Ядрена енергетика: Разлика между версии

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Интерактивен преглед на историята
← По-стара редакцияПо-нова редакция →
Изтрито е съдържание Добавено е съдържание
ВизуаленУикитекст
мРедакция без резюме
м r2.7.2) (Робот Добавяне: la:Vis atomica
Ред 125: Ред 125:
[[cs:Jaderná energetika]]
[[cs:Jaderná energetika]]
[[en:Nuclear power]]
[[en:Nuclear power]]
[[la:Vis atomica]]
[[ml:അണുശക്തി]]
[[ml:അണുശക്തി]]
[[pl:Energetyka jądrowa]]
[[pl:Energetyka jądrowa]]

Версия от 10:56, 4 март 2013

Тази статия е за използването на ядрена енергия в енергетиката. За физическото значение вижте Ядрена енергия.
АЕЦ „Чапълкрос“, Шотландия

Ядрената енергетика е клон на енергетиката, обхващащ генерирането на електрическа и топлинна енергия от ядрени реактори. Днес 5,7% от общата енергия и 13% от електричеството в света се произвеждат в атомни електроцентрали.[1]

Първите ядрени реактори са построени през 1940-те години. В началото на 1950-те този вид енергетика навлиза в разцвет заради икономическия и военно-технологичен подем след края на Втората световна война. До средата на 1980-те са построени стотици ядрени реактори в десетки държави по света, а към 2012 година десетки са в процес на изграждане. Най-големите производители на енергия от АЕЦ в световен мащаб са САЩ, Франция, Южна Корея, Великобритания, Русия, Канада и Китай. Тези държави планират изграждането на нови мощности, докато други големи производители, като Германия и Япония, планират закриване на мощности. Други, по-малки производители, като Швеция, Финландия, България и Аржентина, също изграждат нови реактори.

Около развитието ядрената енергетика има спорове, най-вече заради безопасността ѝ. Тези дебати възникват след три значими аварии в атомни електрически централи (АЕЦ) — в Трий Майл Айлънд (САЩ) през 1979, в Чернобил (СССР) през 1986 и във Фукушима I (Япония) през 2011. Значителното радиоактивно замърсяване, съпътствало тези аварии, довежда до евакуации, повишаване заболеваемостта от рак и икономически проблеми заради изплащането на обезщетения и разчистване на замърсените райони. Поддръжниците на ядрената енергетика изтъкват липсата на отрицателно влияние върху климата, ниската консумация на гориво и високата производителност на процеса като основни предимства.

История

Създаване

През 1911 година Ърнест Ръдърфорд разработва теоретичен модел на атома, според който атомите се състоят от положително заредено ядро от протони (по това време неутроните все още не са открити), около които обикалят отрицателно заредени електрони. Редица физици, между които Нилс Бор, Анри Бекерел и Мария Кюри, впоследствие стигат до извода, че атомното ядро може да бъде разцепено въпреки мощните ядрени сили, които го поддържат цяло.

През 1932 Джеймс Чадуик открива неутрона. Две години по-късно групата на Енрико Ферми в Рим провежда експерименти по бомбардиране на уранови ядра с неутрони. Първият успешен експеримент за ядрено делене е проведен през 1938 в Берлин от немските физици Ото Хан и Фриц Щрасман. Експериментът се потвърждава от австрийските физици Лиза Майтнер и Ото Фриш в Швеция.

Първият реактор, Chicago Pile-1, достига критичната точка на 2 декември 1942 като част от проекта Манхатън.

За пръв път електричество е генерирано на 20 декември 1951 в експерименталната станция EBR-I близо до Арко, Айдахо, с начален капацитет от 100 кВ. Този реактор е и първият, който частично се разтопи през 1955.

През 1952, проучването направено от Комисията Палей (Paley Commission) (Президентска комисия за материалите) за президента Хари Труман дава „относително песимистична“ оценка на атомната енергия, и препоръчва „проучванията в целия спектър на слънчевата енергетика“.[2] През декември 1953 в своето обръщение президентът Дуайт Айзенхауер, „Мирният атом“ (Atoms for Peace), постави началото на правителствената подкрепа в САЩ за използване на атомната енергия.

През 1954, Леви Щраус(Lewis Strauss), тогава председател на Комисията по атомна енергия на САЩ(United States Atomic Energy Commission) (предтеча на Комисия по атомна енергия-САЩ/Nuclear Regulatory Commission/) говори за електричество прекалено евтино, за да се мери ("too cheap to meter.") [3] Докато всички мислят, че визира атомната енергия, той най-вероятно е имал предвид водороден синтез, а не делене на уран.[4] Всъщност, консенсусът в правителството и бизнеса е, че атомната енергия (получена чрез делене) може евентуално да бъде конкурентноспособна спрямо конвенционалните източници на енергия.

На 27 юни 1954, първата в света атомна електроцентрала, свързана към националната електропреносна мрежа започва да работи в Обнинск, СССР. Реакторът произвежда 5 мегавата електричество, достатъчно за 2 000 домакинства.[5][6]

През 1955 Първата Женевска конференция на Обединените нации става най-голямото дотогава събиране на научни работници и инженери за дискутиране на технологията. През 1957 от Европейска икономическа общност (понастоящем Европейски съюз) е създадена организацията Евроатом. През същата година се създава и Международна Агенция по Атомна Енергия (МААЕ).

Първата комерсиална атомна електроцентрала е „Calder Hall“ в Селафийлд (Sellafield), Англия, която е открита през 1956 с начален капацитет от 50 МВ (след това 200 МВ).[7] Реакторът Shippingport (Пенсилвания - 1957) е първата атомна централа в САЩ.

Една от първите организации, разработващи атомна енергия е Флотът на САЩ, където тя се използва за задвижване на подводници и самолетоносачи. Техните системи са много сигурни, благодарение на адмирал Химан Риковер (Hyman G. Rickover), водеща фигура в разработките. Флотът на САЩ използва най-много ядрени реактори, повече дори и от Руския флот, без публично известни инциденти. Първата атомно задвижвана подводница, „Наутилус“ (SSN-571), е пусната в експлоатация през 1955. Две подводници „Скорпиън“ и „Трешър“, са потънали, но не поради инциденти с техните реактори, а останките им са на такива места, че рискът от замърсяване се счита за нисък.

Енрико Ферми и Лео Силард получават патент за ядрен реактор през 1955.

Приложение

Историческо и прогнозно развитие на източниците на енергия в света, 1980-2030
Източник: International Energy Outlook 2007, EIA

През 2004, атомната енергетика осигурява 6.5% от енергията и 15.7% от електричеството в света.[8] САЩ, Франция, и Япония заедно произвеждат 57% от това електричество.[8] Към 2007 година, според МААЕ, има 435 действащи ядрени реактори[9] в 31 страни по света.[10]

САЩ произвежда най-много с 20% от електричеството, докато Франция има най-голямо процентно съотношение за електричество произведено от атомна енергия - 80% по данни от 2006 г.[11][12] В Европейския съюз като цяло, 30% от електричеството се произвеждат от атомна енергия.[13] Позицията на различните страни се различава, като например в Австрия и Ирландия няма атомни електроцентрали, докато Франция има много - 16. България има една действаща АЕЦ - АЕЦ Козлодуй и една в проект/строеж АЕЦ Белене. След затварянето на 1-4 блок под натиска на ЕС процентното съотношение на електрическа енергия произвеждана от АЕЦ спадна от 46% до 24%, което доведе до спиране на износа на електроенергия за много съседни страни, някои от които бяха принудени да въведат строг режим на тока.[източник? (Поискан преди 4168 дни)]

"Друг фактор, оказващ негативно влияние върху енергийната сигурност на България, за който много се говори, е спирането на 3-ти и 4-ти блок на АЕЦ „Козлодуй” на 31.12.2006 г., в изпълнение на поетите ангажименти от България по присъединяването към Европейския съюз. Като резултат, електропроизводството намаля от 43% през 2006 г. на 34% от общото годишно производство на електроенергия в страната." (Из "БЪЛГАРИЯ В ЕВРОПА И СВЕТА", Център за европейски и международни изследвания Фондация “Фридрих Еберт” София, 2009)

Много военни и някои цивилни (например някои ледоразбивачи) кораби използват ядрено задвижване.

На международно ниво се работи върху подобряване на безопасността. Например пасивна безопасност използване на термоядрена реакция и допълнително използване на произведената топлина — за производство на водород (за развиване на водородна икономика), за обезсоляване на солена вода или за централно отопление.


Разработване

Атомна електроцентрала

Нефтената криза през 1973 дава тласък за създаване на атомни електроцентрали по целия свят. Нефтеното ембарго води до глобална икономическа рецесия, запазване на енергия и висока инфлация. Това доведе до намаляване на търсенето на електроенергия и оттук до нуждата от нови енергийни източници е САЩ и направи финансирането на големи и капиталоемки проекти по-трудно. Като резултат 100 поръчки за ядрени реактори са отменени в САЩ.[14] Even so, the plants already under construction effectively displaced oil for the generation of electricity. In 1973, oil generated 17% of the electricity in the United States.[5] -->Днес, нефта като суровина е малка част от източниците на електроенергия (с изключение на Хавай), докато Атомната енергия генерира 20% от електричеството в САЩ. Нефтената криза накара други страни, като Франция и Япония, дотогава разчитащи на нефт за генериране на електроенергия (съответно 39% и 73%) да инвестират в атомната енергия.[15][16] Днес атомната енергия дава съответно 80% и 30% от електричеството в тези страни.

Първоначално инсталирания капацитет расте относително бързо, от по-малко от 1 гигават (ГВ) през 1960 до 100 ГВ в края на 70-те и 300 ГВ в края на 80-те. След това растежа не е толкова драстичен достигайки 366 ГВ през 2005, най-вече заради разширяването на използването на атомна енергия от Китай. Между 1970 и 1990, 50 ГВ са в процес на конструкция (с максимум от 150 ГВ в края на 70-те и началото на 80-те) — през 2005, 25 ГВ са планирани. Повече от 2/3 от поръчките за атомни централи направени в 70-те са отменени.[17]

Блокове на електроцентрала в Съединените щати, строителството на които е прекратено

През 70-те и 80-те години на 20-ти век нарастващата икономическа стойност (свързана с повишеното време за построяване, най-вече заради законови промени и спорове) и намаляващата стойност на изкопаемите горива намалява значимостта на атомните централи в строеж. През 80-те (в САЩ) и 90-те (в Европа), линейното повишаване на потреблението и приватизацията на електроразпределението също допринася за намаляване на нуждата от нови мощности.

В края на 20-ти век се създава негативно отношение към атомната енергия, най-вече поради нарастващия страх от възможен ядрен инцидент и от страха от радиоактивността, а също и създаването, транспорта и съхранението на атомни отпадъци. Инцидентите през 1979 в „Three Mile Island“ и през 1986 - Чернобилска авария имат роля в спирането на изграждането на нови мощности в много страни. Но в САЩ това се случва още преди инцидента в "Three Mile Island", след нефтената криза през 1973[18] - най-вече поради икономически причини, а не поради страх от аварии.[19]

Бъдещето

Тенденцията в началото на 21 век е разнопосочна. От една страна, някои страни са против развитието на ядрена енергетика. В Австрия тя е забранена със закон. Белгия, Германия и Швейцария имат АЕЦ и планират закриването им. От друга страна, към 2013 година в определени държави ядрената енергетика се развива силно — САЩ, Бразилия, Аржентина, Южна Корея, Китай, Индия, Русия, Канада, Пакистан, Франция и Финландия строят нови електроцентрали, а Великобритания, Южна Африка, Полша, Румъния, Турция и ОАЕ планират строителството на нови мощности.

Състояние на ядрената енергетика по света:
  Произвеждат от реактори и строят нови АЕЦ;
  Произвеждат от реактори и планират нови АЕЦ;
  Нямат АЕЦ, строят нови;
  Нямат АЕЦ, планират нови;
  Произвеждат от реактори, няма планове за нови или спиране;
  Произвеждат от реактори, планира се спирането им;
  Ядрената енергетика е забранена;
  Нямат АЕЦ

Сигурност

В историята на ядрената енергетика са се случвали сериозни инциденти. Най-големите аварии в АЕЦ се случват в Чернобил, Фукушима и Три Майл Айлънд. Други инциденти включват аварии в реакторите на съветските ядрени подводници К-19, К-27 и К-431, и разпадане на атомната батерия на спътник NAVSAT при навлизане в атмосферата през 1960-те години. Продължава разработването на технологии за т.нар. „пасивна сигурност“ и на методи за ядрен синтез.

Ядрената енергетика е предизвикала значително по-малко смъртни случаи при аварии от всички останали мащабни източници на електроенергия. Производството от въглища, природен газ и водноелектрически централи са причинили много повече смъртни случаи.[20][21][22] Ядрената енергетика обаче е на първо място по предизвикани финансови щети — около 41% от стойността на всички нанесени материални щети е от ядрени аварии.[23]

Икономика

Цикъл на използване

Проблеми, свързани с ядрената енергетика

Изтегляне от употреба

Поддръжката на ядрените реактори и съпътстващите ги инсталации продължава дълго след като те са спрели да произвеждат електроенергия. Реакторите и станциите за обогатяване на уран (ако са налични) трябва да бъдат разглобени и обработени така, че оставащите помещения и оборудване да са безопасни. След известен период на охлаждане (който при някои типове реактори може да продължи десетилетия), реакторите се нарязват, опаковат и преработват. Този процес е много скъп, времеемък, крие опасности за служителите и околната среда, и увеличава риска от инцидент или саботаж.[24]

Използваната за разглобяване енергия може да достигне 50% от вложената за построяване. Обикновено стойността на процеса е между $300 милиона и $5,6 милиарда. Най-скъп е процесът на разглобяване и разчистване при АЕЦ, пострадали от аварии. В САЩ са спрени и изтеглени от употреба общо 13 реактора, но нито един от тях не е напълно демонтиран и преработен.[24]

Промени в климата

Промените в световния климат, предизвикващи екстремни явления като горещи вълни, могат да силно да засегнат работата на атомните електроцентрали. [25] Морската вода има корозивен характер и не може да се използва от реактори, затова намаляващите запаси от прясна вода могат да се превърнат в проблем за ядрената енергетика.[25] През 2003 и 2006 Франция е засегната от гореща вълна, което налага изключването на някои ядрени реактори. През 2009 година подобна ситуация предизвиква недостиг от 8 GW във френската енергийна мрежа и правителството взима решение временно да внася ток, докато спаднат високите температури.[25]

Ефект върху околната среда

Мета-анализ от Бенджамин Совакуул на 103 различни изследвания. Според анализа емисиите на CO2 от АЕЦ за целия ѝ жизнен цикъл възлизат на 66.08 g/kWh (грама на киловатчас). Резултатите от различни източници на възобновяема енергия показват емисии от порядъка на 9–32 g/kWh.[26] Изследване от 2012 Йейлския университет показва друга средна стойност — в зависимост от типа реактор, емисиите на CO2 от АЕЦ възлизат от 11 до 25 g/kWh за целия ѝ жизнен цикъл.[27]

Анализите на емисии на въглероден диоксид (CO2) при производството на електроенергия от ядрени реактори показват, че ядрената енергетика е сравнима с възобновяемите източници на енергия в това отношение. Отделянето на парникови газове е в пъти по-високо при енергията, произвеждана от полезни изкопаеми (въглища, газ, нефт).[26][28][29]

Според Научната комисия по ефектите на атомната радиация към ООН (UNSCEAR), работата на атомни електроцентрали, включително операциите около горивния цикъл, отделят в околната среда радиоизотопи с облъчваща стойност от 0,0002 mSv (милисиверта) на година, в световен мащаб.[30] За сравнение, естственият световен радиационен фон възлиза на 2,4 mSv годишно, в зависимост от местоположението може да варира от 1 mSv до 13 mSv годишно.[30]. Остатъчната радиация от най-тежкия ядрен инцидент — този в Чернобил — към 2008 година възлиза на 0,002 mSv годишно в световен мащаб, като в годината на аварията (1986) е била 0,04 mSv на човек годишно за цялото Северно полукълбо, и много по-висока сред ликвидаторите и райони в непосредствена близост до аварията.[30]

Сравнение с възобновяемите източници на енергия

Ядрената енергетика може да се разгледа като възобновяем източник на енергия поради липсата на емисии на парникови газове при производството на електроенергия.[31] Основната инвестиция при реакторите и ветрогенераторите е тази за построяването им. За 2008 година разходите по подръжка (на единица произведена енергия) за ядрените електроцентрали са малко по-високи от тези за вятърните централи според Администрацията по информация за енергетиката (АИЕ) на САЩ,[32] и значително по-ниски според банковата група Лазард.[33]

Експлоатационният цикъл на АЕЦ е около 40 години, докато този на ветропарковете е около 25 години.[34] Ветрогенераторите обаче могат лесно да се подменят с нови, докато ядреният реактор трябва да бъде спрян при изтичане на неговия експлоатационен ресурс. Атомните електроцентрали се нуждаят също и от хранилища за отработеното гориво, а част от компонентите им трябва да се складират като радиоактивен отпадък.[35][36]

Разходите по построяването на атомна електроцентрала се покачват в последните години, докато тези за изграждането на ветрогенератори и фотоволтаични паркове спадат.[37][38] Прогнозите на АИЕ определят цената на електричеството от фотоволтаици за 2016 година да е двойно по-висока от тази от АЕЦ, а на това от ветрогенераторите — малко по-ниска от нея. Ветрогенераторите и фотоволтаиците обаче са непостоянни източници, които в продължение на дни може да не генерират никакво електричество.[39] Освен това тези два източника нямат големи мощности — най-големият слънчев парк в света (Чаранка, Индия) е с мощност от 214 MW.[40] Най-големият ветрогенераторен парк се намира в Гансу (КНР) и има инсталирана мощност от 5160 MW,[41] но генерира само 1150 MW.[41] За сравнение, най-голямата АЕЦ в света — Брус в Канада — постоянно произвежда до 6232 MW електроенергия.[42]
Средното оползотворяване на капацитета за всички ядрени реактори в САЩ е 89% за 2011 година.[43] Във Великобритания, за периода 2007-2011, ядрените реактори оползотворяват 61% от капацитета си, сравнено с 42,2% за ТЕЦ, 27,1% за ветроенергийните централи и 8,3% за фотоволтаичните централи.[44][45]

Бележки

  1. ↑ Key World Energy Statistics 2012 (PDF) // {{{journal}}}. Международна агенция по енергетика, 2012. Посетен на 2012-12-17.
  2. ↑ Makhijani, Arjun and Saleska, Scott. The Nuclear Power Deception // Institute for Energy and Environmental Research, 1996. Посетен на --.
  3. ↑ Too Cheap to Meter? // Canadian Nuclear Society, 2006. Посетен на 2006-11-09.
  4. ↑ [1]
  5. ↑ From Obninsk Beyond: Nuclear Power Conference Looks to Future // International Atomic Energy Agency. Посетен на June 27 2006.
  6. ↑ Nuclear Power in Russia // World Nuclear Association. Посетен на June 27 2006.
  7. ↑ On This Day: 17 October // BBC News. Посетен на 2006-11-09.
  8. ↑ а б Key World Energy Statistics (PDF) // International Energy Agency, 2006. Посетен на 2006-11-08.
  9. ↑ NUCLEAR POWER PLANTS INFORMATION, by IAEA, 15/06/2005
  10. ↑ World NUCLEAR POWER REACTORS 2005-06, 15/08/2006, Australian Uranium Information Centre
  11. ↑ Impacts of Energy Research and Development With Analysis of Price-Anderson Act and Hydroelectric Relicensing // Nuclear Energy (Subtitle D, Section 1241). Energy Information Administration, 2004. Посетен на 2006-11-08.
  12. ↑ Eleanor Beardsley. France Presses Ahead with Nuclear Power // NPR, 2006. Посетен на 2006-11-08.
  13. ↑ Gross electricity generation, by fuel used in power-stations // Eurostat, 2006.
  14. ↑ [2]
  15. ↑ [3]
  16. ↑ [4]
  17. ↑ 50 Years of Nuclear Energy (PDF) // International Atomic Energy Agency. Посетен на 2006-11-09.
  18. ↑ The Rise and Fall of Nuclear Power // Public Broadcasting Service. Посетен на June 28 2006.
  19. ↑ The Political Economy of Nuclear Energy in the United States // Social Policy. The Brookings Institution, 2004. Посетен на 2006-11-09.
  20. ↑ Dr. MacKay Sustainable Energy without the hot air // Data from studies by the Paul Scherrer Institute including non EU data. с. 168. Посетен на 15 September 2012.
  21. ↑ Nils Starfelt; Carl-Erik Wikdahl. Economic Analysis of Various Options of Electricity Generation - Taking into Account Health and Environmental Effects, http://manhaz.cyf.gov.pl/manhaz/strona_konferencja_EAE-2001/15%20-%20Polenp~1.pdf, посетен на 8 септември 2012 
  22. ↑ Visualizations : Deaths per TWh by energy sources // 16 March 2011.
  23. ↑ Benjamin K. Sovacool. A preliminary assessment of major energy accidents, 1907–2007, Energy Policy 36 (2008), pp. 1802-1820.
  24. ↑ а б Benjamin K. Sovacool (2011). Contesting the Future of Nuclear Power: A Critical Global Assessment of Atomic Energy, World Scientific, p. 118-119.
  25. ↑ а б в Dr. Frauke Urban and Dr. Tom Mitchell 2011. Climate change, disasters and electricity generation. London: Overseas Development Institute and Institute of Development Studies
  26. ↑ а б Benjamin K. Sovacool. Valuing the greenhouse gas emissions from nuclear power: A critical survey. Energy Policy, Vol. 36, 2008, p. 2950.
  27. ↑ Life Cycle Greenhouse Gas Emissions of Nuclear Electricity Generation // 2012.
  28. ↑ Energy Balances and CO2 Implications World Nuclear Association November 2005
  29. ↑ Life-cycle emissions analyses // Nei.org. Посетен на 2010-08-24.
  30. ↑ а б в UNSCEAR 2008 Report to the General Assembly // United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation, 2008.
  31. ↑ Comparison of Lifecycle Greenhouse Gas Emissions of Various Electricity Generation Sources
  32. ↑ Levelized Cost of New Generation Resources in the Annual Energy Outlook 2011. Released January 23, 2012. Report of the US Energy Information Administration (EIA) of the U.S. Department of Energy (DOE).
  33. ↑ LEVELIZED COST OF ENERGY ANALYSIS – June 2011
  34. ↑ Comparison of Electricity Generation Costs Table 1 and page 24
  35. ↑ Spent Nuclear Fuel: A Trash Heap Deadly for 250,000 Years or a Renewable Energy Source?
  36. ↑ Closing and Decommissioning Nuclear Power Plants // March 7, 2012.
  37. ↑ Is solar power cheaper than nuclear power? // August 9, 2010. Посетен на 2013-01-04.
  38. ↑ Solar and Nuclear Costs — The Historic Crossover // July 2010. Посетен на 2013-01-16.
  39. ↑ Solar and Nuclear Costs — The Historic Crossover // July 2010. Посетен на 2013-01-16.
  40. ↑ Gujarat’s 214MW solar park named as Asia’s largest single PV plant // PV Tech, 23 April 2012. Посетен на Apr-2012.
  41. ↑ а б Xinhua: Jiuquan Wind Power Base Completes First Stage, Xinhua News Agency, November 4, 2010. Retrieved from ChinaDaily.com.cn website January 3, 2013.
  42. ↑ Bruce Nuclear Generating Station, http://www.power-technology.com/projects/brucepowergenerating/, посетен на 20 март 2010 
  43. ↑ How much electricity does a typical nuclear power plant generate?, EIA
  44. ↑ Digest of United Kingdom energy statistics (DUKES) for 2012: chapter 5 - Electricity
  45. ↑ Digest of United Kingdom energy statistics (DUKES) for 2012: chapter 6 - Renewable sources of energy

Шаблон:Link GA Шаблон:Link GA Шаблон:Link GA

Взето от „https://bg.wikipedia.org/w/index.php?title=Ядрена_енергетика&oldid=5467402“.