Александр Проценко - Энергия будущего

• Название: Энергия будущего
• Автор: Александр Проценко
• Жанр: Прочая научная литература

Технический прогресс невозможен без энергии. О путях обеспечения человека энергией, об энергетических ресурсах планеты, о той роли, которую должна сыграть термоядерная энергия в будущем, идет речь в книге доктора наук А. Проценко. Издание рассчитано на самые широкие круги читателей.

---

В отверстия графитовых блоков вставлены металлические трубы с тепловыделяющими элементами. Вода, циркулирующая в них, нагревается, превращается в пар, и он, перегретый, подается в турбины. В 1967 году заработала вторая очередь этой электростанции мощностью 200 тысяч киловатт. А еще через семь лег к западу or Ленинграда, рядом с живописным современным городом Сосновый Бор, завершилось сооружение также канальной крупнейшей в СССР и Европе одноконтурной АЭС мощностью в два миллиона киловатт. Состоит она из двух блоков по миллиону киловатт, и в каждом блоке свой реактор. Насыщенный семидесятиатмосферный пар из каждого реактора подается к двум турбогенераторам по 500 тысяч киловатт.

В реакторах по 1693 канала с тепловыделяющими топливными элементами. Размещение ядерного топлива в отдельных каналах — одно из главных преимуществ реакторов данного типа: оно позволяет производить перегрузку топлива, не останавливая работающий реактор, с помощью специальной перегрузочной машины.

Ленинградская АЭС является головной станцией в целой серии, которая будет строиться в нашей стране.

Реакторы такого типа уже работают на Курской АЭС, а также строятся Чернобыльская, Игналинская, Калининская, Смоленская, Западно-Украинская и другие станции в европейской части СССР.

Невдалеке от Воронежа, в живописной излучине Дона, построена Ново-Воронежская АЭС. Первый ее блок электрической мощностью 210 тысяч киловатт был пущен в сентябре 1964 года. В 1980 году с пуском пятого блока полная мощность этой станции составит около двух с половиной миллионов киловатт. Реактор последнего блока этой АЭС, как и все ее предыдущие, корпусного типа, однако мощность его побольше, чем у предыдущих, и составляет миллион электрических киловатт. Эта мощность близка к предельно возможной для реакторов такого типа, ибо корпуса большего размера невозможно перевозить по железной дороге. В ново-воронежских реакторах в качестве замедлителя нейтронов и теплоносителя используется под давлением некипящая вода. Значит, это установки двухконтурного типа.

В первом контуре, его называют реакторным, циркулирует некипящая вода под давлением 160 атмосфер. Пар получают в парогенераторах уже второго контура. Таким образом, вода, прошедшая через активную зону, не попадает в турбогенераторы станции, а циркулирует в замкнутом контуре, в реакторном блоке.

Сейчас реакторы типа ново-воронежских работают на Кольской и Армянской АЭС. Несколько реакторов такого типа было построено при помощи-СССР в социалистических странах.

Быстрыми темпами создается атомная энергетика и в технически развитых буржуазных странах. Суммарная мощность действующих АЭС в 1980 году приблизится к 140–150 миллионам киловатт. Дальнейшее развитие атомной электроэнергетики вплоть до конца нашего века оценивается различными институтами, правительственными организациями и энергетическими объединениями весьма по-разному. Более того, за последние годы эти прогнозы претерпели существенные изменения. Так, например, если еще 5–6 лет назад прогнозная мощность АЭС в США на 2000 год составляла около 1000 миллионов киловатт, то сейчас все чаще говорят о 300–400 миллионах киловатт. Такое же нестабильное положение с развитием атомной энергетики в ФРГ и Австрии.

В то же время достаточно целеустремленно развивается атомная энергетика во Франции, в Японии.

Причины подобных ситуаций весьма различны: тут и общественное мнение, иногда спровоцированное конкурирующими энергетическими фирмами, и различные результаты, достигнутые в борьбе за обеспеченность тем или иным видом топлива (ядерным, органическим), и возможности машиностроительной промышленности.

Большую роль играет и общее удорожание энергии: падают темпы роста энергетики, нужно выбирать, какую область ее в первую очередь надо развивать. Электроэнергетику? Да, электричество наиболее качественный вид энергии, но оно и один из самых дорогих. А может быть, выгоднее получать энергию в виде тепла?

В разных странах поэтому пути и темпы развития атомной энергетики различны.

Мир без бензина

Атомные электростанции — это только первый этап развития атомной энергетики. Чтобы атомная энергия сыграла решающую роль в энергетике страны, недостаточно одних только АЭС. Всего 20 процентов добываемого у нас топлива тратится на производство электроэнергии. Значит, если атомные электростанции заменят половину всех электростанций страны, то за их счет можно будет сэкономить только около десятой части всего топлива, добываемого в СССР. Может быть, эта величина будет несколько большей, но ненамного. Действительно, доля электроэнергетики в общем энергетическом балансе страны постепенно растет, и, наверное, к концу века на выработку электроэнергии пойдет около 30 процентов всего топлива; следовательно, и потенциальная доля атомной энергетики несколько увеличится.

Но также ясно, что еще долго будут работать и строиться электростанции на угле Сибири, как и гидроэлектростанции на реках в различных районах страны.

Невыгодно пока строить АЭС для полупиковых и тем более пиковых нагрузок. Значит, нужно научиться преобразовывать атомную энергию не только в электричество, но и в другие виды энергии. В какие же именно?

Давайте вспомним, на какие нужды расходуется добываемое в стране топливо. Мы уже говорили, что только пятая часть его уходит на производство электроэнергии. Столько же потребляет автомобильный, авиационный, морской и речной транспорт. Примерно столько же расходуется на различные высокотемпературные технологические процессы в металлургии, химии, нефтехимии, производстве строительных материалов. Самая большая доля топлива — около 30–35 процентов — приходится на производство горячей воды и пара. Наконец, около пяти-шести процентов топлива используется в виде химического сырья.

Итак, баланс ясен. Каков же следующий плацдарм в энергетике, который должна занять атомная энергия?

При его выборе должно быть учтено, что наиболее эффективно атомная энергия может быть использована там, где заменит собой дорогостоящие, становящиеся все более дефицитными нефть и газ. Следующий шаг — вероятно, использование энергии атома в теплоснабжении. Атомная энергетика уже подготовлена к тому, чтобы обеспечивать теплом жилища и коммунальные предприятия. Казалось бы, к чему тут ей готовиться? Она производит уже сейчас горячую воду и пар гораздо более высоких параметров, чем это необходимо для теплофикации! Все это так. Однако горячую воду, а тем более пар невозможно передавать на большое расстояние, так как будут велики потери тепла и дорого будут стоить теплотрассы. Значит, атомный источник тепла должен находиться вблизи от потребителей, жилых массивов и коммунальных предприятий. Правда, требования к безопасности такой станции существенно возрастают.

Но директор отделения ядерных реакторов Института атомной энергии, автор монографии, посвященной безопасности АЭС, В. Сидоренко говорит, что уже разработан проект подобной атомной станции теплоснабжения (ACT), которая удовлетворит самым придирчивым требованиям. Она не причинит вреда окружающему населению даже в случае такой практически невозможной аварии, как разрыв корпуса реактора. Вторичная оболочка, охватывающая корпус, предотвратит выброс вредных веществ. Сейчас первые ACT сооружаются в Горьком и Воронеже. В дальнейшем возможно сооружение и АТЭЦ, то есть атомных энергетических установок, одновременно вырабатывающих и электроэнергию, и бытовое и коммунальное тепло.

Применение ядерных реакторов для теплофикации позволит решить одну из основных задач сегодняшней и тем более будущей энергетики — экономия и постепенная замена нефти и газа другими источниками энергии.

К сожалению, по ряду причин еще ограничены масштабы использования атомных реакторов, производящих горячую воду и пар. Они экономичны лишь при довольно большой мощности, не меньшей, чем 400–500 тысяч киловатт. А такую нагрузку не всегда удается им подобрать. Во многих районах страны потребители тепла слабо сконцентрированы, и к ним нужно тянуть очень длинные теплотрассы. При этом атомные установки становятся невыгодными, особенно когда дело касается снабжения потребителей паром, транспорт которого на большие расстояния и вовсе затруднителен.

Конечно, сейчас очень много районов с такой концентрацией тепловых нагрузок, при которых ACT эффективны. Но тем не менее важна и задача обеспечения теплом рассредоточенных потребителей, например сельскохозяйственных. Задачу обеспечения промышленных предприятий паром от атомных реакторов хотелось бы видеть решенной уже сейчас. Какие пути ведут к этому?

Связаны они с развитием высокотемпературной атомной энергетики. Многочисленные предприятия металлургической, химической промышленности нуждаются в тепле при температуре 500-1000 градусов. Производство восстановительных газов, используемых при получении железа из руды, преобразование природного газа в аммиак, производство удобрений и многие другие процессы могут быть проведены, только если ядерные реакторы начнут вырабатывать тепло при температуре около 1000 градусов. Проекты таких реакторов уже есть. Более того: один из зарубежных экспериментальных реакторов в течение ряда лет работал при температуре теплоносителя на выходе из активной зоны, равной 950 градусам. Вот краткая характеристика одного из таких опытно-промышленньпх реакторов, разрабатываемых сейчас в нашей стране.