Екологічні проблеми функціонування атомних електростанцій

Вступ

За півстоліття свого розвитку ядерна енергетика пройшла складний і суперечливий шлях: від грандіозних планів розбудови мережі АЕС до потрясіння Чорнобилем і згортання атомних програм в Україні і деяких країнах Заходу.

Постчорнобильські реалії спонукали світову громадськість до глибшого осмислення проблем безпечного функціонування АЕС. Адже використання сучасних ядерних технологій потребує не тільки фахівців з високим рівнем кваліфікації і відповідальності, а й відповідного рівня культури, освіченості й екологічної свідомості суспільства.

Атомна енергетика вже сьогодні відіграє визначальну роль у виробництві електроенергії в Україні. Частка АЕС у вітчизняній електроенергетиці становить 22,7% за встановленою загальною потужністю і 48% — за обсягами енерговиробництва. В 2004 р. атомними станціями країни було вироблено 87 млрд кВт⋅год електроенергії, що на 5,6 млрд кВт⋅год (або на 6,4%) більше, ніж у 2003 р. Коефіцієнт використання встановленої потужності АЕС у 2005 р. становив 75% (у 2004 р. — 81,4%). Ця галузь, безперечно, може стати основою енергетичної незалежності нашої держави, оскільки Україна посідає шосте місце у світі за розвіданими запасами урану. Як енергоносій уран здатний забезпечити енергетичні потреби нашої держави на багато сотень років навіть за сучасного стану ядерних водяних реакторів. Перехід на новий тип реакторів, у яких використовується не тільки уран-235, а й уран-238, на тисячоліття забезпечить Україні енергонезалежність.

Майбутнє вітчизняної атомної енергетики слід розглядати у контексті розвитку цієї галузі в світі і необхідності створення ядерних технологій ХХІ століття.

1. Основні компоненти АЕС з точки зору екологічно-безпечної експлуатації

При експлуатації атомних електростанцій (АЕС) будь-яких типів багато уваги приділяють проблемам безпеки їхньої роботи і виключенню радіоактивного впливу на навколишнє середовище. Відомо, що АЕС являють собою джерела радіоактивних відходів — рідких, твердих і газоподібних.

Принципова схема АЕС складається з таких елементів: реактор, активна зона реактора, приводи стрижнів керування, головний циркуляційний насос, парогенератор, турбіна, конденсатор, генератор, трансформатор, відпуск електричної енергії споживачу, градирня, ставок-охолоджувач, насос.

Головне в забезпеченні безпеки роботи АЕС — це створення умов, що перешкоджають виходу продуктів розпаду при ядерній ланцюговій реакції. Для цього все паливо на АЕС завантажується в реактор у тепловиділяючих елементах — герметично заварених чохлах з нержавіючої сталі. У цих чохлах-збірках залишається основна частина продуктів розпаду урану, що утворюються під час роботи реактора. Коли тепловиділяючий елемент (ТВЕЛ) відпрацював свій термін, його виймають з реактора і відправляють на спеціальне підприємство для переробки і витягу коштовних елементів. Ніякого істотного витоку радіоактивних речовин не відбувається. У цьому й полягає одна з істотних переваг ядерних електростанцій перед іншими видами електростанцій, викиди та відходи яких у вигляді золи, шлаків і газів у багатьох випадках потрапляють в навколишнє середовище без належного очищення.

На АЕС передбачені фізичні бар’єри безпеки, що попереджають можливий викид радіоактивних речовин — продуктів розподілу урану, а саме «паливна таблетка», затримує в собі рух практично всіх осколків розпаду.

(Радіоактивність під оболонкою тепловиділяючих елементів у 10 000 разів менша радіоактивності в паливній таблетці.); стінки-оболонки тепловиділяючого елемента — ТВЕЛ виконані з цирконієвого сплаву, усередині якого розміщене ядерне паливо, що перешкоджає виходу радіоактивних осколків ядерного розпаду з паливних таблеток у теплоносію 1-го контуру (радіоактивність теплоносія 1-го контуру в 1000 разів менша радіоактивності під оболонкою ТВЕЛ); конструкція реакторної установки, корпус реактора, трубопроводи, парогенератори, насоси, фільтри першого контуру, а також компенсатори тиску і ємності системи аварійного охолодження реактора, виконані з легованої сталі; герметична залізобетонна попередньо напружена оболонка енергоблоку реакторного відділення, що вкриває реактор і устаткування, що прилягає до нього, здатна локалізувати радіоактивні речовини при виникненні максимальної проектної аварії. Товщина залізобетонної стінки оболонки — 1,2 м. Із внутрішнього боку оболонка має герметичне металеве облицювання товщиною 6 мм.

Для надійності безпечної експлуатації АЕС застосовується принцип резервування систем, тобто при виході однієї системи з ладу з будь-якої причини відразу буде включена резервна система. Свіже паливо доставляється в контейнерах, що транспортуються в спеціальних вагонах чи спеціальних платформах, закритих ковпаком. Привезене паливо потрапляє на вузол свіжого палива, призначений для збереження й обов’язкової перевірки тепловиділяючих зборок (ТВЗ) перед відправленням їх у реакторне відділення.

На АЕС виключене скидання стічних вод, забруднених радіоактивними речовинами. Ці води проходять очищення в спеціальних очисних спорудах, після чого вода спрямовується для повторного використання на блоки.

Поводження з радіоактивними відходами і відпрацьованим паливом на АЕС.

Радіоактивні відходи, що утворюються при експлуатації АЕС, за змістом в них радіонуклідів підрозділяють на низькоактивні й високоактивні. Низькоактивні — це вода газоочисних систем, спеціалізованої пральні, дезактиваційні розчини; забруднений одяг, інструменти та ін. Високоактивні — продукти поділу урану, що накопичуються у відпрацьованому паливі і містяться в ньому.

Відпрацьоване паливо після вивантаження з реактора протягом років зберігається в басейні витримки, що служить для зниження залишкової радіоактивності й охолодження. Потім його відправляють на переробку чи поховання.

Транспортування відпрацьованого палива здійснюється в складі окремого вантажного потяга з вагоном прикриття і вагоном супроводу на спеціально оснащених платформах у контейнерах, виконаних з нержавіючої сталі із системою автономного захисту.

Хоча ядерна енергія з погляду обсягів споживаного палива, викидів і відходів, що утворяться , має явні переваги в порівнянні з теперішніми системами, що використовують копальневі види палива, подальші заходи для зм’якшення відповідних екологічних проблем можуть зробити значний вплив на відношення громадськості.

2. Вплив атомних електростанцій (АЕС) на навколишнє середовище

У нас є чотири діючі атомні станції і Чорнобильська АЕС, яка виводиться з експлуатації. На цих чотирьох атомних станціях працює 13 ядерних блоків. Науково-технічні центри підтримки атомної енергетики розташовані в Києві, Харкові, Дніпропетровську, Жовтих Водах. Найбільші — у Києві і Харкові. Йдеться передусім про інститути електрозварювання ім. Є. О. Патона, проблем міцності, ядерних досліджень та інші. Існує Науково-дослідний інститут будівельних конструкцій Академії будівництва, який займається проблемами атомної енергетики. У Києві розташована також велика геологорозвідувальна організація «Київгеологія», у Харкові — знаменитий Фізико-технічний інститут, а також «Хартрон», який нині займається проблемами комп’ютеризації систем керування захистом атомних електростанцій.

Наша країна має великі запаси урану. Навіть якщо у нас працюватиме не 13 атомних блоків, як зараз, а 25, то цих запасів вистачить більш як на 100 років. За статистикою МАГАТЕ, Україна посідає сьоме місце у світі щодо розвіданих запасів урану. Ми маємо також багатющі запаси цирконію — другої за значенням сировини атомної енергетики. Ці родовища — і урану, і цирконію — розташовані переважно у Дніпропетровській області.

Результати роботи атомної енергетики за останні вісім років, включаючи минулий, такі: щороку атомні станції виробляли 75 млрд. кВт•год. електроенергії, тобто приблизно 40 % всієї електроенергії країни, хоча їхня потужність становить усього 23 %. Коефіцієнт використання встановленої потужності атомних станцій перевищує 60 %. Нагадаю, що цей показник для теплових станцій у два рази нижчий — 32,5 %. Тож, здавалося б, коефіцієнт, який маємо для АЕС, повинен нас задовольняти. Але, на жаль, це не зовсім так, бо світовий рівень значно вищий і становить 85—90 %.

Наведу дані за останні місяці цього року. У лютому атомні електростанції виробили приблизно 8 млрд. кВт•год. електроенергії, або 46 % від загальної її кількості. Планове завдання виконане на 104 %, а коефіцієнт використання встановленої потужності був особливо великим — 90 %. У березні план виконали на 107 %, коефіцієнт використання встановленої потужності — 86 %.

На період до 2012 р. планується стійке зростання виробництва електроенергії на атомних станціях і вихід на показник 100 млрд. кВт•год. на рік. Це дуже істотне зростання. Отже, атомна енергетика відіграє в Україні важливу роль щодо виробництва електроенергії на її базі. Наша країна посідає третє місце у світі (після Литви і Франції) щодо виробництва електроенергії на душу населення. Минулого і цього року наша атомна енергетика працювала і працює успішно: вона виконує і перевиконує планові завдання. Коефіцієнт використання встановленої потужності наближається до західного рівня. Технічний показник атомної енергетики вищий, ніж у теплової, вона має неабиякі перспективи і може стати важливою складовою частиною енергетики країни.

Технологічні відходи атомних електростанцій захоронюють у спеціальних контейнерах у відповідних літологічних комплексах порід, які знаходяться в межах тектонічно стабільних ділянок геологічного середови­ща. Порівняно з іншими видами енергетики це є екологічно наба­гато безпечнішим.

Таблиця 1. Порівняльна характеристика площі відчуження земель для різних типів енергетичних комплексів [7, c. 13]

Тил електростанції Площа відчужуваних

земель для станції

потужністю 1000 МВт АЕС 1-4 км2 Сонячна 20-50 км2 Вітрова 50-150 км2 3 використанням біомаси 4000-6000 км2

У тепловій енергетиці велика частина відходів розпорошується в атмосфері. При цьому оксиди сірки й азоту з’єднуються з атмосферною вологою і спричинюють кислотні дощі; вуглекислий газ сьогодні визнано головною складовою парникових газів, а важкі метали і арсен (миш’як) осідають на ґрунт. Усі ці шкідливі речовини людина отримує при диханні, а також разом з питною водою та продуктами харчування. Крім цього, слід пам’ятати, що рівень радіації з часом знижується, у той час як токсичні матеріали (важкі метали) існують надзвичайно тривалий період в ландшафтних геокомплексах [4, c. 7-8].

Викиди з АЕС у навколишнє середовище у 100 разів менші від гранично допустимих норм. Після чорнобильської катастрофи було багато зроблено для підвищення безпеки атомних станцій, зростання культури операторів. Яка ж ситуація з цими роботами нині? Минулого року план з підвищення безпеки атомних станцій виконано усього на 30 %, оскільки національна електрогенеруюча компанія «Енергоатом» заборгувала атомним станціям суму, яка дорівнює віддачі від піврічної роботи всіх цих 13 блоків.

Висновки

Протягом останніх років Україна зазнає великої енергетичної кризи, викликаної прискореним розвитком енергомісткіх галузей господарського комплексу безплатним і марнотратним використанням енергоносіїв, відсталими технологіями, виснаженням і деградацією розвіданих покладів вугілля, нафти і газу, через що, наприклад, відбуток нафти став знижуватись з 1970р., газу і вугілля з 1975р.

Тільки роботу атомних електростанцій в Україні визначено як задовільну. Сьогодні немає жодного надпланового простою блоків АЕС Найбільш системно до осінню – зимового періоду готуються саме атомні електростанції.

Використання транспортабельного палива дає змогу розташовувати АЕС незалежно вид паливно-енергетичного фактора та орієнтувати на споживача у районах з напруженим паливно-енергетичним балансом.

Чорнобильської катастрофи.

Для того, щоб атомна енергетика України повністю відповідала сучасним вимогам і забезпечувала енергетичну незалежність нашої держави, необхідно розв’язати низку нагальних завдань:

• створити вітчизняне виробництво палива для АЕ (для цього потрібно ~ 1 млрд дол. США);
• подовжити термін служби діючих блоків на 15 років, тобто провести їх повноцінну перевірку і виконати профілактичні роботи;
• ввести нові блоки (11—12), вибравши типи реакторів і уклавши контракти на будівництво на основі тендеру (~ 11—12 млрд дол. США);
• побудувати завод з переробки ВЯП (0,6 млрд дол. США).

Список використаної літератури

1. Вишневський І. Екологічно чиста атомна енергетика: технічні, економічні, соціальні, політичні аспекти //Вісник Національної Академії наук України. — 2001. — № 9. — C. 12-28
2. Дмитренко О. Чи має перспективу атомна енергетика в Україні? //Шлях перемоги. — 2005. — 6 квітня. — C. 3
3. Захарченко В. Атомна енергетика України на рубежі двох століть //Географія та основи економіки в школі. — 2000. — № 1 . — C. 3-8
4. Крот Ю.Є. Переваги атомного теплопостачання та наявність в Україні власних природних ресурсів для його здійснення //Науковий вісник будівництва. — Х.: ХДТУБА, ХОТВ, АБУ, 2005. — Вип.30, Т. ІІ. — С.209-217.
5. Піліпенко О. Проблема безпечної експлуатації об’єктів атомної енергетики //Будівництво України. — 1998. — № 33. — C. 29-33
6. Рудько Г.І. Стратегія розвитку атомної енергетики в Україні //Екологічний вісник. — 2006. — № 3. — C. 6-7
7. Трофименко А. Атомна енергетика України: поступ чи занепад?/ А.Трофименко //Вісник Національної Академії наук України. — 1999. — № 4. — C. 26-31