Экологические проблемы современных атомных электростанций

Потребление электроэнергии во всем мире постоянно возрастает. При этом рост потребления увеличивается более ускоренными темпами, чем выработка энергии. Использование атомной энергии для получения электричества считается одним из перспективных видов современной энергетики. С каждым годом эта область промышленности показывает рост во всем мире. Многие страны выбирают в качестве источника электроэнергии именно атомные электростанции (АЭС), так как считают, что это один из самых экологически безопасных и эффективных видов энергетики.

Топливно-энергетический комплекс АЭС включает добычу урановой руды, выделение из нее урана (обогащение), производство ядерного топлива, производство энергии на АЭС, обработку, транспортировку и захоронение радиоактивных отходов.

На атомных электростанциях энергия деления ядерного топлива превращается в электрическую. Происходит это следующим образом. В активной зоне реактора происходит реакция деления ядерного топлива, которая сопровождается выделением тепловой энергии, что приводит к повышению его температуры (рис. 1). Теплоноситель первого контура, контактирующий с топливом, также нагревается и направляется в специальный теплообменник - парогенератор для нагрева и испарения теплоносителя второго контура (чаще всего, вода). Полученный пар подается на паровую турбину, которая начинает вращаться. На одном валу с турбиной находится вал электрогенератора, в котором при вращении вырабатывается электрический ток. Отработавший пар, выходящий из паровой турбины, направляется в специальный конденсатор. В этом конденсаторе отработавший пар охлаждается холодной водой, которая поступает из градирни или водоема-охладителя. Теплоноситель в разных типах реакторов может быть разным – помимо воды, в качестве него могут использоваться и свинец, и сплав свинца с висмутом, и натрий, и др.

Рис. 1. Принципиальная схема атомной электростанции с двухконтурным водо-водяным энергетическим реактором.

Количество контуров в разных реакторах может быть разным. Реакторы большой мощности канальный (РБМК), как правило, имеют один контур (водяной). А реакторы на быстрых нейтронах чаще всего имеют три контура – один контур водяной и два контура натриевые.

Атомные электростанции являются важными генерирующими единицами энергосистемы нашей страны. На 10 российских АЭС, суммарная мощность которых превышает 24 ГВт, вырабатывается около 17% всей производимой в стране электроэнергии. При этом, например, во Франции более 78% энергии вырабатывается на атомных электростанциях. По суммарной мощности АЭС Россия занимает четвертое место в мире, уступая лишь США, Франции и Японии [1].

Радиоактивные отходы образуются на всех стадиях топливноэнергетического цикла и требуют специальных методов обращения с ними. Наиболее опасным является отработанное в реакторе топливо. В процессе выгорания ядерного топлива выгорает лишь 0,5 – 1,5%, остальную массу составляют радиоактивные отходы. Часть их подвергается переработке, основная же масса - захоронению. Технология захоронения очень сложная и дорогостоящая [2].

Один из самых значительных загрязняющих факторов - тепловое воздействие АЭС, возникающее при функционировании градирен, охлаждающих систем и брызгальных бассейнов. Они влияют на микроклимат, состояние вод, жизнь флоры и фауны в радиусе нескольких километров от объекта. КПД атомных электростанций составляет около 33-35%, остальное тепло (65-67%) выделяется в атмосферу [3].

На территории санитарной зоны в результате воздействия АЭС, в частности водоемов-охладителей, выделяются тепло и влага, вызывая повышение температуры на 1-1,5°С в радиусе нескольких сот метров. В теплое время года над водоемами образуются туманы, которые рассеиваются на значительное удаление, ухудшая инсоляцию и ускоряя разрушение зданий. При холодной погоде туманы усиливают гололедные явления. Брызговые устройства вызывают еще большее повышение температуры в радиусе нескольких километров.

Охлаждающие воду испарительные башни-градирни испаряют летом до 15%, а зимой до 1-2% воды, формируя пароконденсатные факелы, вызывая на 30-50% уменьшение солнечного освещения на прилегающей территории, ухудшая метеорологическую видимость на 0,5-4 км. Воздействие АЭС сказывается на экологическом состоянии и гидрохимическом составе воды прилегающих водоемов. После испарения воды из охладительных систем в последних остаются соли. Для сохранения стабильного солевого баланса часть жесткой воды приходится сбрасывать, заменяя ее свежей [4].

В нормальных условиях эксплуатации радиационное заражение и влияние ионизирующего излучения сведены к минимуму и не превышают допустимый природный фон. Катастрофическое воздействие АЭС на окружающую среду и людей может возникнуть при авариях и утечках [5].

Срок эксплуатации АЭС составляет около 30 лет. Значительные затраты требуются для вывода АЭС из эксплуатации. Основное решение этого вопроса заключается в устройстве саркофага над ними и дальнейшего обслуживания его в течение длительного времени.

В последнее время возвращается интерес к строительству новых атомных станций с использованием более безопасных реакторов, не связанных с образованием оружейного плутония (технологии III и IV поколения). Здесь сказывается желание снизить зависимость от импортируемых энергоносителей. В то же время роль атомной энергии в решении климатической проблемы в любом случае очень невелика. На это накладывается нерешенность проблемы захоронения отработанного топлива и утилизации облученного оборудования. Поэтому сохраняется негативное отношение общественности к этому виду энергии.