В электроэнергетических установках даже при не очень больших температурах (около 300 градусов Цельсия)
коэффициент преобразования атомной энергии в электричество относительно высок - 30-33 процента. Важно и другое: в электроэнергетике имеются хорошие возможности для работы реакторов в базисной нагрузке, то есть практически при постоянной максимально допустимой мощности. Почему это важно? По двум причинам.
Работа в переменных режимах: с изменением мощности, температур, расходов теплоносителя - предъявляет к установкам более строгие требования; надо создавать более надежные их конструкции, а это связано с большой затратой времени и большим объемом научно-исследовательских работ. Кстати, в настоящее время исследования возможности использования АЭС в переменных или маневренных режимах уже ведутся.
Вторая причина целесообразности на первых порах работы АЭС в базисном режиме объясняется их большей по сравнению с установками на органическом топливе капиталоемкостью. Если в теплоэлектростанциях (ТЭС) стоимость вырабатываемой энергии на 70 процентов определяется стоимостью топлива и только на 30 процентов затратами на сооружение самой ТЭС, то в АЭС картина обратная: топливная составляющая стоимости электроэнергии всего 25-30 процентов. Это означает, что для АЭС чрезвычайно невыгодны простои и работа на пониженной мощности. Неработающая АЭС - это омертвленный капитал. В таких режимах работы стоимость электроэнергии на АЭС может превысить стоимость электроэнергии на ТЭС.
Вернемся к описанию типов реакторов.
Помимо электроэнергетики, которая облегчила решение ряда технических задач и уменьшила количество вариантов реакторов, существуют и другие причины, почему в различных странах начали разрабатывать атомные электростанции разного типа. В Канаде преимущественное развитие получили реакторы на тяжелой воде; в Англии - газоохлаждаемые; в США и ФРГ водоводяные (в качестве замедлителя и теплоносителя в них используется вода) и реакторы с кипящей водой; в СССР - водоводяные и реакторы канального типа, подобные реактору на Обнинской АЭС, а также было опробовано несколько реакторов другого типа - с органическим замедлителем и теплоносителем, с тяжеловодным замедлителем и газовым охлаждением, - не получивших пока широкого распространения.
Так, стихийно возникшие международные кооперации и разделение труда по исследованию, разработке и накоплению опыта эксплуатации АЭС различного типа позволили в достаточно короткие сроки выявить наиболее перспективные виды атомных реакторов. Дальнейшее развитие получили сейчас четыре типа реакторовводоводяной, реактор с кипящей водой, тяжеловодный и реактор канального типа с графитовым замедлителем.
В СССР в апреле 1964 года была создана Белоярская промышленная АЭС электрической мощностью 100 тысяч киловатт с водо-графитовым канальным реактором.
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?
