Первая атомная электростанция в мире. история атомной энергетики

Атомные электростанции России

Балаковская АЭС

Расположена рядом с городом Балаково, Саратовской области, на левом берегу Саратовского водохранилища. Состоит из четырёх блоков ВВЭР-1000, введённых в эксплуатацию в 1985, 1987, 1988 и 1993 годах.

Балаковская АЭС — одна из четырёх крупнейших в России АЭС, одинаковой мощностью по 4000 МВт.

Ежегодно она вырабатывает более 30 миллиардов кВт•ч электроэнергии. В случае ввода в строй второй очереди, строительство которой было законсервировано в 1990-х, станция могла бы сравняться с самой мощной в Европе Запорожской АЭС.

Белоярская АЭС

Белоярская АЭС расположена в городе Заречный, в Свердловской области, вторая промышленная атомная станция в стране (после Сибирской).

На станции были сооружены четыре энергоблока: два с реакторами на тепловых нейтронах и два с реактором на быстрых нейтронах.

В настоящее время действующими энергоблоками являются 3-й и 4-й энергоблоки с реакторами БН-600 и БН-800 электрической мощностью 600 МВт и 880 МВт соответственно.

БН-600 сдан в эксплуатацию в апреле 1980 — первый в мире энергоблок промышленного масштаба с реактором на быстрых нейтронах.

БН-800 сдан в промышленную эксплуатацию в ноябре 2016 г. Он также является крупнейшим в мире энергоблоком с реактором на быстрых нейтронах.

Билибинская АЭС

Расположена рядом с городом Билибино Чукотского автономного округа. Состоит из четырёх блоков ЭГП-6 мощностью по 12 МВт, введённых в эксплуатацию в 1974 (два блока), 1975 и 1976 годах.

Вырабатывает электрическую и тепловую энергию.

Калининская АЭС

Калининская АЭС — одна из четырёх крупнейших в России АЭС, одинаковой мощностью по 4000 МВт.

Расположена на севере Тверской области, на южном берегу озера Удомля и около одноимённого города.

Состоит из четырёх энергоблоков, с реакторами типа ВВЭР-1000, электрической мощностью 1000 МВт, которые были введены в эксплуатацию в 1984, 1986, 2004 и 2011 годах.

4 июня 2006 года было подписано соглашение о строительстве четвёртого энергоблока, который ввели в строй в 2011 году.

Кольская АЭС

Кольская АЭС расположена рядом с городом Полярные Зори Мурманской области, на берегу озера Имандра.

Состоит из четырёх блоков ВВЭР-440, введённых в эксплуатацию в 1973, 1974, 1981 и 1984 годах.
Мощность станции — 1760 МВт.

Курская АЭС

Курская АЭС — одна из четырёх крупнейших в России АЭС, одинаковой мощностью по 4000 МВт.

Расположена рядом с городом Курчатов Курской области, на берегу реки Сейм.

Состоит из четырёх блоков РБМК-1000, введённых в эксплуатацию в 1976, 1979, 1983 и 1985 годах.

Мощность станции — 4000 МВт.

Ленинградская АЭС

Ленинградская АЭС — одна из четырёх крупнейших в России АЭС, одинаковой мощностью по 4000 МВт.

Расположена рядом с городом Сосновый Бор Ленинградской области, на побережье Финского залива.

Состоит из четырёх блоков РБМК-1000, введённых в эксплуатацию в 1973, 1975, 1979 и 1981 годах.

Мощность станции — 4 ГВт. В 2007 году выработка составила 24,635 млрд кВт•ч.

Нововоронежская АЭС

Расположена в Воронежской области рядом с городом Воронеж, на левом берегу реки Дон. Состоит из двух блоков ВВЭР.

На 85 % обеспечивает Воронежскую область электрической энергией, на 50 % обеспечивает город Нововоронеж теплом.

Мощность станции (без учёта Нововоронежской АЭС-2) — 1440 МВт.

Ростовская АЭС

Расположена в Ростовской области около города Волгодонск. Электрическая мощность первого энергоблока составляет 1000 МВт, в 2010 году подключен к сети второй энергоблок станции.

В 2001—2010 годах станция носила название «Волгодонская АЭС», с пуском второго энергоблока АЭС станция была официально переименована в Ростовскую АЭС.

В 2008 году АЭС произвела 8,12 млрд кВт-час электроэнергии. Коэффициент использования установленной мощности (КИУМ) составил 92,45 %. С момента пуска (2001) выработала свыше 60 млрд кВт-час электроэнергии.

Смоленская АЭС

Расположена рядом с городом Десногорск Смоленской области. Станция состоит из трёх энергоблоков, с реакторами типа РБМК-1000, которые введены в эксплуатацию в 1982, 1985 и 1990 годах.

В состав каждого энергоблока входят: один реактор тепловой мощностью 3200 МВт и два турбогенератора электрической мощностью по 500 МВт каждый.

Типы ядерных реакторов

То, как работает АЭС, зависит от того, как именно работает ее атомный реактор. Сегодня есть два основных типа реакторов, которые классифицируются по спектру нейронов: Реактор на медленных нейтронах, его также называют тепловым.

Для его работы используется 235й уран, который проходит стадии обогащения, создания урановых таблеток и т.д. Сегодня реакторов на медленных нейтронах подавляющее большинство. Реактор на быстрых нейтронах.

За этими реакторами будущее, т.к. работают они на уране-238, которого в природе пруд пруди и обогащать этот элемент не нужно. Минус таких реакторов только в очень больших затратах на проектирование, строительство и запуск. Сегодня реакторы на быстрых нейтронах работают только в России.

Теплоносителем в реакторах на быстрых нейтронах выступает ртуть, газ, натрий или свинец.

Реакторы на медленных нейтронах, которыми сегодня пользуются все АЭС мира, тоже бывают нескольких типов.

Организация МАГАТЭ (международное агентство по атомной энергетике) создало свою классификацию, которой пользуются в мировой атомной энергетике чаще всего. Так как принцип работы атомной станции во многом зависит от выбора теплоносителя и замедлителя, МАГАТЭ базировали свою классификацию на этих различиях.

  1. PWR (pressurized water reactors) — водо-водяной реактор (реактор с водой под давлением). В странах СНГ такие реакторы называют аббревиатурой ВВЭР. В качестве теплоносителя и замедлителя в них используется обычная вода. Водо-водяные реакторы самые распространенные в мире (около 62% от всех реакторов). Водо-водяные реакторы дешевы и удобны, т.к. вода не воспламеняется, не затвердевает, и ее использование относительно безопасно.
  2. BWR (boiling water reactor) — кипящий реактор или кипящий водо-водяной реактор. Принцип действия АЭС на таком реакторе очень похож на то, как работает АЭС на ВВЭР. Кипящий реактор также использует обычную воду, его особенность в только том, что пар генерируется сразу в активной зоне. В водо-водяном реакторе сначала нагревается вода, которая позже, спустя несколько этапов, переводится в пар, в кипящих реакторах тепло сразу отдается кипящей воде, которая мгновенно становится горячим паром.Кипящие реакторы достаточно распространены, их 20% от всех атомных реакторов мира.
  3. LWGR (light water graphite reactor) — графито-водный реактор, ГВР, ВРГ или уран-графитовый реактор. В качестве замедлителя в таком типе реактора используется графит, в качестве теплоносителя – обычная вода. Схема работы АЭС, запущенной впервые в мире, основывалась на графито-водном реакторе. Сегодня такие реакторы используют редко, большинство из них расположены в России.
  4. PHWR (pressurised heavy water reactor) — тяжеловодный реактор. В таких реакторах в качестве теплоносителя и замедлителя используется тяжелая вода (D2O), по-другому ее называют тяжеловодородной водой или оксидом дейтерия.

С химической точки зрения оксид дейтерия идеальный замедлитель и теплоноситель, т.к. ее атомы наиболее эффективно взаимодействуют с нейтронами урана по сравнению с другими веществами. Попросту говоря, свою задачу тяжелая вода выполняет с минимальными потерями и максимальным результатом. Однако ее производство стоит денег, в то время как обычную «легкую» и привычную для нас воду использовать куда проще.

Ввод в эксплуатацию

Обнинская атомная электростанция была введена в эксплуатацию Советским Союзом 27 июня 1954 года и успешно эксплуатировалась почти пять десятилетий, пока она не была закрыта 29 апреля 2002 года.

Расположенный чуть более чем в ста километрах к юго-западу от Москвы, Обнинск был домом Института физики и энергетики, поэтому, неудивительно, что в СССР выбрали это место для строительства первой АЭС.

Однако то, что Обнинск стал первой в мире атомной электростанцией, на деле она предназначалась как полигон для тренировок экипажей будущих атомных подлодок.

Тем не менее, хотя Обнинская АЭС производила электроэнергию, также она содействовала исследованиям и испытаниям.

Мощность первой АЭС

Первая в мире атомная электростанция была всего с одним реактором АМ-1 мощностью в 5 мВт.

Хотя первая АЭС и была построена как эксперимент для использования электричества в коммерческих целях, но может ли атомный реактор использоваться для снабжения коммерческой сетки энергией? Обнинск доказал, что это возможно.

Реактор первой АЭС в СССР был урано-графитовой конструкции канального типа, советской модели, который позже стал “отцом” мощных реакторов РБМК.

Успех Обнинска проложил путь для строительства многих других атомных станций, таких как Белоярская АЭС в России и Селлафилда в Англии.

Ленинградская АЭС. Первые РБМК

Теперь перейдем к самым крупным АЭС, с серийными блоками гигаваттной мощности. Начнем по хронологии и с реакторов РБМК.

Ленинградаская АЭС и ее энергоблоки. Графика автора

Именно на реакторах РБМК СССР планировал масштабно развивать атомную энергетику в 1970-е годы для удовлетворения энергодефицита в европейской части страны, поскольку технологию изготовления корпусов гигаваттных ВВЭР осваивать не успевал. А активная зона реактора РБМК собирается как из кубиков, изготовление компонентов для нее было освоено промышленностью. Поэтому, например, ее можно масштабировать и увеличивать. Например, на Игналинской АЭС построили два РБМК мощностью уже 1500 МВт, хотя и в тех же габаритах. Но были проекты и с увеличенной мощностью и активной зоной, до 2400 МВт. Вообще, сам реактор РБМК-1000  — это один из крупнейших в мире реакторов, там только диаметр активной зоны более 11 м.

Верхняя плита реактора РБМК — одного из самых больших реакторов в мире

У РБМК есть ряд преимуществ перед ВВЭР. Например, он не требует остановки для перегрузки топлива, его можно перегружать, отключая отдельные каналы прямо на работающем реакторе.  Из-за этого он позволяет облучать в каналах отдельные сборки-мишени и нарабатывать полезные изотопы, как, например, Co-60, который сейчас и производят на Ленинградской АЭС.

Но есть и ряд недостатков. Это, например, и сложность управления, и отсутствие защитной оболочки-контейнмента, и другие недостатки конструкции, которые не были своевременно устранены из-за гонки масштабного строительства АЭС в СССР в 1970-е и 1980-е. Все это привело к главной трагедии, сделавшей реактор РБМК печально известным на весь мир – Чернобыльской катастрофе. Именно такие реакторы были на этой АЭС. После аварии 1986-года реакторы РБМК доработали и модернизировали, устранив большинство недостатков. Поэтому сегодняшние РБМК все же существенно отличаются от дочернобыльских.

Два энергоблока с ВВЭР-1200 на Ленингрдаской АЭС-2. Один уже сдан (справа), второй строится.

Два энергоблока первой очереди Ленинградской АЭС заработали в 1973 и 1975 годах, они уже отработали по 45 лет и остановлены в 2018 и 2020 годах. Им на смену были построены и синхронно с отключением старых блоков были подключены два новых энергоблока с реакторами ВВЭР-1200. Так что теперь Ленинградская АЭС – единственная российская, где одновременно работают реакторы разных типов – РБМК-1000 и ВВЭР-1200. Кстати, при этом мощность АЭС выросла на 400 МВт, и теперь это самая мощная АЭС России. Сейчас ЛАЭС обеспечивает электроэнергией Ленинградскую область более чем на 50%, а также частично снабжает теплом ближайший город атомщиков — Сосновый бор.

Мне дважды доводилось бывать на ЛАЭС-2, поэтому я видел новые энергоблоки и в строящемся виде, и тут же впервые побывал на уже работающем энергоблоке с ВВЭР-1200. 

Крупнейшие тепловые электростанции

Во многих странах до сих пор используются электростанции, работающие на ископаемом топливе и составляющие значительную долю в энергосистемах. Они успешно решают поставленные задачи, полностью обеспечивая электричеством промышленные, сельскохозяйственные и другие объекты.

ТЭС Tuoketuo

Самая мощная электростанция в мире в этом классе считается китайская тепловая установка Tuoketuo, с установленной мощностью 6600 мегаватт. Она включает в себя пять энергетических блоков, каждый из которых, в свою очередь, разделяется на две части по 600 мегаватт. Для собственных нужд станции дополнительно установлено еще два блока общей мощностью 600 МВт.

Темпы строительства составили своеобразный рекорд, поскольку временной промежуток между возведением двух блоков продолжался всего 50 дней. Топливом служит уголь, месторождение которого расположено в 50 км от объекта. Вода для технических нужд берется в Желтой реке, находящейся на расстоянии 12 км от станции. Все сооружения располагаются на площади 2,5 км2. Производство электроэнергии в течение года составляет более 33 млрд киловатт-часов.

Таичжунская ТЭС

Рассматривая крупнейшие электростанции мира следует отметить еще одну крупную тепловую установку – Таичжунскую, расположенную на острове Тайвань, как отмечено на карте. До 2011 года она считалась в своем классе наиболее крупной в мире, но затем уступила первенство станциям Tuoketuo и ГРЭС-2 города Сургута. После того как были установлены дополнительные блоки, Таичжунская ТЭС приобрела установленную мощность в 5824 МВт.

Схема электростанции включает в себя 10 энергетических блоков по 550 мегаватт, работающих на угле, потребляемом ежегодно в количестве 14,5 млн тонн. Дополнительно установлено еще 4 блока, работающих на природном газе, производительностью по 70 МВт. К общей мощности станции добавляется потенциал 22 ветровых турбин в размере 44 мегаватта. Весь комплекс зданий и сооружений располагается на территории с размерами 2,5х1,5 км. Среднегодовой показатель вырабатываемой электроэнергии находится в пределах 42 млрд киловатт-часов.

Тепловая атомная электростанция Германии

Рассматривая электростанции в Европе, следует остановиться на тепловой установке «Нойрат», расположенной в Германии южнее города Гревенбройхе, земля Северный Рейн-Вестфалия. На это место расположения указывает и карта электростанций всего мира.

Первые блоки электростанции в количестве пяти были введены в строй в 70-е годы прошлого века. Их общая производительность составила 2100 МВт или 2,1 гигаватт. В 2012 году станция пополнилась двумя новыми энергоблоками по 1000 мегаватт. Конструкция новых современных немецких установок дает возможность регулировать и равномерно распределять нагрузки в электрических сетях.

Общая мощность ТЭС, построенной в Германии, составляет 4,3 гигаватта, что позволяет отнести ее к наиболее крупным и мощным установкам, играющию важную роль в энергосистеме страны.

Электростанции России (ТЭС, ГЭС, ГАЭС, АЭС)

Тепловые электростанции (ТЭС)

Геотермальные электростанции (ГТЭС)

Все атомные электростанции России

Газотурбинная электростанция (ГТЭС)

Гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС)

Предыстория

28 сентября 1942 года Госкомитет обороны СССР утвердил создание специальной ядерной лаборатории в Академии наук, а также принял решение разрешить производство урана. С 2005 года эта дата отмечается как День ядерной науки.

Российская атомная промышленность относится к 1940-м годам, когда она имела стратегическое значение – главным образом потому, что ее соперники пытались создать ядерное оружие.

После окончания ВОВ государство активизировало исследования и финансировало инициативу по созданию подобного оружия в СССР.

20 августа 1945 года специальный комитет начал исследования, посвященные урановому проекту. Главой Комитета стал Лаврентий Берия.

Это событие стало поворотным моментом. На следующий год развернули обширную программу.

Проект контролировал Игорь Курчатов, также известный как отец атомной бомбы и пионер ядерной энергии для гражданского использования.

Новая программа позволила использовать ядерную энергию в различных секторах экономики, таких как транспорт и энергетика.

Это был рассвет новой российской ядерной эры. В последующие десятилетия у нее были максимумы и минимумы, среди которых  Чернобыльская катастрофа.

Российские ученые-ядерщики работали над крупномасштабными проектами, производя технологические достижения и превращая ядерный сектор в одну из самых успешных частей экономики.

Первая зарубежная АЭС

Атомные электростанции по примеру Обнинской не сразу, но начали создаваться за рубежом. В США решение о строительстве своей атомной электростанции было принято лишь в сентябре 1954 года, и только в 1958 году состоялся пуск АЭС «Шиппингпорт» в Пенсильвании. Мощность атомной электростанции «Шиппингпорт» составила 68 МВт. Зарубежные эксперты называют ее первой коммерческой атомной электростанцией. Строительство атомных электростанций достаточно дорого, АЭС обошлась казне США в 72,5 млн долларов.

Через 24 года, в 1982-м, станция была остановлена, к 1985 году было выгружено топливо и начат демонтаж этого огромного сооружения весом 956 тонн для последующего захоронения.

Безопасность

Список радиационных аварий в мире, начатый 12 декабря 1952 года (Чок-Риверская лаборатория) по 8 августа 2019 (полигон ВМФ России «Нёнокса»), включает в себя 22 инцидента. Кроме того, зафиксировано 7 случаев радиоактивного загрязнения местности.

Вопросы безаварийной эксплуатации на предприятиях ядерной энергетики, правильного обращения с отходами, отработавшим установленный срок топливом, проблемы консервации, ликвидации объектов атомной военной и промышленной отрасли стали в настоящее время очень актуальными.

Контроль деятельности опасных производственных объектов (к числу которых относится АЭС) осуществляет Ростехнадзор. В его распоряжении имеется целый ряд регламентирующих состояние безопасности документов.

2018-2019 годы вывели «Росатом» в число лидеров экологической безопасности. В этом нет ничего удивительного, так как ядерная энергетика всегда являлась самой экологически чистой сферой производства энергоресурсов. Ведётся работа по созданию более безопасных реакторов, размещения АЭС в сейсмоустойчивых зонах. На госкорпорацию возложена обязанность организовать ликвидацию химического оружия, построить комплексы по утилизации чрезвычайных отходов.

Величие былой державы: Лира — подводная лодка, которая была быстрее торпеды!

Первая, атомная

Уже 16 мая 1950 года было принято постановление Совета министров СССР, которое определило план строительства трех опытных реакторов для Первой АЭС (как она называлась в материалах по причине секретности программы).

В качестве вариантов реакторов Первой АЭС рассматривались уран-графитовый с водяным охлаждением, уран-графитовый с газовым охлаждением и уран-бериллиевый с газовым или жидкометаллическим охлаждением. По первоначальному замыслу все они поочередно должны были работать на единую паровую турбину и генератор мощностью 5 МВт. Надо сказать, что смелость такого подхода тогда граничила с безумством – ведь на фоне постоянных проблем с первыми советскими реакторами–наработчиками плутония попытка сразу же сделать три варианта реактора под давлением, пригодных для выдачи перегретого пара на турбину и генератор, выглядела совершенно бесшабашной идеей.

В общих чертах облик всех проектных реакторов Первой АЭС остался при реализации близким к первоначально предложенным. Собственно говоря, вокруг идей, которые были заложены тогда при проектировании этих реакторов, и крутится до сих пор большая часть российской и мировой конструкторской мысли.

Реактор с бериллиевым замедлителем стал первым в мире энергетическим реактором на жидкометаллическом теплоносителе. Впоследствии из конструкции этого реактора выросли и атомные установки подводного флота СССР, и знаменитая серия реакторов-бридеров БН, которые на сегодняшний день являются основной надеждой человечества на замкнутый ядерный цикл на уране-238.

Вместо гелий-графитового реактора в результате опытных работ был создан водо-водяной – будущий основной тип реактора для подводных лодок и ледоколов, а также основной тип реактора современных АЭС. Опять-таки здесь впервые в мире в рамках технического проекта была заложена основная идея современных лёгководных реакторов – с двумя водяными контурами. Это сейчас самый распространённый энергетический реактор в мире, именно к этому типу относится основная часть реакторов современных российских АЭС, в частности, серия ВВЭР. В США коммерческий водо-водяной реактор смогли создать только в 1957 году – им стал реактор Mark 1 производства компании Wesinghouse.

И, наконец, изначальная идея уран-графитового реактора с водяным охлаждением была признана наиболее доведенной для практической реализации и на её основе решено было строить первый блок Первой АЭС. Это оказался первый реализованный в мире проект одноконтурного канального уран-графитового реактора с водяным охлаждением. То есть Обнинская АЭС ещё оказалась прабабушкой РБМК (Реактор Большой Мощности Канальный), который через сорок лет будет печально знаменит в связи с грустным словом «Чернобыль».

Можно сказать, что Обнинская АЭС пришла в наш мир 65 лет тому назад – тогда, когда её никто не ждал. Но её «родители» – Курчатов, Доллежаль, Фейнберг, Берия, Сталин – прекрасно понимали, что этот их «ребёнок» в чём-то даже важнее первой советской ядерной бомбы. И всячески помогли ему появиться на свет.источник

Конструкция и действие ядерной установки

Сердцем любой установки является ядерный реактор, от которого напрямую зависит, как работает атомная электростанция. Внутри него происходит распад тяжелых ядер на более мелкие фрагменты. Находясь в состоянии сильного возбуждения, они начинают испускать нейтроны и другие частицы.

Воздействие нейтронов приводит к новым делениям, после чего их становится еще больше и в результате возникают непрерывные самоподдерживающиеся расщепления, известные как цепная реакция. Данный процесс осуществляется с выделением большого количества энергии, которая является основной целью всей работы АЭС и определяет ее мощность.

Примерно 85% от общего количества энергии высвобождается за очень короткий промежуток времени от начала реакции. Остальные 15% дает радиоактивный распад продуктов деления после излучения ими нейтронов. После распада атомы приходят в более стабильное состояние, а сам процесс продолжается и по окончании деления.

Типовой ядерный реактор включает в себя следующие компоненты:

  • Обогащенный уран и другое ядерное топливо.
  • Теплоноситель, с помощью которого выводится энергия, полученная при работе реактора.
  • Регулировочные стержни.
  • Замедлитель нейтронов.
  • Защитная оболочка против излучения.

В активную зону установки помещены ТВЭЛ – тепловыделяющие элементы, содержащие ядерное топливо. Они скомпонованы в кассеты, по нескольку десятков элементов. Внутри каждой кассеты имеются каналы, по которым циркулирует теплоноситель. С помощью ТВЭЛ можно регулировать уровень мощности реактора.

Принцип такой регулировки заключается в следующем:

  • Топливный стержень должен иметь определенную критическую массу, по достижении которой и начинается ядерная реакция.
  • Каждый отдельный стержень имеет массу, не дотягивающую до критической. Реакция будет происходить, если в активную зону будут помещены все стержни.
  • Путем погружения и извлечения топливных стержней, реакцию можно сделать управляемой, в том числе регулировать мощность.
  • Когда значение массы превышает критическое, происходит выброс нейтронов топливными веществами. Далее наступает столкновение выброшенных частиц с атомами.
  • Все это приводит к образованию нестабильного изотопа. Его распад наступает сразу же, с выделением тепла и энергии в виде гамма-излучения.

Во время столкновения кинетическая энергия частиц переходит друг к другу и число распадов еще больше увеличивается со скоростью геометрической прогрессии. При отсутствии управления такая реакция происходит мгновенно и сопровождается сильным взрывом, в реакторе этот процесс постоянно контролируется.

Принцип работы АЭС

Принцип работы атомной электростанции основан на действии ядерного (иногда называемого атомным) реактора – специальной объёмной конструкции, в которой происходит реакция расщепления атомов с выделением энергии.

Существуют различные виды ядерных реакторов:

  1. PHWR (также имеет название «pressurised heavy water reactor» – «тяжеловодный ядерный реактор»), используемый преимущественно на территории Канады и в городах Индии. В его основе используется вода, формула которой – D2O. Она выполняет функцию как теплоносителя, так и замедлителя нейтронов. Коэффициент полезного действия близится к 29%;
  2. ВВЭР (водо-водяной энергетический реактор). В настоящее время ВВЭР эксплуатируют только в СНГ, в частности, модель ВВЭР-100. Реактор имеет КПД равный 33%;
  3. GCR, AGR (графитоводный). Жидкость, содержащаяся в таком реакторе, выступает в роли теплоносителя. В данной конструкции замедлитель нейтронов – графит, отсюда и название. КПД составляет около 40%.

По принципу устройства реакторы также делят на:

  • PWR (pressurised water reactor) – устроен так, что вода, находящаяся под определенным давлением, замедляет реакции и подает тепло;
  • BWR (сконструирован таким образом, что пар и вода находятся в главной части устройства, не имея водяного контура);
  • РБМК (канальный реактор, имеющий особенно большую мощность);
  • БН (система работает за счет быстрого обмена нейтронами).

Устройство и структура атомной электростанции. Как работает АЭС?

Устройство АЭС

Типичная атомная электростанция состоит из блоков, внутри каждого из которых размещены различные технические приспособления. Самый значимый из таких блоков – комплекс с реакторным залом, обеспечивающий работоспособность всей АЭС. Он состоит из следующих устройств:

  • реактора;
  • бассейна (именно в нем хранят ядерное топливо);
  • машины, перегружающие топливо;
  • БЩУ (щит управления в блоках, с помощью него за процессом деления ядра могут наблюдать операторы).

Помимо прочего, имеется блок с бассейнами для отработанного топлива и специальные блоки, предназначенные для охлаждения (они называются градирнями). Кроме того, для охлаждения применяются распылительные бассейны и природные водоемы.

Принцип работы АЭС

На всех без исключения АЭС существует 3 этапа преобразования электрической энергии:

  • ядерная с переходом в тепловую;
  • тепловая, переходящая в механическую;
  • механическая, преобразовывающаяся в электрическую.

Уран отдает нейтроны, вследствие чего происходит выделение тепла в огромных количествах. Горячая вода из реактора прокачивается насосами через парогенератор, где отдает часть тепла, и снова возвращается в реактор. Поскольку эта вода находится под большим давлением, она остается в жидком состоянии(в современных реакторах типа ВВЭР около 160 атмосфер при температуре ~330 °C). В парогенераторе это тепло передается воде второго контура, которая находится под гораздо меньшим давлением (половина давления первого контура и менее), поэтому закипает. Образовавшийся пар поступает на паровую турбину, вращающую электрогенератор, а затем в конденсатор, где пар охлаждают, он конденсируется и снова поступает в парогенератор. Конденсатор охлаждают водой из внешнего открытого источника воды (например, пруда-охладителя).

И первый и второй контур замкнуты, что снижает вероятность утечки радиации. Размеры конструкций первого контура минимизированы, что также снижает радиационные риски. Паровая турбина и конденсатор не взаимодействуют с водой первого контура, что облегчает ремонт и уменьшает количество радиоактивных отходов при демонтаже станции.

Атомный проект под руководством И. В. Курчатова

В сентябре 1942 года И. В. Курчатову было всего 39 лет, по возрастным меркам науки он был молодым ученым рядом с Иоффе и Капицей. Именно в это время состоялось назначение Игоря Васильевича на пост руководителя проекта. Все атомные электростанции России и плутониевые реакторы этого периода создавались в рамках атомного проекта, которым до 1960 года руководил Курчатов.

С точки зрения сегодняшнего дня невозможно представить, что именно тогда, когда 60% промышленности было разрушено на оккупированных территориях, когда основное население страны работало для фронта, руководством СССР было принято решение, предопределившее развитие ядерной энергетики в будущем.

После оценки донесений разведки о положении дел с работами по физике атомного ядра в Германии, Великобритании, США Курчатову стал ясен размах отставания. Он начал собирать по стране и действующим фронтам ученых, которых можно было задействовать в вопросах создания ядерного потенциала.

Нехватка урана, графита, тяжелой воды, отсутствие циклотрона не остановили ученого. Работы, как теоретические, так и практические, возобновились в Москве. Высокий уровень секретности был определен ГКО (Государственным комитетом обороны). Для наработки оружейного плутония был построен реактор («котел» по терминологии самого Курчатова). Велись работы по обогащению урана.

Сколько энергии вырабатывает АЭС

Конечно, ту первую атомную станцию сложно сравнивать с современными, но именно она положила начало новому способу получения энергии, как первый iPhone запустил процесс смартфоностроения, а Ford T массовое производство автомобилей.

С тех пор количество атомных станций в мире сильно увеличилось и достигло 192 штук (суммарно 438 энергоблоков) в 31 стране мира. 10 атомных станций находится в России (суммарно 33 энергоблока). По этому показателю наша страна занимает восьмое место в мире, а по выработке энергии — четвертое.

Суммарная выработка энергии составляет примерно 392 МВт. В числе лидеров находятся США (103 МВт), Франция (66 МВт), Япония (46 МВт), Россия (25 МВт) и Южная Корея (21 МВт). Это достаточно много, и по статистике именно атомные станции обеспечивают 16 процентов потребляемой электроэнергии в мире.

Высокий интерес к атомным электростанциям и их широкое применение вызвано тем, что их КПД составляет 40-45 процентов и более, а риски существенно меньше, даже несмотря на все страшные аварии, которые происходили. С одной стороны, кажется, что если взорвется, то мало не покажется, но с другой стороны, жертв на 1 полученный киловатт по статистике у АЭС в 43 раза меньше, чем у тепловых электростанций.

Тепловая электростанция тоже то еще сооружение.

Ядерная энергетика России XXI века

Атомщикам России досталось тяжелое наследство. Объекты незавершённого строительства, разграбленные станции, отсутствие должного финансирования, плюс физический износ материальной части с большими рисками в вопросах безопасности. Пришлось прикладывать героические усилия и спасать ситуацию. Отказываться от электроэнергии никто не собирался.

Постепенно обстановка улучшается. Были достроены и запущены в эксплуатацию 4 объекта на Балаковской, Калининской и Ростовской атомных электростанциях. Дал ток 3 энергоагрегат на АЭС в г. Удомля. В конце 2007 года была создана госкорпорация «Росатом». Ядерная энергетика обретает «второе дыхание». Перечень новых достижений российских атомщиков впечатляет:

  • 2008 год – начато сооружение Нововоронежской АЭС-2, Ленинградской АЭС-2;
  • 2010 год – завершено строительство 2-го блока Ростовской атомной электростанции;
  • 2014 год – запуск 3-го агрегата АЭС в г. Ростов, пуск 4-го блока Белоярской АЭС;
  • за период с 2007 по 2019 год включено в работу 7 энергоблоков, один находится в стадии завершения строительства.

В настоящее время ядерная отрасль страны, представленная «Росатомом», являет собой огромную корпорацию, объединяющую свыше 350 предприятий и организаций. Фактически в его составе находятся 5 комплексов:

  • Энергетический, охватывающий весь технологический процесс: от добычи и обогащения урана до выработки электричества атомными станциями России.
  • Проблемы безопасности, необходимой как при эксплуатации атомных объектов, так и при утилизации отходов. Дополнительно решаются вопросы защиты окружающей среды, населения и устранения последствий техногенных аварий и катастроф (См. список крупнейших техногенных катастроф).
  • Оружейный. Его задача – обеспечение ядерной безопасности нашей страны.
  • Научный, занятый не только решением проблем атомной энергетики, но и вопросами современной медицины, электротехники, нанотехнологий и ряда других отраслей.
  • Уникальная гордость России – атомный ледокольный флот. Залог будущих достижений на бесконечных просторах Арктики и Антарктики.

К 1 ноября 2019 года в составе госкорпорации имеются 10 современных АЭС с 36 энергоблоками суммарной мощностью 30 ГВт. Имеется плавучая атомная теплоэлектростанция «Академик Ломоносов». Заключены контракты в области ядерной энергетики и добычи урана с десятками стран Европы и Азии. Ведутся переговоры в Африке и Южной Америке.

Важные события и даты

Практически все время работы после запуска реактор использовался как исследовательский благодаря наличию петлевых установок и экспериментальных устройств. Обнинская АЭС принимала самое активное участие в следующих проектах:

  • Испытания твэлов для ледокола «Ленин»
  • Полный цикл испытания для 1-го и 2-го блоков Белоярской АЭС, строительство которой началось в 1958 году
  • При помощи экспериментов на Обнинской АЭС создана первая транспортабельная атомная энергетическая установка ТЭС-3
  • Важнейшая экспериментальная база для Ядерных энергетических установок для подводных лодок.
  • Разработка реакторов ФЭИ – БР-5, БР-10 и БОР-60
  • Активное участие в разработке реакторов на быстрых нейронах БН-350, БН-600 и БН-800
  • Производились испытания для космических атомных установок «Топаз» и «Бук», и в 1970 именно на основе этих исследования создали первый в мире реактор-преобразователь «Топаз»
  • Исследовательский реактор БОР-60  и исследовательский реакторы на быстрых нейронах БР
  • Производились эксперименты для Билибинской АЭС, работающей в условиях крайнего севера.
  • Создание нейтронного спектрометра
  • Так же на станции осуществлено более десятка важных открытий и измерений в ядерной отрасли.