Недостатки АЭС

Оглавление

Введение 2
1 Большие капитальные затраты АЭС 4
2 Радиоактивные отходы 6
3 Выбросы АЭС 9
4 Воздействие на окружающую среду 11
5 Аварии на АЭС 13
Заключение 15
Список литературы 16

Введение

Энергетика, из всех отраслей хозяйственной деятельности, оказывает на нашу жизнь наибольшее влияние. Ошибки могут вызвать серьезные последствия. Свет и тепло в домах, работа промышленности и транспортные потоки – это все требует затрат энергии.
Человечеству необходима энергия, причем с каждым годом потребности в ней возрастают, так как любое развитие требует, в первую очередь энергетических затрат.
Ядерная энергетика (Атомная энергетика) – это отрасль энергетики, которая занимается производством электрической и тепловой энергии посредством преобразования ядерной энергии.
Как правило, для получения ядерной энергии используют цепную ядерную реакцию деления ядер урана-235 или плутония. Ядра при попадании в них нейтрона делятся, при этом получаются новые нейтроны и осколки деления. Нейтроны деления и осколки деления имеют большую кинетическую энергию. В результате столкновений осколков с другими атомами эта кинетическая энергия быстро преобразуется в тепловую энергию.
У ядерной энергетики есть как положительные, так и отрицательные стороны. В данной работе будут рассмотрены недостатки атомных электростанций (АЭС). В практике эксплуатации промышленных и энергетических объектов не бывает технических систем со 100% надежностью и у каждого из них существует своя доля риска, к таким объектам, конечно же, стоит отнести и АЭС.
Целью данной работы является изучение основных недостатков АЭС, а именно:
Большие капитальные затраты на АЭС;
Радиоактивные отходы от АЭС;
Выбросы АЭС;
Воздействие АЭС на окружающую среду;
Аварии на АЭС
1 Большие капитальные затраты АЭС

Одним из недостатков атомной энергетики является то, что она одна из самых капиталоемких отраслей энергетики. По уровню инвестиций, которые необходимы для строительства новой АЭС, с ней могут сравниться тепловые электростанции (ТЭС) с технологией улавливания и хранения СО2, гидроаккумулирующие станции, некоторые технологии переработки биомассы и офшорные ветропарки.
У современных АЭС, как больших промышленных комплексов, есть существенные недостатки. В первую очередь это огромнейшие затраты на возведение подобного комплекса.
Например, стоимость строительства энергоблока №3 АЭС Олкилуото менялась с 3 до 8,5 млрд. долларов.
Большие капитальные затраты АЭС связаны со сложностью технологий строительства и большим комплексом сооружений, которые обеспечивают безопасность и устойчивость к авариям.
По данным Управления информации по энергетике при Министерстве энергетики США, капитальные расходы АЭС составляют $5530 на кВт мощности – тогда как аналогичный показатель для наземных ветростанций составляет $2200 на кВт мощности, а для фотоэлектрической солнечной – около $4000 на кВт.
Капитальные расходы атомной энергетики в РФ сопоставимы с зарубежными, хотя получить достоверную информацию о полных издержках достаточно сложно. Во-первых, вся отрасль монополизирована и принадлежит государству – точнее, сконцентрирована в активах Госкорпорации «Росатом». Из-за этого стоимость оборудования и работ, предоставляемых одним предприятием «Росатома» другому, может не соответствовать рыночной стоимости [1-2].
Во-вторых, фактическая стоимость строительства станций непрерывно увеличивается и потому всегда не совпадает с плановой, в том числе не учитывает расходы на строительство сетевых объектов, которые могут оказаться значительными..Большая часть текущих издержек после запуска АЭС в эксплуатацию относится к условно постоянным.
Если производство электроэнергии на АЭС постоянно и не прерывается снижениями мощности или незапланированными отключениями от сети и неплановым ремонтом, эти расходы остаются на сравнительно одинаковом уровне в течение срока эксплуатации станции.
Операционные расходы компании-владельца АЭС включают затраты на оплату труда, текущий ремонт и поддержку оборудования в рабочем состоянии, научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, амортизацию и топливо.
Считается, что из-за малого расхода топлива в расчете на киловатт-часы, а также более низкой зависимости от стоимости первичного сырья затраты АЭС на топливо чрезвычайно низки в сравнении с затратами на использование других видов традиционного топлива, таких как уголь, газ или нефть [3].
Но, если рассматривать стоимость всего ядерного топливного цикла – а он должен включать не только добычу урана, его обогащение (и сопутствующие затраты на утилизацию отходов обогащения) и производство уранового топлива для АЭС, но и дальнейшее хранение отработанного ядерного топлива (ОЯТ) и, при возможности, его переработку, – то расходы будут высокими и, кроме того, чрезвычайно обременительными по длительности.Специфические для отрасли расходы связаны с высокой токсичностью ОЯТ и сложностью его утилизации. Зачастую стоимость хранения и переработки ОЯТ не включают в расчет себестоимости атомных киловаттов, так как такая деятельность не учитывается в прямых затратах АЭС и практически всегда субсидируется государствами.
Определить стоимость ядерного топлива в РФ довольно сложно, так как потребность в уране для российских АЭС покрывается за счет внутреннего производства, и все стадии процесса происходят внутри одной корпорации, а взаиморасчеты между подконтрольными компаниями могут быть занижены для оптимизации налогообложения и перекрестного субсидирования, а также вследствие накопленных ранее запасов урана, который предназначался для военных целей.2 Радиоактивные отходыПроблема обращения с радиоактивными отходами одна из важнейших в промышленном использовании АЭС – данная проблема является серьезнейшим недостатком АЭС.
Главной отличительной особенностью атомной энергетики от других источников получения энергии является накопление огромных объемов радиоактивных отходов (РАО), образующихся практически на всех стадиях ядерно-топливного цикла.
К РАО относятся материальные объекты и субстанции, активность радионуклидов или радиоактивное загрязнение которых превышают уровни, установленные действующими нормативами, при условии, что использование этих объектов или субстанций в дальнейшем не предполагается.
Их опасность состоит в том, что радионуклиды, содержащиеся в них, могут рассеиваться в биосфере и приводить к негативному радиационному воздействию на окружающую среду и человека [1-2].
РАО – особый вид радиоактивных материалов различного агрегатного состояния. Они классифицируются по различным признакам: агрегатному состоянию, периоду полураспада, удельной активности, составу излучения и т.д.
По агрегатному состоянию наибольшее распространение имеют жидкие РАО, которые образуются в производственных процессах АЭС.
На всех этапах также накапливаются значительные количества твердых РАО, в частности в реакторах АЭС общей электрической мощностью 1 ГВт за год образуются 300-500 м3 твердых отходов, а от переработки облученного топлива еще 10 м3 высокоактивных РАО, 40 м3 отходов средней активности, 130 м3 отходов низкой активности.
Для обращения с РАО разрабатываются соответствующие национальные нормы, правила и стандарты, основанные на рекомендациях Международной комиссии по радиологической защите (МКРЗ) и Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ).
Для разделения РАО на типы используется критерий, учитывающий допустимость их захоронения в поверхностных (приповерхностных) хранилищах, альтернативой которому является захоронение РАО в стабильных геологических формациях. По этому критерию РАО подразделяют на 2 типа: короткоживущие, долгоживущие.
Долгоживущие РАО – отходы, уровень освобождения которых от контроля со стороны органа государственного регулирования достигается через 300 лет и выше после их захоронения.
Короткоживущие РАО – отходы, уровень освобождения которых от контроля со стороны органа государственного регулирования достигается раньше, чем через 300 лет после их захоронения.
В большинстве стран, имеющих АЭС и урановые объекты, накопились значительные количества РАО. Много отходов образуется при переработке отработанного ядерного топлива. Его переработка порождает массу сложных проблем, в первую очередь связанных с радиационной и экологической опасностью высокоактивных отходов переработки.
Страны с развитой ядерной энергетикой придерживаются разных концепций обращения с ОЯТ и РАО:
Стабилизация – специальная переработка ОЯТ с дальнейшей фиксацией радионуклидов в нерастворимых матрицах, приспособленных для продолжительного хранения. Такие принципы обращения с РАО приняты в Великобритании, Франции и Японии [1-4].
Захоронение – если ОЯТ не подвергается обработке и соответственно все высокорадиоактивные изотопы остаются в нем. В этом случае обращение с ОЯТ аналогично технологии обращения с высокоактивными отходами (относительно ОЯТ такое окончательное удаление называется «прямым» окончательным захоронением), рисунок 1-2.
Рисунок 1 – Подземное хранилище ОЯТ
При этом предусмотрена определенная выдержка ОЯТ и его дальнейшее захоронение в глубоких геологических формациях. Такой путь рассматривают США, Финляндия, Швеция.
Рисунок 2 – Контейнер для сухого хранения ОЯТ
Отложенное решение – долгосрочное хранение ОЯТ, что позволяет принять решение об их дальнейшем использовании через определенное время в случае положительных предпосылок.
Такой путь избрали Аргентина, Дания, Испания, Канада, Литва, Германия, Норвегия, Южная Корея, Польша, Словакия, Венгрия, Чехия, Хорватия. Украина также приняла решение о таком пути обращения с ОЯТ.
Исходя из изложенного, видно, что проблема стратегии обращения с отработанным ядерным топливом АЭС и высокоактивными отходами остается дискуссионной. Многие специалисты считают, что ОЯТ нельзя рассматривать в качестве радиоактивных отходов, а следует использовать в будущем как энергетическое сырье для реакторов других типов, которые пока не находят коммерческого применения.
3 Выбросы АЭСДля всех технологических процессов АЭС характерной особенностью является присутствие источников радиационного риска, обусловленного выбросами и сбросами радиоактивности, которые при определенных условиях могут приводить к негативным воздействиям на человека и окружающую среду.
Радиоактивные выбросы в атмосферу подразделяются на 2 типа – газовые и аэрозольные. Жидкие радиоактивные сбросы, содержащие вредные примеси, бывают в виде растворов или мелкодисперсных смесей. Возможны и промежуточные ситуации, как при некоторых авариях, когда горячая вода выбрасывается в атмосферу и разделяется на пар и воду.
Выбросы и сбросы могут быть как регламентными (постоянными или периодическими), находящимися под контролем эксплуатационного персонала, так и аварийными (как правило, залповыми).
Включаясь в многообразные движения атмосферы, поверхностных и подземных потоков, радиоактивные и токсические вещества распространяются в окружающей среде, попадают в растения, в организмы животных и человека.
Важно отметить, что радиоактивные вещества мигрируют в окружающей среде в большей или меньшей степени независимо от режима их поступления в окружающую среду при нормальных условиях эксплуатации объектов атомной энергетики или при аварийных ситуациях.
В условиях нормальной эксплуатации АЭС выбросы радионуклидов во внешнюю среду незначительны и состоят в основном из радионуклидов йода и инертных радиоактивных газов (ИРГ): ксенона (Хе), криптона (Кr).
Максимальный вклад в ожидаемую эффективную дозу (80-90%) на всех расстояниях от АЭС вносят радиоактивные благородные газы 13 Хе, 135 Хе за счет облучения от облака [1-2].
Около 5-15% дозы население получает за счет питания (радионуклиды 131 I, 137 Cs, 90 Sr) и около 5% за счет облучения от почвы (радионуклиды 11 I, 17 Cs, 90 Sr). Остальные пути воздействия и радионуклиды в формирование дозы вносят существенно меньший вклад. Доза за счет нормальной эксплуатации АЭС более чем на 4 порядка ниже дозы от общего радиационного фона.
Долгое время считалось, что наиболее важным показателем радиационной опасности является общий уровень внешнего облучения.
В действительности при эксплуатации АЭС внешнее поражение организма (лучевая болезнь) возникает лишь при авариях и катастрофах. Вместе с тем при обычных условиях эксплуатации станции происходит каждодневное поступление небольших количеств радионуклидов, которые способны постепенно накапливаться в органах, тканях живых организмов, а также в почвах, водоемах и других элементах окружающей среды, что происходит в результате геохимической миграции радиоактивных веществ.
При этом концентрация долгоживущих радионуклидов с течением времени может возрастать в тысячи и даже сотни тысяч раз. Это хорошо изученное в экологии явление получило название «биологической аккумуляции радиоактивности».
4 Воздействие на окружающую средуПри строительстве и эксплуатации АЭС существуют негативные воздействия на окружающую среду, хотя многие об этом склонны умалчивать, тем не менее, они есть, и, конечно же, их следует отнести к недостаткам АЭС:
химическое, тепловое и радиоактивное загрязнение окружающей природной среды (атмосферного воздуха, водных и земельных ресурсов, объектов биосферы);
шумовое и электромагнитное воздействие на обслуживающий персонал;
изъятие земельных ресурсов под энергетическое строительство;
использование водных ресурсов для производственных нужд;
активизация экзогенных геодинамических процессов в системе «объект энергетики – геологическая среда».
Увеличение мощности АЭС до 4-6 блоков приводит к изъятию под эти объекты значительных территорий, рисунок 3. Эксплуатация таких АЭС нуждается в большом количестве водных ресурсов.
Рисунок 3 – Масштаб АЭС
В зонах влияния мощных АЭС возникает потенциальная техногенная нагрузка (тепловая, химическая и радиационная) на окружающую среду, возможна активизация некоторых опасных геодинамических процессов, которые могут снижать уровень общей и радиационной безопасности и приводить к различным опасным ситуациям.
Тепловое загрязнение является одним из серьезных негативных факторов воздействия на окружающую среду при функционировании АЭС. При к.п.д. современных АЭС 33-35% порядка 65% тепловой энергии попадает в окружающую среду.
В технологических схемах АЭС мощными открытыми источниками тепла являются градирни, водоемы-охладители, рисунок 4, брызгальные бассейны. Их эксплуатация, как правило, приводит к изменениям микроклиматических характеристик, вызывает тепловое загрязнение водоемов, влияет на процессы жизнедеятельности флоры и фауны прилегающих к АЭС экосистем [5-3].
Рисунок 4 – Общий вид охладительных систем: градирни и водоем-охладитель
Тепловое влияние водоема-охладителя на атмосферу по данным мониторинга фиксируется в течение всего года, достигая высот 250-300 м и более, прослеживаясь на расстоянии до 10 км.
В теплый период года влияние водоема на изменение температур воздуха незначительно: в малооблачную погоду на удалениях до 100-200 м отмечается повышение температуры на 1,6° С, в пасмурную – на 1,1 °С.
В холодный период года при достаточно высокой влажности воздуха над водоемом образуются туманы – парения, распространяющиеся на побережье, – в отдельные дни на расстояние 2,0-2,5 км от береговой линии.
При этом зона ухудшенной видимости (менее 1 км) может отмечаться на удалениях до 5 км. В зоне туманов наблюдается повышенная влажность воздуха, прекращается инсоляция, возникают гололедно-изморозные явления, повышается интенсивность коррозионных процессов металлических и бетонных конструкций [4-5].
5 Аварии на АЭСКак и на любом технологическом объекте, на АЭС могут быть и бывают нештатные ситуации. Поскольку аварии могут влиять на экологию в радиусе до 30 километров, чтобы максимально оперативно реагировать на инцидент и предотвратить последствия, МАГАТЭ разработало Международную шкалу ядерных событий INES (с англ. International Nuclear Events Scale). Все события оцениваются по 7-балльной шкале [1-4].
0 баллов – нештатные ситуации, которые не повлияли на безопасность АЭС. Для их устранения не пришлось задействовать дополнительные системы, угрозы утечки радиации не было, но некоторые механизмы работали со сбоями. Ситуации нулевого уровня периодически происходят на каждой АЭС.
1 балл по INES или аномалия – работа станции вне установленного режима. В эту категорию попадают, например, похищение низкоактивных источников или облучение постороннего человека дозой, которая превышает годовую, но не несет опасности для здоровья пострадавшего.
2 балла или инцидент – ситуация, которая привела к переоблучению работников станции или значительному распространению радиации вне установленных проектом зон в пределах станции.
3 балла – класс серьезного инцидента присваивают нештатным ситуациям, которые привели к повышению радиации в рабочей зоне, возможны незначительные утечки радиации за пределы станции. У населения могут наблюдаться ожоги и другие не смертельные эффекты. Особенность аварий третьего уровня заключается в том, что распространение радиации работникам удается предотвратить самостоятельно, задействовав все эшелоны защиты.
Внештатные ситуации от 4 и до 8 баллов называются авариями.
4 балла – авария, которая не несет значительного риска за пределами рабочей площадки станции, но возможны смертельные исходы среди населения. Чаще всего причинами таких инцидентов является расплавление или повреждение тепловыделяющих элементов, сопровождающиеся небольшой утечкой радиоактивного материала в пределах реактора, что может привести к выбросу наружу.
5 баллов – авария с широкими последствиями. Характеризуется повреждением физических барьеров между активной зоной реактора и рабочими помещениями, критическим режимом работы и возникновением пожара. Может проводиться эвакуация населения.
Значительная авария соответствует 6 баллам. Речь идет об инцидентах, связанных выбросом существенных объемов радиоактивных веществ в окружающую среду. Проводятся эвакуация, размещение людей в укрытиях. Помещения станции могут быть смертельно опасны.
Возможность аварий и сами аварии или нештатные ситуации на АЭС являются основным недостатком АЭС, так как они могут привести к катастрофическим последствиям, к сожалению, такие примеры в истории человечества были, например аварии на Чернобыльской АЭС или Фукусиме.
И при всех кажущихся преимуществах АЭС, только один этот недостаток может все перечеркнуть. И как уже говорилось выше, у любой технической системы есть риск поломки, аварийной ситуации и т.д., да незначительный, да маленький, но все же есть. А раз есть, значит и есть угроза человечеству.
Заключение

Минусы атомной энергетики не ограничиваются только работой АЭС: ведь до того, как уран в виде ядерного топлива попадет в реактор, он проходит несколько этапов, и везде при этом оставляет за собой радиоактивный след. В процессе добычи урана в рудниках скапливаются радиоактивные газы – радий и радон, провоцирующие развитие разных форм онкологических заболеваний.
Даже на этом начальном этапе минусы атомной энергетики очень велики – ведь здоровье тысяч людей, участвующих в процессе добычи или живущих рядом, подвергается большой опасности. В процессе последующей работы по обогащению урана количество радиоактивных отходов еще больше увеличивается. Сторонники использования атомной энергии обычно не озвучивают эти минусы атомной энергетики.
Следует отметить также, что в настоящее время не все минусы атомной энергетики оценены в должной мере, ведь в мире ни один реактор еще полностью не демонтирован. Стоимость демонтажа будет очень высокой, по крайней мере, не меньше стоимости строительства реактора
Поскольку атомная энергетика начала развиваться в прошлом столетии, то первой проблемой современных ядерных объектов называют изношенность оборудования. Большинство европейских АЭС построены еще в 70-80 годы. Безусловно, при продлении сроков эксплуатации оператор тщательно анализирует состояние АЭС, меняет оборудование.
Но полная модернизация техпроцеса требует огромных финансовых затрат, поэтому зачастую станции работают на основе старых методик. На таких АЭС нет надежных систем предотвращения аварий. Строить АЭС с 0 тоже дорого, поэтому страны одна за другой продлевают сроки эксплуатации АЭС и даже перезапускают после простоя.
Список литературы

Бадев В.В., Егоров Ю.А., Казаков С.В. «Охрана окружающей среды при эксплуатации АЭС», Москва, Энергоатомиздат, 1990 г.
Елагин Ю.Г. Менеджмент радиоактивных отходов // Атомная техника за рубежом. – 2000. – № 3. – С.3–12.
Кесслер Г. Ядерная энергетика. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 264 с.
Материаловедение и проблемы энергетики /Дж. Синфельд, М. Симнад, Дж. Хоув и др. – М.: Мир, 1982. – 576 с.
Синев Н.М. Экономика ядерной энергетики. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 480 с.