ВВЕДЕНИЕ

1. Роль атомных электростанций в электроэнергетике

Технические решения по развитию энергетического комплекса предполагали, что в конце 20-го столетия основную часть прироста потребности в электроэнергии Украины, не имеющей новых энергоресурсов будут обеспечивать вводы мощности на АЭС. Производство электроэнергии на АЭС должно увеличится в 1,3 – 1,5 раза.

После аварии на ЧАЭС и в особенности в последнее время резко обострилось внимание общественности, и в первую очередь неэнергетической, к проблеме развития энергетики. Особой критике подвергнуты программы развития атомной энергетики.

Опрос показал, что большинство представителей общественности против строительства АЭС в густонаселенных районах страны до тех пор, пока не будут созданы реакторы нового поколения, повышенной радиационной безопасности. Большинство опрошенных предлагают в качестве альтернативы строительство КЭС и ТЭЦ на газе, а так же использование нетрадиционных источников электроэнергии. Активные противники атомной энергетики в нашей стране зачастую в своих выступлениях ссылаются на зарубежный опыт, трактуя его как основной для отказа в использовании АЭС. Однако эта позиция неточна. Сегодня в мире существуют разные взгляды на атомную энергетику. С одной стороны в мире работают крупные АЭС с единичной мощностью до 1,3 млн. кВт. Наиболее крупными станциями являются «Фукушима» (Япония) - 9 млн. кВт, «Бунос» (Канада) – 6,4 млн. кВт, Запорожская АЭС (Украина) – 6 млн. кВ, «Гравелин» (Франция) – 5,5 млн. кВт. Страны имеющие наибольший удельный вес выработки электроэнергии на АЭС: Франция – 78%, Бельгия – 55%, Словакия – 57%, Украина – 46%, Южная Корея – 40%.

«Решение об использовании ядерной энергетики не может основываться на принципе «один размер – для всех» заявил Генеральный директор МАГАТЭ Мохаммед Эль Барадей перед началом Международной конференции «50 лет ядерной энергетике – уроки и задачи на будущее» - в Москве в июне 2004 года.

«Новые атомные станции более всего привлекательны там, где потребность в энергии возрастает, а альтернативных ресурсов недостаточно, и где энергетическая безопасность и уменьшение загрязнения воздуха и выбросов парниковых газов являются приоритетной задачей. Однако, некоторые страны отказались включить ядерную энергетику в свои энергетические балансы в связи с проблемами безопасности и отходов».


Таблица 1.Действующие и сооружаемые ядерные энергетические реакторы в мире (на июнь 2004 года)

 

Страна Действующие реакторы Сооружаемые реакторы Производство электроэнергии на АЭС в 2003 году Общий опыт эксплуатации к июню 2004 года
  Кол-во блоков (всего) МВт (суммарно) Кол-во блоков (всего) МВт (суммарно) ТВтч % от общего пр-ва Годы
Аргентина 7,03 8,59
Армения     1,82 35,48
Бельгия     44,61 55,46
Болгария     16,04 37,31
Бразилия     13,34 3,65
Венгрия     11,04 32,69
Германия     157,44 28,10
Индия 16,37 3,30
Иран        
Испания     59,36 23,64
Канада     70,29 12,53
Китай 41,59 2,18
КНДР        
Республика Корея 123,28 40,01
Литва     14,30 79,89
Мексика     10,51 5,23
Нидерланды     3,80 4,48
Пакистан     1,81 2,37
Россия 138,39 16,54
Румыния 4,54 9,33
Словакия     17,86 57,35
Словения     4,96 40,45
США     763,74 19,86
Соединенное королевство     85,31 23,70
Украина 76,70 45,93
Финляндия     21,82 27,32
Франция     420,70 77,68
Чешская республика     25,87 31,09
Швейцария     25,93 39,73
Швеция     65,50 49,62
Южная Африка     12,66 6,05
Япония 230,80 25,01
Всего 2524,74  

 

 

Есть страны, где широко распространено требование – немедленно вывести из действия АЭС и отказаться от них вообще. Такое решение принято в Швеции, Германии, Бельгии; с другой стороны Франция продолжает наращивать мощность своих АЭС, вырабатывающих сегодня более 60 млн. кВт. Продолжает строительство АЭС и Япония, несмотря на ограниченность территории и повышенную сейсмичность. Промежуточное положение заняли США, имеющие около 98 млн. кВт, вырабатываемых на АЭС. Таким образом, зарубежный опыт не дает нам прямых рецептов развития атомной энергетики.

Какие же возможны альтернативы развитию атомной энергетики. Попробуем осознать, что представляет собой снижение мощностей на АЭС на 5 млн. кВт, что соответствует снижению производства электроэнергии на 43 млрд. кВт/час. Теоретически это количество электроэнергии можно было бы вырабатывать на тепловых электростанциях. Для сравнения укажем, что выработка такого количества электроэнергии на ТЭЦ потребует дополнительного вовлечения в топливный баланс электростанций органического топлива в размере 12 млн. тонн (условного топлива). Это примерно соответствует современному уровню добычи энергетических углей в Донецком бассейне в год, что естественно совершенно нереально, а особенно сегодня в период экономического и энергетического кризиса. Компенсация указанного снижения мощности АЭС за счет дополнительного строительства гидроэлектростанций невозможна даже теоретически. Это потребовало бы сооружение 10 ДнепроГЭС.

Еще менее реальным являются предложения по использованию нетрадиционных источников энергии – ветер, солнце, тепло земли, биомасс. В перспективе реальный диапазон мощности ветрогенераторов от 250 до 1000 кВт. Ветроэлектростанции (ВЭС) имеют негарантированный энергорессурс, низкое число часов использования мощностей в год: около 2000 – 3000 часов. ВЭС требуют большего отчуждения земель, что также ухудшает их показатели. В обозримой перспективе доля ВЭС может составить не более 1% от общего количества выработанной электроэнергии в год. Единственно реальной альтернативной атомной энергетики является переход на газотурбинные электростанции. Однако реальная ситуация с газом в Украине такова, что говорить о каких либо перспективах сегодня бессмысленно.

На сегодняшний день на Украине работает 4 АЭС (Ровенская, Хмельницкая, Запорожская, Южно-Украинская), суммарной мощностью 13,88 МВт. Запорожская АЭС самая крупная станция в Европе – 6 млн. кВт. Общая доля вырабатываемой электроэнергии составляет46%.

 

2. Общие сведения об энергосистемах.

Развитие современной промышленности и аграрного комплекса требуют мощного энергетического потенциала, который может быть получен при создании и использовании энергетических систем.

Электро-Энергетическая система представляет собой совокупность электрических станций, электрических и тепловых сетей и узлов потребления, объединенных процессом производства, передачи и распределения электроэнергии и теплоэнергии и связанных общим оперативным и хозяйственным управлением.

В странах СНГимеется 95 районных энергетических систем, каждая из которых обеспечивает централизованное электроснабжение потребителей на территории, охватываемой подчиненными ей электрическими сетями. Энергосистема обслуживает обычно территорию одной области, края, автономной республики или даже отдельного государства СНГ.

С административно-хозяйственной точки зрения районная энергосистема представляет собой производственное объединение нескольких разнородных энергетических предприятий: электростанций, предприятий по эксплуатации электрических сетей, ремонтных баз, заводов энергетического профиля.

Отличительной особенностью развития современных энергосистем является их дальнейшее объединение в Единую энергосистему СНГ, в составе которой уже в настоящее время работают 79 из 95 энергосистем. Оперативно-диспетчерское управление совместной работой этих энергосистем осуществляется в рамках 9 объединенных энергосистем (ОЭС). Энергетическая система Украины входит в ОЭС Юга, которая включает в себя 9 районных энергосистем: Винницкую, Днепровскую, Донбасскую, Киевскую, Крымскую, Львовскую, Молдавскую, Одесскую и Харьковскую. Общая мощность электростанций ОЭС Юга составляет около 17,2% от всей мощности электростанций СНГ. Это самая мощная энергосистема, работающая в составе ЕЭС.

Наличие Единой энергетической системы обеспечивает ряд важных преимуществ:

· при объединении энергосистем снижается требуемая мощность электростанций за счет использования разновременности наступления максимальных нагрузок в отдельных энергосистемах;

· суточный график электрической нагрузки заметно выравнивается;

· взаимопомощь энергосистем в аварийных ситуациях позволяет уменьшить общие размеры оперативных резервов мощности;

· облегчаются условия проведения ремонтов, создаются предпосылки для взаимной компенсации непредвиденных отклонений потребляемой мощности энергорайонов.

В ЕЭС СНГ снижение общей мощности электростанций по сравнению с необходимой при изолированной работе отдельных энергосистем составляет уже более 12 млн. кВт.

Применение ЕЭС позволяет увеличить единичную мощность станций, за счет установки агрегатов наибольшей мощности, которую может изготовить электротехническая промышленность, и укрупнения электростанций. Увеличение мощности электростанций дает дополнительную экономию за счет использования общей строительной базы, одних и тех же коммуникаций. В ЕЭС достигнута высокая степень концентрации мощностей на электростанциях. В настоящее время мощность более 70 электростанций достигла и превысила 1 млн. кВт, из них 28 имеют мощность, равную 2 млн. кВт и выше. На тепловых электростанциях эксплуатируются энергоблоки единичной мощностью 1 млн. кВт каждый. Самой крупной атомной станцией в Европе является Запорожская АЭС, установленной мощностью 6 млн. кВт.

Основной системообразующей сетью ЕЭС СНГ является сеть 500 кВ. Вместе с тем в объединенной энергосистеме Юга (энергосистема Украины) широкое распространение получили сети 330 кВ и 750 кВ. В эксплуатации находится магистраль 750 кВ Донбасс – Днепр – Винница - Западная Украина – Альбертиша (Венгрия). Работает электропередача постоянного тока 800 кВ Волгоград – Донбасс.

 

3. Общая характеристика электрической станции

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ - это промышленное предприятие, на котором производится электрическая, а в некоторых случаях и тепловая энергия.

В зависимости от вида природных источников энергии (твердое топливо, жидкое, газообразное, ядерное, водная энергия, энергия ветра и т.д.), различают тепловые электростанции (ТЭС), конденсационные электростанции (КЭС), атомные электростанции (АЭС), гидроэлектростанции (ГЭС), ветроэлектростанции (ВЭС), теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) и другие.

Для каждого типа станции разрабатывается своя технологическая схема превращения первичной энергии в электрическую, а для ТЭЦ – и в тепловую. Технологическая схема характеризует последовательность основного процесса производства электрической и тепловой энергии, оснащение основным оборудованием преобразовательного процесса - автономными реакторами или паровыми котлами, паровыми или гидравлическими турбинами, электрическими генераторами. Она имеет многочисленное и разнообразное вспомогательное оборудование, и в современных условиях существенно механизирована и автоматизирована.

Оборудование располагается в специальных зданиях, на открытых площадках и под землей. Агрегаты связаны между собой как в тепловой, так и в электрической частях. Эти связи отражаются соответственно в технологических, тепловых и электрических схемах. Кроме того, на станции предусматривают многочисленные коммуникации вторичных устройств – систем управления, контроля, защиты, блокировок, сигнализации и т.п.

Станция имеет также развитые транспортные связи: внешние (с железнодорожной станцией, населенными пунктами, рабочим поселком) и на территории самой станции (между отдельными зданиями и сооружениями для перемещения оборудования, материалов, топлива как в процессе сооружения, так и во время эксплуатации).

Для выдачи электрической и тепловой энергии в энергосистему и к местным потребителям предусматривается необходимое количество электрических линий и тепловых магистралей.

Особенностью гидроэлектростанций являются мощные гидротехнические сооружения, необходимые для получения напора воды и пропуска расхода водотока.

Более 80% электроэнергии в СНГ вырабатывается тепловыми электростанциями на органическом топливе, остальная – гидравлическими и атомными электростанциями. Использование для производства электроэнергии других, кроме гидроэнергетических возобновляемых источников энергии – солнце, ветер, морские приливы, геотермальные воды и др. - пока ограничено только опытными или опытно-промышленными установками.

Однако, следует отметить, что такое процентное распределение доли электроэнергии вырабатываемой различными типами электростанций не одинаково для каждого государства СНГ. Так, на Украине доля электроэнергии вырабатываемой атомными электростанциями составляет к настоящему времени 46% и в дальнейшем предлагается эту долю увеличивать. В Азербайджане, Грузии, Узбекистане АЭС вообще отсутствуют.

По типу первичного двигателя ТЭС подразделяются на паротурбинные, газотурбинные и дизельные. В последнее время находят применение комбинированные схемы с паротурбинными и газотурбинными установками. Газотурбинные и парогазовые ТЭС пока имеют ограниченное применение, хотя и обладают с позиции энергосистемы весьма ценным свойством повышенной маневренности. Дизельные электростанции в настоящее время для выработки электроэнергии широко в ЭЭС не используются. Они находят применение в качестве автономных источников для резервирования электроснабжения особо ответственных потребителей, в частности отдельных потребителей собственных нужд АЭС, а также для производства электроэнергии в зонах, где отсутствуют централизованное электроснабжение от энергосистемы.

Паротурбинные ТЭС являются основными электростанциями большинства энергосистем. Они подразделяются на конденсационные (КЭС), предназначенные только для производства электроэнергии, с турбинами чисто конденсационного типа и теплофикационные (ТЭЦ), предназначенные для комбинированного производства электроэнергии и тепла в виде горячей воды или пара низких параметров. КПД ТЭЦ может достигать 50-70% по сравнению с 35-40% для лучших КЭС.

На современных КЭС работают энергоблоки котел – турбина - генератор – трансформатор мощностью 150, 200, 300, 500, 800 и 1200 МВт. Наиболее крупные КЭС имеют мощность 3,6 млн. кВт: Запорожская и Углегорская (Донбасс). Размещение КЭС в принципе определяется сравнительной эффективностью передачи электроэнергии и перевозки топлива.

Мощность и состав агрегатов ТЭЦ определяются параметрами тепловых нагрузок. Наиболее крупные агрегаты имеют мощность 100, 135, 175 и 250 МВт и, как и на КЭС, выполнены по блочной схеме. В связи с нецелесообразностью дальней передачи тепла (50 км и более) ТЭЦ обычно размещаются в непосредственной близости от городов и промышленных предприятий (например, Симферопольская ТЭЦ).

ГЭС предназначены для выработки электроэнергии и сооружаются часто в составе гидротехнических комплексов, одновременно решающих задачи улучшения судоходства, ирригации, водоснабжения, защиты от паводков. Агрегаты для каждой ГЭС конструируются индивидуально применительно к характеристикам выбранного створа. Для повышения маневренности энергосистем начата реализация программы строительства серии крупных гидроаккумулирующих электростанций, участвующих в выравнивании суточного графика ТЭС и АЭС, двойной мощностью (покрытие пика нагрузки при разряде и заполнение ночного провала за счет заряда).

Атомная энергетика в последние годы развивается быстрыми темпами. От первой Обнинской АЭС мощностью 5 МВт атомная энергетика прошла путь до АЭС мощностью 6000 МВт (Запорожская АЭС – самая крупная АЭС в Европе). За время, прошедшее от пуска первой АЭС, созданы многочисленные конструкции ядерных реакторов: корпусных водо-водяных; канальных графитовых и тяжеловодных, а также реакторов с газовым охлаждением. На основе этих реакторов на тепловых нейтронах и происходит широкое развитие атомной энергетики на Украине.

Одновременно ведутся работы по промышленному исследованию и техническому совершенствованию более перспективных и выгодных реакторов на быстрых нейтронах, воспроизводящих ядерное горючее в цикле производства тепла при основной реакции расщепления. В г. Шевченко на Каспийском море уже несколько лет работает опытная АЭС с реактором на быстрых нейтронах Б-350, имеющим тепловую мощность 1ГВт и рассчитанным на выработку электрической энергии при мощности генератора 150 МВт и на одновременное опреснение 120 тыс. тонн морской воды в сутки. На Белоярской АЭС в России работает блок БН-800 на 800 МВт.

Однако широкое строительство реакторов на быстрых нейтронах станет возможным после решения сложных вопросов повышения надежности реакторов до уровня, достигнутого в реакторах на тепловых нейтронах.

Теоретически в связи с малыми объемами расходуемого топлива АЭС целесообразно размещать вблизи центров потребления электроэнергии. Однако, практически, с учетом конкретных условий выбора площадок для строительства и в первую очередь условий технического водоснабжения, АЭС оказываются нередко удаленными от крупных энергоузлов с передачей электроэнергии на сотни километров.