Ядерная энергетика и ее ресурсы

Итак, детальный учет всех рассмотренных выше факторов позволил экспертам МИРЭК-Х сделать вывод, что к 2020 г. доля возобновляемых источников энергии в мировом энергетическом балансе может составить около 10%.

Теперь оценим, какими ресурсами располагает ядерная энергетика. Естественно, что в первую очередь необходимо оценить запасы урана, поскольку ядерная энергетика сегодняшнего дня развивается только за счет строительства АЭС с реакторами, в которых осуществляется цепная ядерная реакция.

Для урана характерна довольно большая распространенность: его среднее содержание в литосфере составляет примерно 3 • 10~4% (масс.). Однако экономически выгодно разрабатывать месторождения, содержащие не менее 0,1% урана. Стоимость добычи урана из таких месторождений составляет 80 долл, за 1 кг урана в руде. Таким образом, к извлекаемым относятся запасы, в 1000 раз более богатые ураном, чем его среднее содержание.

По данным, приведенным на Генеральной конференции МАГАТЭ в 1980 г., запасы урана со стоимостью извлечения до 80 долл./кг составляют 3330 тыс. тонн. Величина этих запасов в энергетическом эквиваленте зависит от типа ядерного реактора, в котором будет использоваться урановое топливо. В настоящее время ядерная энергетика базируется на строительстве АЭС с реакторами на тепловых нейтронах. К сожалению, эти реакторы характеризуются крайне неэффективным использованием запасов природного урана.

Реакторы на тепловых нейтронах «сжигают» 1,5% природного урана. Поскольку в процессе деления 1 кг урана выделяется 18,8 млрд ккал, в реакторах на тепловых нейтронах 1 то природного урана позволяет получить 282 млрд ккал. что составляет примерно 11,2 • 10~7Q. Следовательно, запасы со стоимостью извлечения до 80 долл./кг (по современным представлениям экономически эффективные) соответствуют энергоисточнику емкостью 3.7Q.

Однако, согласно расчетам, в лучшем случае можно надеяться, что величина этих ресурсов в энергетическом эквиваленте возрастет лишь до 20Q. Это означает, что при планируемых темпах развития ядерной энергетики достоверные запасы будут исчерпаны уже к концу столетия.

Таким образом, ядерная энергетика с реакторами на тепловых нейтронах при указанных ресурсах топлива в принципе не может обеспечит,ь создание крупной мировой энергетики.

Выход из этого положения можно найти на пути использования АЭС с реакторами-размножителями. С их внедрением эффективное использование природного урана может достигнуть 30 40%. Очевидно, что в этом случае, не повышая стоимости производства энергии, можно будет использовать ресурсы урана со стоимостью извлечения, существенно превышающей 80 долл./кг. При использовании реакторов-размножителей экономически выгодно разрабатывать месторождения бедных урановых руд, содержащих всего лишь 0,06% природного урана, не имеющих сегодня практического значения. Стоимость их извлечения составляет примерно 295 долл, за 1 кг урана. Возможно, в перспективе окажется выгодно использовать уран, содержащийся в морской воде и кристаллических породах. Не следует забывать и о запасах тория. По имеющимся данным, мировые ресурсы тория ниже, чем урана, однако надо иметь в виду, что они изучены гораздо хуже.

Согласно последним данным, характеризующим запасы урана при его использовании в реакторах на тепловых нейтронах и в реакторах- размножителях (табл. 15.2), широкое применение АЭС с реакторами- размножителями может решить проблему развития энергетики с точки зрения обеспеченности энергоресурсами в течение многих столетий без каких-либо топливных ограничений.

В ресурсы ядерной энергетики кроме урана входят также запасы дейтерия и трития. Термоядерная энергетика, основанная на реакции взаимодействия ядер дейтерия и трития или ядер дейтерия, многократно расширяет сырьевую базу ядерной энергетики. В термоядерной реакции взаимодействия дейтерия и трития (D Т) условно лимитирующим фактором оказываются ресурсы не дейтерия, а лития. Дело в том, что трития в природе практически нет. Его получают искусственно, облучая ядра лития нейтронами. Это можно осуществить в самом

Таблица 15.2

Мировые ресурсы ядерной энергетики

Принцип

производства

энергии

Вид ресурса

Ресурсы

в энергетическом эквиваленте Q

Реакторы на тепловых нейтронах

Уран при затратах на извлечение до 130 долл./кг

40

Реакторы- разм ножител и

Уран при затратах на извлечение: до 130 долл./кг до 295 долл./кг уран в океане

уран в земной коре на глубине до 500 м

1000 2500 340000 670 000

Термоядерные

реакторы

Литий (как источник трития) при затратах на извлечение до 60 долл./кг: природный литий литий в океане дейтерий в океане

  • 1900
  • 2 750000 4 000 000 000

термоядерном реакторе, окружив его специальной оболочкой из лития и воспользовавшись потоком нейтронов, возникающих при протекании в термоядерном реакторе реакции синтеза ядер дейтерия и трития. Литий лимитирует развитие энергетики условно, поскольку его ресурсов достаточно, чтобы обеспечить потребности на многие столетия. Переход же к термоядерной энергетике на основе синтеза только ядер дейтерия открывает неограниченные возможности для производства энергии.

Итак, ядерная энергетика хорошо обеспечена ресурсами. Однако вывод о необходимости развития того или иного источника энергии должен базироваться не только на основе соображений о его ресурсах. Здесь также нужно учитывать экономичность способа производства энергии, его технические возможности и степень воздействия на окружающую среду и население.

Как показал анализ, ядерная энергетика и по этим показателям обладает преимуществами перед другими источниками энергии. Так, с экономической точки зрения, ядерная энергетика уже сейчас имеет преимущество перед энергетикой на органическом топливе и других источниках энергии. Далее, ядерная энергетика по своим техническим возможностям может в той или иной форме удовлетворить все энергетические потребности топливно-энергетического баланса.

При приближенном подсчете выясняется, что потребности в энергии распределяются примерно поровну (порядка 25%) между: производством электроэнергии, отоплением жилых домов и других зданий, промышленными целями и транспортом. До настоящего времени генеральным направлением применения ядерной энергии было производство с ее помощью электроэнергии на АЭС. Следовательно, даже если все сегодняшние электростанции перевести на ядерное горючее, то потребление органического топлива уменьшилось бы не более чем на 25%. Однако технические возможности ядерной энергетики позволяют использовать ее и для отопления, и в промышленности.

Ядерной энергетике, как и другим видам промышленной деятельности, присущи вредные факторы, потенциально опасные для человека. Наибольшую потенциальную опасность представляет радиоактивное загрязнение. Однако с самого начала развития ядерной энергетики ее предприятия проектировались таким образом, чтобы не допустить опасного выброса радиоактивных веществ в окружающую среду и обеспечить максимальную безопасность обслуживающего персонала. Ситуация с Чернобылем подорвала доверие к атомной энергетике, но в настоящее время приняты новые перспективные программы развития этой отрасли с учетом экологической составляющей. Накопленная информация об уровнях радиационного воздействия, об индивидуальных и коллективных дозах облучения персонала предприятий и населения вблизи предприятий ядерного топливного цикла подтверждает, что биосфера достаточно надежно защищена от радиационного воздействия предприятий ядерной энергетики. Из всех известных на сегодня способов производства энергии ядерная энергетика является минимально опасной.

Человек всегда подвергался воздействию ионизирующей радиации со стороны различных внешних или внутренних естественных источников. Это космические и гамма-лучи, радон и другие вещества, выделяемые горными породами и строительными материалами, природные радиоактивные вещества, попадающие в организм. На рис. 15.14 показано, что доля атомной энергетики в годовой дозе облучения населения Великобритании, которая составляет всего 0,1%.

Многолетний опыт эксплуатации АЭС и исследовательских реакторов в нашей стране показывает, что в результате тщательно выполнен-

Рис. 15.14. Средняя доза облучения населения Великобритании ных мероприятий по совершенствованию конструкции ядерных реакторов, систем очистки газоаэрозольных выбросов и жидких отходов, хорошо продуманной системы контроля и при научном подходе к вопросам защиты окружающей среды атомная энергетика не только не увеличивает загрязнения биосферы, но и способствует ее оздоровлению. АЭС не требует, кислорода для сжигания, топлива и не выбрасывает оксидов углерода,, не загрязняет воздушный бассейн оксидами серы, азота, тяжелыми металлами, фенолами и канцерогенными веществами, летучей золой и другими вредными компонентами. Выбросы радиоактивных веществ от АЭС в расчете на единицу электрической мощности на порядок ниже, чем выбросы естественных радиоактивных веществ ТЭС, поскольку они содержатся в органическом топливе, например в угле.

Развитие атомной, а в дальнейшем термоядерной и других перспективных альтернативных направлений развития энергетики прекрасная долгосрочная перспектива. Однако прогнозы показывают, что в ближайшие десятилетия энергетические потребности в нашей стране и в мире будут удовлетворяться в основном за счет угля, нефти и газа.

Прогноз развития энергетики в нашей стране до 2020 г. представлен на рис. 15.15. Несмотря на миллиарды и миллиарды рублей, вложенные в развитие атомной энергетики, ее объем в нашей стране не превышает 4%, а в мире 6% (на 2003 г.).

В базовом сценарии развития энергетики в мире до 2050 г., подготовленном Международным энергетическим агентством (МЭА), показано, что общий объем потребления энергии в мире будет расти в среднем на 1,6% в год: с 10 579 млн тонн н. эФ в 2003 г. до 22 112 млн тонн и. э. в 2050 г. (рис. 15.16). Это медленнее, чем 2,1% в год (в 1971 2003 гг.), тем не менее, рост потребления энергии в период 2003 2050 гг. составит 109%.

В 2003-2050 гг. объемы добычи угля вырастут в три раза, объемы добычи газа более чем в два раза, добычи нефти почти в два раза (включая производство синтетических видов топлива). К 2050 г. уголь займет лидирующие позиции в топливном балансе (его доля составит 34%). Между 2030 и 2050 гг. абсолютные объемы потребления угля превзойдут объемы потребления нефти. Доля нефти в общем энергетическом балансе сократится с 34% (2003 г.) до 27% (2050 г.). Доля природного газа вырастет с 21% (2003 г.) до 24% (2050 г.). Доля остальных видов энергетических ресурсов, кроме угля, нефти и газа, в 2050 г. составит 15% (20% в 2003 г.). Доля атомной энергии сократится с 6% (2003 г.) до 4% (2050 г.), доля возобновляемых источников с 11 до 9%, доля гидроэнергии останется на уровне 2%. [1]

Эволюция структуры потребления энергоресурсов в России

Рис. 15.15. Эволюция структуры потребления энергоресурсов в России

Глобальное потребление первичных энергоресурсов в 1990 2050 гг

Рис. 15.16. Глобальное потребление первичных энергоресурсов в 1990 2050 гг.

Доля ископаемых видов топлива вырастет с 80% (2003 г.) до 85% (2050 г.), несмотря на рост атомной энергетики и использование возобновляемых источников энергии.

Весьма важным ресурсом энергии, как указывал В. И. Вернадский, является энергия поверхности Земли.

Эти прогнозы необходимо учитывать при разработке перспективных планов решения экологических проблем в энергетике.

  • [1] За единицу нефтяного эквивалента (н.э.) принята теплотворная способность 1 кгнефти, равная 11 000 ккал.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >