Фізика. 9 клас. Головко
§ 35. Атомна енергетика України. Екологічні проблеми атомної енергетики
• Розвиток атомної енергетики в Україні та світі
• Екологічні проблеми ядерної енергетики
РОЗВИТОК АТОМНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ В УКРАЇНІ ТА СВІТІ. Протягом останніх років у світі спостерігається значне зростання частки атомної енергетики у сфері енергозабезпечення. Якщо в 1960 р. атомна енергетика забезпечувала менше 1 % потреб людства в електроенергії, то на сьогодні — близько 15 %.
Для науково-технічної співпраці у сфері мирного використання ядерної енергії 29 липня 1957 р. було створено Міжнародну агенцію з атомної енергії (рис. 35.1), або МАГАТЕ (англ. International Atomic Energy Agency). МАГАТЕ встановлює стандарти ядерної безпеки і захисту довкілля, надає країнам-членам технічну допомогу, а також заохочує обмін науковою і технічною інформацією щодо ядерної енергії.
Рис. 35.1. Головний офіс МАГАТЕ у Відні
У середньому виробництво електроенергії на АЕС, за прогнозними оцінками МАГАТЕ, буде зростати до 2030 р. на 2,5 % щороку. Сьогодні в 31 країні світу працює 441 реактор, ще 29 перебувають на стадії будівництва.
Україна входить до десятки провідних країн з виробництва електричної енергії на АЕС. У енергозабезпеченні України частка ядерної енергії становить понад 55 %, а у вихідні дні коли промислові підприємства переважно не працюють, — більш як 70 %. За цими показниками Україна займає четверте місце у світі слідом за Францією, Словаччиною, Угорщиною.
За прогнозами, лише в Україні до 2030 р. споживання електричної енергії збільшиться на 94 млрд кВт • год, а її виробництво зросте майже на третину. При цьому частка електроенергії, що виробляється на АЕС, буде найбільшою.
При виробництві атомної енергії використовують технологію, за якої ядра Урану та Плутонію розщеплюються. Важливими принциповими перевагами цих речовин порівняно з іншими видами енергетичних ресурсів, використовуваними для виробництва електроенергії у значних обсягах, є:
— надзвичайно висока концентрація енергії;
— мінімальні викиди в атмосферу;
— найменший шкідливий вплив на здоров’я людини.
Ці фактори зумовлюють переваги АЕС як екологічно чистого джерела електроенергії. Для безперебійної роботи протягом року АЕС потужністю 1 ГВт необхідно 1,4 т природного урану, тоді як ТЕС аналогічної потужності потребує до 3 млн т вугілля. Атомна електростанція, що стабільно працює, викидає в атмосферу незначну кількість радіоактивних речовин — у декілька разів менше, ніж теплова електростанція такої ж потужності. Це особливо актуально для нашої країни, оскільки на території України, а саме на Кіровоградщині, розміщені одні з найбільших у світі поклади уранових руд.
Крім того, собівартість електроенергії, виробленої на АЕС, є найнижчою порівняно з іншими типами електростанцій. У вартості електричної енергії лише 32,77 % становить енергія АЕС, при тому що її виробляється 57,16 % від загального обсягу.
У жовтні 1996 р. в Україні було створено Державне підприємство «Національна атомна енергогенеруюча компанія «Енергоатом», яка є оператором чотирьох діючих атомних електростанцій (рис. 35.2). На них експлуатується 15 атомних енергоблоків, з яких 13 типу ВВЕР-1000 і два — ВВЕР-440, загальною встановленою потужністю 13 835 МВт. «Наймолодший» реактор почав працювати у 2004 р.
Рис. 35.2. Атомні електростанції України
Оскільки термін експлуатації ядерних реакторів типу ВВЕР становить 30 років, тому особливої актуальності набувають дослідження, спрямовані на його подовження. Енергетичною стратегією України на період до 2030 року передбачено істотне збільшення потужностей ядерної енергетики — до 29,5 ГВт, введення в експлуатацію нових енергоблоків та подовження терміну експлуатації діючих. Упродовж 2010—2015 рр. після реконструкції та модернізації було продовжено на 10—20 років терміни експлуатації чотирьох діючих енергоблоків Рівненської та Южно-Української АЕС. Сьогодні фахівці НАК «Енергоатом» та науково-дослідних установ Національної академії наук України працюють над реконструкцією та модернізацією енергоблоків № 1 і 2 найбільшої в Україні та Європі Запорізької АЕС.
ЕКОЛОГІЧНІ ПРОБЛЕМИ ЯДЕРНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ. Для ядерних джерел енергії характерні компактна форма відходів і технічно обґрунтована можливість їх концентрації та локалізації. Проте значною проблемою ядерної енергетики залишаються труднощі з утилізацією радіоактивних відходів. В Україні над розв’язанням цієї проблеми працюють учені Інституту геохімії, мінералогії та рудоутворення імені М. П. Семененка НАН України. Однією з найважливіших проблем, що постають перед ученими, є розроблення технологій захоронения відпрацьованого ядерного палива. Із 2026 р. відпрацьоване паливо вітчизняних АЕС зберігатиметься в Україні, що потребує створення екологічно безпечних сховищ із використанням так званих природних іммобілізаторів відпрацьованого палива — циркону, монациту, цирконоліту, перовскіту, пірохлору, лакаргіїту.
Важливою екологічною проблемою ядерної енергетики є теплове забруднення води. У процесі роботи атомна електростанція споживає величезні маси води для охолодження.
Найбільшу загрозу екології становлять техногенні та природні катастрофи. 26 квітня 1986 р. внаслідок порушення технологічного циклу роботи ядерного реактора на Чорнобильській АЕС сталася аварія, що кваліфікується за міжнародною шкалою ядерних інцидентів як аварія найвищого сьомого рівня. Вона спричинила екологічну катастрофу та радіоактивне забруднення величезних територій (2,6 тис. кв. км), які стали зоною повного відчуження. У результаті було відселено близько 116 тис. громадян.
Аварія мала вибухоподібний характер, реактор був повністю зруйнований (рис. 35.3) і в довкілля було викинуто велику кількість радіоактивних речовин.
Рис. 35.3. Зруйнований 4-й енергоблок ЧАЕС
Перше укриття зруйнованого реактора («саркофаг») збудували лише за півроку силами 90 тисяч ліквідаторів (рис. 35.4). За стінами залізобетонної оболонки перебувало майже 200 тонн небезпечних радіоактивних матеріалів.
Рис. 35.4. «Укриття — 1» над зруйнованим 4-м енергоблоком ЧАЕС
29 листопада 2016 р. було завершене будівництво «Укриття-2» — безпечного конфайнмента, створеного спільними зусиллями українських та міжнародних учених і будівельників. Четвертий енергоблок Чернобильської АЕС закрили захисною аркою, висотою 110 м, довжиною 165 м, шириною 260 м та масою 36 тис. т (рис. 35.5). Передбачається, що вона впродовж 100 років буде захищати навколишнє середовище від радіоактивного випромінювання та забезпечить можливість розбирання конструкцій блоку реактора й утилізації ядерних відходів, перетворить забруднену територію в екологічно безпечну систему.
Рис. 35.5. «Укриття-2» — безпечний конфайнмент нового покоління
До Чорнобильської трагедії екологічні проблеми ядерної енергетики не набули належного дослідження. Але після того, як весь світ побачив руйнівну потужність мирної атомної енергії, головні екологічні проблеми ядерної енергетики стали пов’язувати з техногенними катастрофами.
Проте з’ясувалося, що значну загрозу екологічній безпеці становлять і наслідки природних катастроф. У 2011 р. сталася потужна аварія на японській АЕС «Фукусіма-1» (рис. 35.6). Хоча станція й мала запас міцності, вона не витримала одночасної дії двох стихійних чинників.
Рис. 35.6. Аварія на АЕС «Фукусіма»
Унаслідок землетрусу відключилося електропостачання станції, відразу після цього увімкнулися аварійні генератори, але вони теж довго не працювали через цунамі. Все це призвело до вибуху на першому енергоблоці. Він стався на наступний день після землетрусу. Від вибуху частково зруйнувалися бетонні конструкції, але корпус реактора не зазнав ушкоджень.
У результаті всіх подій виник витік радіації. Уряду Японії довелося евакуювати населення з 20-кілометрової зони навколо АЕС «Фукусіма».
Отже, вирішення екологічних проблем ядерної енергетики пов’язують із підвищенням рівня технічних вимог до технологічних процесів на АЕС і посиленням контролю з боку держави та міжнародної спільноти з метою мінімізації негативного впливу на навколишнє середовище та запобігання аваріям.
Це цікаво знати
Проаналізуємо добовий графік споживання електроенергії в Україні станом на 6 грудня 2015 р. (рис. 35.7).
При температурі повітря 4,9 °С в Україні на АЕС вироблялося 60,1 % загальної кількості електроенергії. В абсолютному значенні потужність АЕС була незмінною протягом доби й становила 11 ГВт. Також незмінною була потужність теплоелектроцентралей (ТЕЦ), що використовується для забезпечення теплом житлових будинків.
Оскільки вдень споживається більше електроенергії, ніж уночі, слід регулювати її виробництво. Це досягається за допомогою зміни потужності теплоелектростанцій (ТЕС), але переважно за рахунок гідроелектростанцій (ГЕС) та гідроакумулюючих електростанцій (ГАЕС). Електроенергія, що виробляється недовантаженими електростанціями енергосистеми (здебільшого вночі), використовується ГАЕС для перекачування насосами води з нижнього водоймища у верхнє. У періоди піків навантаження вода з верхнього басейну по трубопроводу підводиться до гідроагрегатів ГАЕС, включених на роботу в турбінному режимі, вироблена при цьому електроенергія віддається в мережу енергосистеми, а вода накопичується в нижньому водоймищі. Верхній басейн ГАЕС може бути штучним або природним (наприклад, озеро), як нижній басейн часто використовується водоймище, що утворилося внаслідок перекриття річки греблею. Одна з переваг ГАЕС полягає в тому, що вони не піддаються дії сезонних коливань виробництва електроенергії, як ГЕС.
Рис. 35.7. Виробництво електроенергії в Україні протягом доби 6 грудня 2015 р.
Головне в цьому параграфі
У середньому виробництво електроенергії на АЕС, за прогнозними оцінками МАГАТЕ, зростатиме до 2030 р. на 2,5 % щороку. В 31 країні світу побудовано 441 реактор, ще 29 перебувають на стадії будівництва.
Україна входить до десятки провідних країн із виробництва електричної енергії на АЕС. У енергозабезпеченні України частка ядерної енергії становить понад 55 %, а у вихідні дні, коли промислові підприємства переважно не працюють, — більш як 70 %.
В Україні чотири діючі атомні електростанції, на яких експлуатується 15 атомних енергоблоків. Вартість електроенергії, виробленої на АЕС, є найнижчою порівняно з іншими типами електростанцій.
Продовження термінів експлуатації енергоблоків АЕС — одне з найактуальніших стратегічних завдань для атомної енергетики, позитивне розв’язання якого є запорукою енергетичної незалежності України, адже проєктний термін експлуатації більшості енергоблоків закінчується.
Атомна електростанція, що стабільно працює, викидає в атмосферу дуже невелику кількість радіаційних забруднень, причому ця кількість у декілька разів менша, ніж викидів теплової електростанції аналогічної потужності.
Для ядерних джерел енергії характерні компактна форма відходів і технічно обґрунтована можливість їх концентрації та локалізації. Неминучою екологічною проблемою ядерної енергетики можна вважати також теплове забруднення води.
Вирішення екологічних проблем ядерної енергетики пов’язують із підвищенням рівня технічних вимог до технологічних процесів на АЕС і посиленням контролю з боку держави та міжнародної спільноти з метою мінімізації негативного впливу на навколишнє середовище та запобігання аваріям.
? Запитання для самоперевірки
- 1. Які переваги АЕС порівняно з іншими видами електростанцій?
- 2. Які екологічні проблеми ядерної енергетики вам відомі?
- 3. Чому ядерну енергетику можна вважати основою економічної, екологічної та енергетичної безпеки України?
Готуємося до виконання навчального проєкту
Використовуючи мережу Інтернет, проаналізуйте, як змінилася Чорнобильська зона відчуження протягом часу, що минув від аварії на ЧАЕС.
