо и ее учитывать и не принимать решения, где такая “невероятность” присутствует, как это сделали миллионы европейцев. Концепция безопасной ядерной энергетики. Представим себе, что из земли выходит конец трубы, из которой истекает пар. Этот пар можно направить либо на турбину, либо прямо подавать в дома для отопления. Сам пар — рабочее тело — создается на глубине под землей с помощью ядерного реактора. Другими словами, имеем искусственный гейзер, создаваемый с помощью атомной энергии. А использование рабочего тела происходит уже на поверхности земли. Таким образом, безопасная ядерная энергетика есть смешанная подземно-наземная энергетика. Создающий наибольшую опасность ядерный реактор — генератор рабочего тела — под землей, на безопасной глубине, устройства использования рабочего тела, не создающие опасности — на поверхности земли. С поверхности к ядерному реактору ведет только шахта лифта, которая находится постоянно под замком, так как в нормальном режиме под землей нет обслуживающего персонала. Опасность терроризма, а также военного нападения полностью исключается. Этим полностью используются достоинства ядерного топлива — отсутствие потребности в атмосферном воздухе и малая потребность в топливе. Ведь доставить на глубину раз в два-три года сборку ТВЭЛов совсем не то же, что доставлять туда ежедневно эшелоны с углем, если бы мы на его месте поместили угольную топку. Ядерный реактор чрезвычайно компактное устройство. И это также благоприятствует размещению его под землей. Но поместив ядерный реактор под землей, мы этим самым включили новый физический фактор — гравитацию. И новый принципиальный момент состоит в том, чтобы сделать этот фактор технологическим. Другими словами, размещать ядерный реактор не просто на безопасной, а на технологической глубине, определяемой требуемыми характеристиками пара. Вместо ненадежного механического насоса, являющегося источником движения рабочего вещества в реакторе, использовать абсолютно надежную гравитационную силу, отказ которой невозможен. Итак, две главные сущности безопасной ядерной энергетики: 1. Разделение устройств создания рабочего тела и его использования по глубине. 2. Размещение ядерного реактора на технологической глубине, обеспечивающей получение рабочего тела с требуемыми характеристиками. Экологические проблемы ядерной энергетики. Подземно-наземные атомные станции не дают загрязнения поверхности земли и атмосферы, не оказывают радиационного и теплового воздействия. Возможное радиационное загрязнение подземного пространства в любом случае гораздо менее опасно, чем загрязнение поверхности земли и может быть легко сведено до самого безвредного уровня. Именно подземно-наземная ядерная энергетика есть путь резкого улучшения экологии в России. Более того, она будет способствовать улучшению экологии и косвенным образом. Мы имеем в окрестности реактора большое трехмерное подземное пространство с дешевой энергией и хорошими коммуникациями и транспортной связью с поверхностью. И постепенно под землю, по соседству с атомной станцией будут перемещаться с поверхности земли различные вредные производства, что также будет способствовать улучшению экологии. Ядерная энергетика до недавнего времени рассматривалась как наиболее перспективная. Это связано как с относительно большими запасами ядерного топлива, так и со щадящим воздействием на среду. К преимуществам относится также возможность строительства АЭС, не привязываясь к месторождениям ресурсов, поскольку их транспортировка не требует существенных затрат в связи с малыми объемами. Достаточно отметить, что 0,5 кг ядерного топлива позволяет получать столько же энергии, сколько сжигание 1000 тонн каменного угля. До середины 80-х годов человечество в ядерной энергетике видело один из выходов из энергетического тупика. Только за 20 лет (с середины 60-х до середины 80-х годов) мировая доля энергетики, получаемой на АЭС, возросла практически с нулевых значений до 15-17%, а в ряде стран она стала превалирующей. Ни один другой вид энергетики не имел таких темпов роста. До недавнего времени основные экологические проблемы АЭС связывались с захоронением отработанного топлива, а также с ликвидацией самих АЭС после окончания допустимых сроков эксплуатации. Имеются данные, что стоимость таких работ составляет от 1/6 до 1/3 от стоимости самих АЭС. При нормальной работе АЭС выбросы радиоактивных элементов в среду крайне незначительны. В среднем они в 2-4 раза меньше, чем от ТЭС одинаковой мощности. К маю 1986г. 400 энергоблоков, работавших в мире и дававших более 17% электроэнергии, увеличили природный фон радиоактивности не более чем на 0,02%. До Чернобыльской катастрофы не только в мире, но и в России никакая отрасль производства не имела меньшего уровня производственного травматизма, чем АЭС. За 30 лет до трагедии при авариях, и то по нерадиационным причинам, погибло 17 человек. После 1986 г. главную экологическую опасность АЭС стали связывать с возможностью аварий. Хотя вероятность их на современных АЭС и невелика, но и она не исключается. К наиболее крупным авариям такого плана относится случившаяся на четвертом блоке Чернобыльской АЭС. По различным данным, суммарный выброс продуктов деления от содержащихся в реакторе составил от 3,5% (63 кг) до 28% (50 т). Для сравнения отметим, что бомба, сброшенная на Хиросиму, дала только 740 г радиоактивного вещества. В результате аварии на Чернобыльской АЭС радиоактивному загрязнению подверглась территория в радиусе более 2 тыс.км, охватившая более 20 государств. В пределах бывшего СССР пострадало 11 областей, где проживает 17 млн. человек. Общая площадь загрязненных территорий превышает 8 млн.га. В результате аварии погиб 31 человек и более 200 человек получили дозу радиации, приведшую к лучевой болезни. 115 тыс. человек было эвакуировано из наиболее опасной (30-километровой) зоны сразу после аварии. Число жертв и количество эвакуированных жителей увеличивается, расширяется зона загрязнения в результате перемещения радиоактивных веществ ветром, при пожарах, с транспортом и т. п. Последствия аварии будут сказываться на жизни еще нескольких поколений. После аварии на Чернобыльской АЭС отдельные страны приняли решение о полном запрете на строительство АЭС. В их числе Швеция, Италия, Бразилия, Мексика. Швеция, кроме того, объявила о намерении демонтировать все действующие реакторы (их 12), хотя они и давали около 45% всей электроэнергии страны. Резко замедлились темпы развития данного вида энергетики в других странах. Приняты меры по усилению защиты от аварий существующих, строящихся и планируемых к строительству АЭС. Вместе с тем человечество осознает, что без атомной энергетики на современном этапе развития не обойтись. Строительство и ввод в строй новых АЭС постепенно увеличивается. В настоящее время в мире действует более 500 атомных реакторов. Около 100 реакторов находится в стадии строительства. В процессе ядерных реакций выгорает лишь 0,5-1,5% ядерного топлива. Ядерный реактор мощностью 1000 МВт за год работы выделяет около 60 т радиоактивных отходов. Часть их подвергается переработке, а основная масса требует захоронения. Технология захоронения довольно сложна и дорогостояща. Отработанное топливо обычно перегружается в бассейны выдержки, где за несколько лет существенно снижается радиоактивность и тепловыделение. Захоронение обычно проводится на глубинах не менее 500-600 шурфах. Последние располагаются друг от друга на таком расстоянии, чтобы исключалась возможность атомных реакций. Неизбежный результат работы АЭС - тепловое загрязнение. На единицу получаемой энергии здесь оно в 2-2,5 раза больше, чем на ТЭС, где значительно больше тепла отводится в атмосферу. Выработка 1 млн. кВт электроэнергии на ТЭС дает 1,5 км³ подогретых вод, на АЭС такой же мощности объем подогретых вод достигает 3-3,5 км³. Следствием больших потерь тепла на АЭС является их более низкий коэффициент полезного действия по сравнению с ТЭС. На ТЭС он равен 35%, а на АЭС - только 30-31 %. В целом можно назвать следующие воздействия АЭС на среду: - разрушение экосистем и их элементов (почв, грунтов, водоносных структур и т. п.) в местах добычи руд (особенно при открытом способе); - изъятие земель под строительство самих АЭС. Особенно значительные территории отчуждаются под строительство сооружений для подачи, отвода и охлаждения подогретых вод. Для электростанции мощностью 1000 МВт требуется пруд-охладитель площадью около 800-900 га. Пруды могут заменяться гигантскими градирнями с диаметром у основания 100- 120 м и высотой, равной 40-этажному зданию; - изъятие значительных объемов вод из различных источников и сброс подогретых вод. Если эти воды попадают в реки и другие источники, в них наблюдается потеря кислорода, увеличивается вероятность цветения, возрастают явления теплового стресса у гидробионтов; - не исключено радиоактивное загрязнение атмосферы, почв и вод в процессе добычи и транспортировки сырья, а также при работе АЭС, складировании и переработке отходов, их захоронениях. |
Похожие:
 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «алтайский государственный... | | Дипломный проект защищен Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Алтайский государственный... |
| «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова»... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |  | Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное... Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет) |
| «московский государственный университет пищевой промышленности» Кафедра... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | Федеральное агентство по образованию государственное образовательное... Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ставропольская государственная медицинская академия»... |
| Федеральное агентство по образованию государственное образовательное... Утверждены: Ученым советом Федеральным государственным бюджетным образовательным учреждением высшего профессионального образования... | | Федеральное агентство по образованию государственное образовательное... Утверждены: Ученым советом Федеральным государственным бюджетным образовательным учреждением высшего профессионального образования... |
| Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное... М., Розенштейн М. М., Серпунин Г. Г., Авдеева Е. В., Шеховцев Л. Н., Уманский С. А. Калининград: Федеральное государственное бюджетное... | | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
| Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
| Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
| Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
