Использование достижений ядерной энергетики в мореплавании

Тип работы:
Контрольная
Предмет:
Физика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Содержание

Введение

Характеристика ЯЭУ

Суть приоритета ядерных судов -- их новые качества

Перспективы обновления

Плавучие АЭС

Заключение

Литература

Введение

В настоящее время Россия обладает самыми большими в мире запасами обогащенного урана в форме окислов урана, низкообогащенного и высокообогащенного.

По оценкам западных экспертов российские запасы обогащенного урана достаточны для потребления действующими реакторами на протяжении около 90 лет без дополнительной добычи, при ежегодном расходе порядка 4200 метрических тонн металлического урана. Точные цифры запасов природного урана и месторасположение месторождений в бывшем СССР никогда не публиковались.

Поэтому данные Международного энергетического агентства, учрежденного в рамках организации Экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) оказались первыми опубликованными данным о состоянии ядерной энергетики страны.

Производство и потребление урана в России является закрытой информацией, хотя на Западе подобная информация периодически публикуется. Однако даже из приведенных цифр ясно, что природные запасы урана могут явиться серьезным ограничителем кратного развития ядерной энергетики.

Характеристика ЯЭУ

В полной мере потенциал ядерной энергетики может быть реализован лишь реакторами -- размножителями, имеющими коэффициент воспроизводства ядерного топлива больше единицы, способными переработать и сжечь основную массу урана--238 или же тория--232.

При коэффициенте воспроизводства больше единицы энергетический выход от 1 кг урана увеличивается более чем в 100 раз. При этом ресурсы урана в относительно богатых рудах по количеству потенциальной энергии превышают суммарные ресурсы нефти, газа и угля и достаточны для обеспечения устойчивой работы реакторов на многие столетия.

Ядерно-энергетические установки (ЯЭУ) позволяют придать морским судам качества, недостижимые при использовании судовых энергетических установок, работающих на ископаемом топливе. Прежде всего это неограниченный район плавания при работе на большой мощности, более высокая скорость и длительная автономность. Применение ЯЭУ повышает общую производительность грузовых судов всех типов за счет снижения полной массы энергетической установки, которая включает в себя массу самой энергетической установки и массу топлива для нее. Запасаемое на рейс топливо составляет 15% массы перевозимого груза, что равнозначно 10 000 тонн для грузового судна с мощностью на винтах 40−60 МВт.

На морских судах принципиально могут быть применены ЯЭУ с реактором любого освоенного типа с использованием паротурбинного или газотурбинного цикла. Наибольшее распространение получили двухконтурные ЯЭУ с водо-водяными реакторами под давлением, поскольку они наиболее отработаны, компактны, просты в управлении, характеризуются устойчивостью к качке и дифферентам. Такими установками оборудованы атомные ледоколы России «Ленин», «Арктика», «Сибирь», «Ямал», «Россия», «50 лет Победы» и зарубежные транспортные суда «Саванна» (США), «Отто Ган» (Германия), «Муцу» (Япония). На кораблях военно-морского флота высокоразвитых стран мира чаще всего используют ядерные энергетические реакторы на быстрых или промежуточных нейтронах (с энергией в интервале 1−1000 эВ), активная зона которых охлаждается жидким натрием или жидким свинцом (или его сплавами). Эти реакторы при равной с другими типами реакторов мощности имеют наименьшие габариты, а высокая температура жидкометаллического теплоносителя (~ 600°С) обеспечивает эффективность ЯЭУ порядка 40%. По данным зарубежной печати в составе ВМФ США действуют около 130 атомных подводных лодок и свыше 10 атомных надводных кораблей. Разработка высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов (ВТГР) с температурой газа на выходе из активной зоны порядка 1000 К (по Кельвину) создает перспективы использования ядерно-энергетических установок, работающих по замкнутому или разомкнутому газотурбинному циклу. По сравнению с паротурбинными установками с ядерным реактором они обладают:

· более высоким к.п.д. преобразования тепловой энергии в механическую;

· меньшими массогабаритными параметрами;

· возможностью использования в одноконтурных установках в качестве рабочего тела различных газов;

· упрощенным регулированием мощности изменением давления в контуре с сохранением высокого к.п.д. в широком интервале нагрузок;

· незначительной потребностью в охлаждающей воде и отсутствием специальной водоподготовки;

· легкостью запуска турбоустановки при любой температуре и быстротой принятия нагрузки.

Таблица 1.1 Характеристики ядерного реактора МАРС-С

Тепловая мощность, МВт

150

Диаметр/высота активной зоны, м

3,6/4

Средняя плотность энерговыделения, МВт/м3

6,2

Температура расплавно-солевого теплоносителя, Твых/Твх, °С

750/550

Топливо

максимальная температура, °С

1200

глубина выгорания, ГВт·сут/т

480

кампания топлива, лет

25

Теплообменники соль-воздух:

число постоянно работающих

6

полное число (с учетом резервирования)

12

диаметр/высота (без учета коллекторов), м

1,42/2,64

передаваемая на один теплообменник мощность, МВт

25

расход расплавно-солевого теплоносителя, кг/с

46

расход воздуха, кг/с

67

ГТУ (открытый воздушный контур)

тепловая мощность, МВт

150

к.п.д. при входной температуре воздуха 50 °C и -50 °С, %

24,30,36

расход воздуха, кг/с

402

степень сжатия воздуха в компрессоре

14

температура воздуха после компрессора, °С

360

температура воздуха перед турбиной, °С

700

габариты, длина/диаметр, м

~7,9/3,9

Масса, т

~100

Наиболее экономичны в тепловом отношении и безусловно перспективны для использования в мощных транспортных ядерно-энергетических установках термодинамические циклы газотурбинных установок с регенерацией и промежуточным охлаждением газа. Одним из важных преимуществ некоторых типов высокотемпературных реакторов является возможность загрузки топлива на весь период эксплуатации судна, т. е. примерно на 25 лет. Ядерный реактор с теплоносителем из расплава солей и топливными элементами на основе микротвэлов МАРС-С (табл. 1. 1) в комбинации с газотурбинной установкой (ГТУ), использующей в качестве рабочего тела атмосферный воздух, обеспечивает безопасную высокоэкономичную эксплуатацию ледоколов и судов ледового плавания.

Контур циркуляции расплавно-солевого теплоносителя включает активную зону реактора, боковой кольцевой и нижний торцевой отражатели, насосы, теплообменники соль-воздух. Материалом отражателя является циркулирующий расплавно-солевой теплоноситель (LiF-BeF2). Активная зона реактора состоит из графитовых тепловыделяющих сборок (ТВС) гексагональной формы размером под ключ 36 см. В ТВС в гексагональной решетке с шагом 3,5 см размещены 60 каналов диаметром 1,7 см для топлива и 31 канал диаметром 4 см для теплоносителя. В каналах для топлива располагаются топливные компакты-микротвэлы в графитовой матрице, объемная доля микротвэлов в топливном компакте составляет 33%.

Тепловые схемы действующих и проектируемых судовых ЯЭУ подчинены главным образом условиям обеспечения различных режимов работы для маневрирования, необходимых ходовых качеств, надежности и безопасности работы.

В качестве главных судовых двигателей ЯЭУ используются многоступенчатые турбины. К судовым турбинам предъявляются жесткие требования по массогабаритным соотношениям. Они работают в более широком диапазоне возможного изменения нагрузок. Судовые турбины работают на электрический генератор, а далее привод винтовой группы осуществляется от электродвигателей; возможна передача вращения турбины через редуктор непосредственно на движитель — гребные винты. В первом случае, по существу, речь идет об электростанции и условия работы отличаются от стационарных частыми и значительными изменениями нагрузки. При механической передаче в системе турбина-редуктор-движитель один из элементов должен быть реверсивным для обеспечения заднего хода судна. На транспортных судах, находящихся в длительных рейсах, главная турбина с гребной установкой связана обычно механической передачей. На ледоколах и атомных подводных лодках в связи с большими динамическими нагрузками применяется электрическая передача. Например, на ледоколе «Арктика» переменный ток, вырабатываемый шестью генераторами, преобразуется кремниевыми выпрямителями в постоянный ток, который поступает на три гребных двигателя постоянного тока каждый мощностью 16 000 кВт (22 000 л.с.).

На всех построенных надводных судах в ЯЭУ применяется среднее (по корпусу судна) расположение судовой энергетической установки. Это приводит к лучшей устойчивости судна и меньшей уязвимости ЯЭУ при авариях. Кормовое расположение судовых энергетических установок встречается в проектах танкеров, рудовозов и т. д.

Для крупнотоннажных судов с большим радиусом действия перспективны энергетические установки, работающие на ядерном топливе. Создание и широкое использование таких судов радикально изменит всю организацию и экономику морских перевозок.

Атомную энергетику отличают от энергетики на органическом топливе два важнейших свойства: очень высокая концентрация энергии и выделение ее без потребления кислорода. Эти ее свойства позволяют иметь надводным и подводным морским кораблям и судам с атомными энергетическими установками характеристики, не достижимые при использовании органического топлива, а именно: возможность длительно работать на больших уровнях мощности без дозаправки топливом и захода в порты, а также работать под водой не всплывая на поверхность.

В связи с этим в конце пятидесятых -- начале шестидесятых годов прошлого столетия во всем мире началось проектирование атомных контейнеровозов, супертанкеров, ледоколов, грузовых, пассажирских, исследовательских судов. Казалось, наступает эра атомного флота, обладающего выдающимися качествами.

Суть приоритета ядерных судов была не в экономии органического топлива. Весь морской флот потребляет его значительно меньше, чем автомобильный транспорт, и практически не оказывает сколь-нибудь заметного влияния на общее потребление органического топлива.

Суть приоритета ядерных судов -- их новые качества

В нашей стране после проведения обстоятельных исследований было установлено, что преимущества морской атомной энергетики реализуются лучшим образом в двух типах надводных судов, длительно работающих в отрыве от портов -- на ледоколах и китобазах. В конце 1953 г. было принято постановление Правительства о развертывании работ по строительству атомного ледокола, а в следующем -- атомной китобазы. Но через несколько лет проектирование китобазы было остановлено. В это время холодной войны испытания ядерного оружия в атмосфере приводили к выпадению радиоактивных осадков практически по всему земному шару, в том числе вблизи берегов Антарктиды, где велся основной промысел китов. Китов разделывали на открытых палубах, где их мясо и жир могли быть загрязнены выпадающими из атмосферы радионуклидами. Не все поверят, что загрязнение китов на атомном судне не связано с реакторной установкой, к тому же вскоре были сокращены квоты добычи китов, затем их добыча была полностью запрещена в водах Антарктики. Так что свертывание работ по атомной китобазе было правильным.

Первым в мире гражданским атомным судном, введенным в эксплуатацию в 1959 г., был ледокол «Ленин».

Рис. 1 Схема энергетической установки ледокола: 1 — активная зона реактора; 2 — теплообменник топливо-соль; 3 — теплообменник соль-воздух; 4 — электрогенератор; 5 — газовая турбина; 6 — компрессор; 7 — регенеративный подогреватель; 8 — циркуляционный насос

Энергетическая установка ледокола (рис. 1) состоит из двух реакторов типа МАРС-С, двух газотурбинных двигателей с генераторами мощностью по 45 МВт. Мощность двух ГТУ при температуре 50 °C и -50°С составляет 72,90 и 108 МВт, к.п.д. при этом равен 24, 30 и 36%. Для повышения эффективности применен предварительный подогрев воздуха с помощью двух регенераторов, по одному на каждую ГТУ. Атмосферный воздух поступает на вход компрессора 6 газовой турбины, затем из компрессора в регенератор 7, где происходит его предварительный нагрев, и далее из регенератора в теплообменник соль-воздух 3 реактора. Расплав соли температурой ~750°С циркулирует с помощью насоса 8. В теплообменниках воздух нагревается до ~ 700 °C. Нагретый воздух поступает на вход газовой турбины 5, которая приводит во вращение электрогенератор 4. С выхода газовой турбины горячий воздух температурой 550 °C поступает в регенератор 7, где нагревает поступающий от компрессора 5 воздух, и затем с более низкой температурой выбрасывается в атмосферу.

В ходовом режиме основным потребителем электроэнергии является гребная электрическая установка, в состав которой входят три гребных двухобмоточных трехфазных электродвигателя синхронного типа мощностью по 32 МВт с напряжением 10,5 кВ. Такие мощные ядерно-энергетические установки с газовыми турбинами находят применение не только на ледоколах и военных судах, но и на пассажирских лайнерах.

Ледокол сразу же был направлен на самые трудные участки Северного морского пути для проводки караванов судов. Благодаря невиданной для ледоколов мощности -- 44 000 л.с. сроки навигации в Арктике были расширены более чем в 2 раза, повышены скорости проводки судов и безопасность их плавания, развернуты новые способы доставки грузов на необорудованные причалы (выгрузка грузов на припайный лед с последующей доставкой их потребителям автотранспортом). За рубежом гражданские атомные суда были введены позднее: в 1962 г. американское грузопассажирское судно «Саванна»; в 1968 г. немецкое грузовое судно «Отто Ган»; в 1974 г. японское исследовательское судно «Муцу». Атомный ледокол «Ленин» практически с первых шагов хорошо зарекомендовал себя на трассах Северного морского пути как надежное средство обеспечения проводки караванов судов во льдах. Он колол не только льды, но и недоверие людей к новому виду морской энергетики. В 1964 г. было начато проектирование ядерной энергетической установки второго поколения. Первым с новой ядерной энергетической установкой начал эксплуатироваться а/л «Ленин» с 1970 г., а с 1975 г. а/л «Арктика», мощность машин которого была повышена до 75 тыс. л.с. Таких ледоколов было построено еще четыре. Все они двухреакторные. Позднее было построено еще два однореакторных атомных ледокола с ограниченной осадкой для работы в устьях сибирских рек. В общей сложности было построено 8 атомных ледоколов.

В дополнение к ледоколам в 1988 г. был введен в эксплуатацию лихтеровоз ледового класса водоизмещением 61 тыс. т и мощностью машин 40 тыс. л.с. Ему необязательно заходить в порт, он предназначен доставлять грузы в лихтерах -- несамоходных баржах. Лихтеры обычно сгружаются на рейде, и к потребителям доставляются буксирами. Предполагалось, что лихтеровоз можно будет вывести на международные трассы.

Атомные ледоколы превратили Северный морской путь в нормально действующую магистраль с общим потоком грузов 6.8 млн. т в год. В западном секторе Арктики навигация стала круглогодичной. Были повышены и скорости проводки судов и безопасность, исключены случаи зимовки судов во льдах. Возможности атомных ледоколов демонстрируются ежегодными круизами туристов на ледоколах к Северному полюсу.

Пока не получили развития транзитные перевозки грузов из Европы в Азию в два раза более коротким путем по сравнению с южными морями. Здесь из-за изменения ледовой обстановки колебания в доставке грузов могли достигать двух недель, что оказалось неприемлемым по коммерческим соображениям.

В настоящее время ядерные энергетические установки на 5 ледоколах выработали назначенный ресурс 100 000 часов работы на мощности. В том числе на а/л «Ленин», который после 30 лет эксплуатации выведен из состава флота. У ледоколов предполагается продление ресурса ЯЭУ до 150 000 часов. Мурманское морское пароходство подошло к решению этой задачи очень разумно. В ускоренную эксплуатацию был введен а/л «Арктика». Успешная работа его ЯЭУ в течение 160 000 часов подтверждает реальность ресурса установок 150 000 часов всех ледоколов, а для а/л «Арктика» установлен новый рубеж -- 175 000 часов При установленном ресурсе ЯЭУ 150 000 часов число действующих ледоколов будет снижаться начиная с 2011 г., а в 2015 г. их останется всего два -- «Ямал» и «50 лет Победы». Возможно оставить 3, если отремонтируют а/л «Сибирь». При условии продления ресурса до 175 000 часов после 2019 г. останется в строю лишь 2 атомных ледокола.

Все зарубежные атомные суда были демонстрационными. При их эксплуатации не ставилось задачи достичь конкурентоспособности с аналогичными судами на органическом топливе. Главной целью было накопление опыта в решении проблем атомного судна -- надежности и безопасности энергоисточника, ресурса оборудования и определение фактических затрат на всех стадиях жизненного цикла судна, включая и ремонт.

Эти задачи были решены. После этого в Германии и Японии разрабатывались проекты атомных судов коммерческого назначения, но строительство атомных судов второго поколения было осуществлено только в нашей стране.

Камнем преткновения дальнейшего развития гражданских атомных судов оказалась, главным образом, процедура захода их в иностранные порты. В основном она была сформирована в процессе эксплуатации американского судна «Саванна» и закреплена в дальнейшем в международных соглашениях.

Процедура предусматривала заход в иностранные порты по двусторонним соглашениям. Она включала необходимость заблаговременного, за несколько месяцев до захода в порт, представления принимающей стороне информации об атомном судне в объеме, достаточном для того, чтобы портовые власти могли убедиться в безопасности его для порта, а в самом порту создать особую инфраструктуру -- специальный причал, непрерывное дежурство буксирных средств, способных удалить из порта аварийное судно, подготовить средства для радиационного обследования судна перед заходом в порт.

Несмотря на соответствие атомных судов стандартам и рекомендациям наиболее престижных классификационных обществ, часто переговоры перед заходом в порт были длительными и утомительными. По сути дела, проводилось лицензирование захода в каждый порт.

Плавание по двусторонним соглашениям оказалось трудно совместимым с коммерческой эксплуатацией атомных судов. В любых делах выгода и риск должны быть сбалансированы. В процедуре захода в порт риску подвергается в основном принимающая сторона, а выгода достается, главным образом, оператору атомного судна. Конечно, грузовые операции приносят прибыль и порту, однако заблаговременно оценить их трудно. Надо также учитывать, что и величины допустимого риска могут значительно различаться для страны флага и принимающей стороны.

На конкурентоспособность атомных судов также влияет необходимость иметь особую инфраструктуру, включающую их базовое обслуживание и подготовку кадров, аналогичную предприятию «Атомфлот» в Мурманске. По мере возрастания числа атомных судов значимость этих факторов снижается, и в процессе становления гражданского атомного флота многие проблемы легче решаются в странах, имеющих атомный военно-морской флот (как это было с американским судном «Саванна») или атомные электростанции на побережьях.

Сейчас уже во всем мире признано, что атомная судовая энергетика реализует свои преимущества лучше всего на ледокольном флоте. Наша страна осознала это раньше других. Ледоколы длительно работают в отрыве от портов. Для работы во льдах требуются значительные мощности, не всегда достижимые на обычной энергетике. Уход с трассы для дозаправки топливом сопряжен со значительными убытками.

Поэтому в последние годы началось проектирование нового универсального атомного ледокола, способного, меняя осадку, работать как на основных трассах Северного морского пути, так и на его мелководных участках.

Новый ледокол проектирует традиционное для атомных ледоколов конструкторское бюро ОАО «ЦКБ «Айсберг». Ледокол, ввод в эксплуатацию которого намечается после 2015 года, обеспечит круглогодичную навигацию в западном секторе Арктики: в Баренцевом, Печорском и Карском морях, а также на мелководных участках Обской губы и реки Енисей до порта Дудинка. Универсальность ледокола заключается в его способности менять осадку от 10,5 м на глубоководных участках трассы до 8,5 м — на мелководных. Причем такое качественное изменение происходит всего лишь за несколько часов. Конечно, ледопроходимость ледокола в его мелкосидящей ипостаси будет несколько ниже, но останется вполне достаточной для выполнения своих функций.

В летне-осенний период ледокол сможет работать и в восточных районах Арктики, причем его способность преодолевать трехметровые льды позволит, по-видимому, и здесь продлить сроки навигации. Обладая шириной на 5 метров большей, чем ледоколы типа «Арктика», новый ледокол обеспечит проводку современных крупнотоннажных судов, появление которых на Северном морском пути ожидается уже в ближайшее время.

Перспективы обновления

ядерный судно энергетический установка

Модернизация транспортного флота и прогнозируемый в следующие десятилетия рост перевозок по Северному морскому пути, особенно нефти и сжиженного газа, а также появление транзитных перевозок по направлению Европа — Юго-Восточная Азия, предъявляет новые требования к энергетической установке ледокола. Если установки современных ледоколов работают при средней мощности 30−50% от номинальной, а значительная часть времени у ледоколов тратится на ожидание проводимых судов, то в перспективе ледокол должен будет работать на мощности, близкой к номинальной. Экономические соображения потребуют минимизации времени простоев, связанных с техническим обслуживанием, перезарядкой ядерного топлива и т. д.

Новые требования к энергетической установке ледокола послужили хорошим поводом для разработки новой реакторной установки. Прежняя ледокольная установка разрабатывалась в 60-е годы прошлого века и уже не может считаться вполне современной.

Благодаря настойчивости энтузиастов, в ОКБМ сегодня завершен технический проект совершенно новой реакторной установки, получившей название РИТМ-200. Сотрудники «Курчатовского института» принимали непосредственное участие в проектировании этой установки. Они исследовали на математических моделях ее динамические характеристики, обосновывали водно-химический режим, выполняли нейтронно-физические расчеты. Были выполнены работы по обоснованию возможности контролируемого пуска реактора после длительной остановки.

Несомненно, что создание установки РИТМ-200 является значительным шагом в развитии судовой ядерной техники. Интегрированная компоновка реактора, сниженная энергонапряженность активной зоны, а также другие конструктивные решения значительно повышают ее безопасность, надежность и экономичность. Обладая кроме указанных преимуществ большим модернизационным потенциалом, эта установка определяет перспективы судовой ядерной энергетики на следующие десятилетия.

Сейчас грузооборот по Северному морскому пути в результате перестройки упал в 2−3 раза. Для обеспечения перевозки норильской руды, игарского леса, грузов Северного завоза достаточно 2−3 атомных ледоколов. Но в Западном секторе Арктики ожидается значительное увеличение нефтеперевозок, для чего потребуется еще 3−4 атомных ледокола.

Прошедшие 10−15 лет ледовая обстановка в Арктике улучшилась. Но никто не знает, в какой степени усиление таяния льдов вызвано природными циклами, и в какой -- парниковым эффектом. Временное ли это явление или оно будет продолжаться и приведет к существенному изменению температур и климата в Арктике. На этот счет нет единого мнения. Многие не соглашаются с утверждением, что мы имеем дело с необратимыми процессами. На протяжении длительных периодов климатические и ледовые условия в Арктике не претерпевали коренных изменений, хотя их колебания временами оказывались весьма впечатляющими.

Несмотря на эту неясность, уже сегодня происходит настоящая гонка за пространствами и громадными ресурсами Арктики. Инвесторы, соблазненные подводными месторождениями нефти и газа, и воодушевленные прогрессом техники, спешат освоить все более северные месторождения. Приближается великий передел Арктики между прибрежными государствами.

Тающие полярные льды откроют доступ не только к огромным месторождениям органического топлива, но и к другим сокровищам -- удобным морским путям, новым крупным маршрутам, новым возможностям для рыболовства. Мир получит летнее сезонное судоходное пространство почти в 5 раз большее, чем в Средиземном море.

Но дрейфующие ледяные поля сохранятся даже летом. Необходимо будет обеспечивать безопасность и планомерную доставку к заданному сроку возрастающего потока грузов и увеличивающегося количества караванов судов. На этих маршрутах возрастет потребность в ледокольном обеспечении и для обустройства промыслов, их защите от дрейфующих льдов и айсбергов.

Когда за богатства Арктики начнутся нешуточные споры, наше присутствие на большом пространстве будет неоспоримым и очевидным, если мы будем иметь атомный ледокольный флот. Для этого, по-видимому, будет достаточно иметь 5−7 атомных ледоколов.

Для решения сложных инженерных проблем освоения месторождений предложены и нетрадиционные технические решения. Глубины моря в районах крупнейших месторождений -- Русановского, Ленинградского превышают 100 м, а в районе Штокмановского месторождения 300 м.

Значительные глубины, сложная ледовая обстановка, неблагоприятный ветровой, волновой, световой и температурный режимы сильно осложняют освоение месторождений с обычных платформ, масса которых достигает 1.5 млн. т. Есть предложения создать здесь подводную подледную систему добычи углеводородов, оборудованную атомными энергетическими установками, работающими круглогодично, независимо от ледовой обстановки. Она основывается на технологии, отработанной при создании отечественного атомного подводного флота, а также на опыте газового и нефтяного машиностроения. Мощность ЯЭУ буровых установок составит 15−20 МВт, судов промысловой обработки газа и конденсата -- 20−30 МВт, обеспечения -- 15- 20 МВт, энергетических судов -- 12 МВт.

При обустройстве комплекса большую роль могут сыграть имеющиеся атомные ледоколы.

Транспортировка грузов может также осуществляться подводным транспортом с ЯЭУ. Возможность выбрать кратчайший путь независимо от состояния водной поверхности, высокая скорость движения открывают широкие возможности для транзитных перевозок из Европы в Азию и обратно. Для прохода мелководного Берингового пролива возможно придется иметь подводные танкеры ледового класса, имеющие проходимость во льдах толщиной 1−1.5 м. Одновременно были предложены и подводные контейнеровозы.

В связи с проблемами захода атомных судов в порты появились предложения о расположении ЯЭУ в отдельном кормовом модуле, который может отделяться от остальной части судна перед заходом в порт и в случае аварии судна или ЯЭУ.

Конечно, подобная структура добычи и транспортировки углеводородов требует значительной научной и инженерной отработки. Возможно, к этому времени найдутся приемлемые решения добычи углеводородов и на суше с больших глубин -- 10−12 км, где по мнению некоторых геологов, сосредоточены запасы углеводородов, во много раз превышающие запасы в поверхностных слоях земли. А что будет экономичнее -- покажет время.

Есть еще одна сфера применения атомной энергетики -- добыча твердых полезных ископаемых с морского дна. Морское дно -- кладовая сокровищ, в которой хранятся запасы минерального сырья, существенно превышающие подобные запасы на суше. На дне океана уже открыты огромные месторождения железных, марганцевых, никелевых, медных, кобальтовых руд с большим содержанием цветных редких металлов.

Конечно, подводная добыча дороже, чем на суше. Но благодаря более высокому содержанию металлов в руде, она уже экономически целесообразна на шельфе (олово в Ванькиной губе в Восточно-Сибирском море, железная руда Ньюфаундленда, медь в Атлантическом океане).

Но главные богатства -- на больших глубинах 4−7 км. Для их освоения необходимо сооружение могущих длительно находиться на дне атомных энергетических промышленных комплексов, подобных комплексам для подводной и подледной добычи нефти и газа. Создать их гораздо сложнее, это техника завтрашнего дня.

Сначала можно ожидать такого же передела океанских территорий, к которому сейчас приступают в Арктике. Некоторые страны, в частности Япония, ввиду острого дефицита сырьевых ресурсов на суше, начала поисковые разработки глубоководных аппаратов с атомной энергетикой, способных работать на глубине 6.5 км.

Сейчас начинает вырисовываться перспектива ренессанса атомной энергетики на суше и на море. Крупнотоннажные суда, на которых атомная энергетика более конкурентоспособна по сравнению с судами на органическом топливе вряд ли будут регулярно допускаться в порты крупных городов, несмотря на безопасность их энергетических установок.

Возможно, их будут принимать на удаленных от городов терминалах, оборудованных соответствующими подъездными путями, как это сделано было для японского атомного исследовательского судна «Муцу». Не исключена и рейдовая разгрузка атомных судов, подобная той, что применяется для супертанкеров и лихтеровозов.

Отработанная технология морских ядерных энергетических установок может найти применение и в других областях. В России имеются утвержденные технические проекты плавучих атомных энергетических станций мощностью 6 МВт (э) и 70 МВт (э). Они могут также обеспечивать теплоснабжение отдаленных поселков и использоваться для опреснения воды.

Возможно применение морских атомных установок модульного типа для электро- и теплоснабжения удаленных населенных пунктов и на суше.

Суда с атомными энергетическими установками хорошо себя зарекомендовали в Арктике, где требуется длительная работа на больших мощностях в отрыве от портов.

Даже в условиях предполагаемого потепления в Арктике, открывающего доступ к крупнейшим месторождениям углеводородов, необходимость ледокольного обеспечения на вновь открываемых трассах сохраняется.

Атомная энергетика открывает и нетрадиционные технические решения добычи углеводородов -- подводными и подледными комплексами.

Она позволяет также приступить к детальной разведке минеральных богатств с высоким содержанием металлов в руде в виде различного вида конкреций и корок и освоению способов их добычи на глубинах 4−7 км комплексами, использующими ядерные энергетические установки.

Крупнотоннажные и высокоскоростные атомные суда получат распространение только после того, как будет найдено более простое решение проблемы захода в порты: разгрузки на рейде или на удаленных от порта, являющегося как правило, крупным городом, терминалах, связанных подъездными путями с основными транспортными магистралями.

Говоря об этих перспективах, нельзя не упомянуть о такой ветви судовой энергетики, как плавучие атомные станции. Независимо от того, какой ядерной установкой снабжена плавучая станция, это — судовая установка, потому что плавучая станция — судно.

Плавучие АЭС

Конструкция станции и всех ее элементов должна удовлетворять требованиям правил Российского морского регистра судоходства и нормативных документов Ростехнадзора для судовых установок, а в международном плане — требованиям кода Международной морской организации (ИМО) по безопасности торговых атомных судов.

С другой стороны, именно судовые ядерные энергетические установки послужили основой для проектов плавучих атомных станций, в том числе для строящейся в настоящее время и достаточно хорошо известной станции «Академик Ломоносов» с реакторной установкой типа КЛТ-40С.

Она представляет собой модификацию ледокольной реакторной установки. Были приняты меры по снижению воздействия нейтронов на материал корпуса реактора, что позволило продлить до 40 лет срок службы этого важнейшего элемента станции. Существенные изменения затронули конструкцию активной зоны. Была поставлена и достигнута цель: снизить обогащение топлива по изотопу 235U до величины ниже 20%, выполнив тем самым рекомендацию МАГАТЭ по нераспространению делящихся материалов.

Опыт эксплуатации первой плавучей станции, пуск которой намечен на конец 2012 года, покажет, насколько правильными были те или иные решения. Однако ясно, что для перспективных плавучих атомных станций, конечно же, нужна специализированная реакторная установка. При ближайшем рассмотрении оказывается, что такой установкой вполне может служить та же РИТМ-200. При одинаковой с КЛТ-40С мощности она сможет работать без перезарядки топлива в течение межремонтного периода, избавив плавучую станцию от хранилищ отработавшего топлива и, самое главное, от операций с топливом вдали от ремонтного предприятия.

Может создаться впечатление, что перспективы развития судовой ядерной энергетики связаны не только с одним видом реакторов — водо-водяным, но и вообще только с одной проектируемой ныне реакторной установкой.

На ближайшие 10−20 лет это действительно так. К тому же в дальнейшем установка может быть подвергнута значительной модернизации, а при необходимости может быть создан мощностной ряд подобных установок.

Что касается других видов реакторов (с жидкометаллическим теплоносителем, газоохлаждаемых), обладающих таким, например, положительным свойством, как повышенный КПД, целесообразность и перспективность их применения на гражданском флоте требует внимательного изучения.

Заключение

Атомная энергетика обладает важными принципиальными особенностями по сравнению с другими энерготехнологиями:

· ядерное топливо имеет в миллионы раз большую концентрацию энергии и неисчерпаемые ресурсы;

· отходы атомной энергетики имеют относительно малые объёмы и могут быть надёжно локализованы, а наиболее опасные из них можно «сжигать» в ядерных реакторах.

Это открывает принципиально новые возможности и перспективы:

· в реализации такого топливного цикла, при котором из ограниченных природных запасов топливного сырья в течение тысячелетий можно получать необходимое количество энергии для удовлетворения энергопотребности человечества при любом прогнозируемом сценарии развития цивилизации;

· в осуществлении такого замкнутого технологического цикла, при котором воздействие атомной энергетики на окружающую среду будет существенно меньше, чем воздействие других традиционных энерготехнологий;

· в развитии энергетики для удалённых районов и для крупных транспортных средств;

· в замещении ядерным топливом органического топлива, которое в отличие от первого может быть эффективно использовано для других целей: химический синтез, транспорт и т. д.

Таким образом, атомная энергетика потенциально обладает всеми необходимыми качествами для постепенного замещения значительной части- энергетики на ископаемом органическом топливе и становления в качестве доминирующей энерготехнологии. Создание необходимых предпосылок и реализация принципиальных особенностей атомной энергетики составляют основное содержание стратегии её развития. Востребованность принципиальных особенностей атомной энергетики будет означать востребованность крупномасштабной атомной энергетики. Значение развития ядерной технологии и атомной энергетики для России определяется её национальными интересами:

· ядерные технологии в рассматриваемый период остаются основой обороноспособности России;

· атомная энергетика без ограничений со стороны дешевого и общедоступного топлива открывает новые возможности в развитии экономики России;

· крупномасштабная атомная энергетика переносит центр тяжести в энергетическом производстве с топливодобывающих отраслей и транспорта топлива на современные наукоёмкие ядерные и сопутствующие неядерные технологии, а в экспорте — с топливного сырья на продукцию этих технологий, что даст новый импульс социальному и культурному развитию России;

· развивающаяся атомная энергетика позволит избежать опасностей, связанных с исчерпанием органического топлива и международными конфликтами из-за его источников, что будет способствовать стабилизации международной обстановки;

· вовлечение плутония из сокращаемых ядерных боеголовок и ядерного топлива (ЯТ) в сбалансированный по нему замкнутый топливный цикл быстрых реакторов будет способствовать режиму нераспространения; с переводом же в дальнейшем тепловых реакторов в торий-урановый цикл, построенный подобным образом, отпадёт нужда в технологиях обогащения урана, что будет являться важной технологической предпосылкой к полному запрещению ядерного оружия и значительным фактором увеличения глобальной безопасности;

· способствуя безопасному экономическому и социальному развитию и сохранению среды обитания, атомная энергетика будет давать весомый вклад в рост продолжительности и качества жизни граждан России.

Инициатива России по выработке долговременной ядерной стратегии вполне соответствует ее традиции и статусу в этой области, ее собственным интересам и глубоким интересам мирового сообщества. Разработка стратегии должна быть нацелена на решение долговременных топливно-энергетических проблем не только России, а мира и исходить из представлений о вероятном развитии мировой энергетики в рассматриваемый период и далее.

Список литературы

1. Программа развития атомной энергетики Российской Федерации на 1998−2005 годы и на период до 2010 года: Постановление Правительства Российской Федерации от 21 июля 1998 г. № 815.

2. Белая книга ядерной энергетики /Под общ. ред. проф. Е. О. Адамова: Первое издание. М: ГУП НИКИЭТ, 1998. «Энергетика: цифры и факты»: По материалам МАГАТЭ «Energy, electricity and nuclear power…» IAEA, Vienna, 1998 (M.: ЦНИИатом-информ, 1999, № 1).

3. Nuclear Technology Review 2000: GOV/INF/2000/XXX/ Vienna: IAEA, 2000.

4. Nucl. Europe World-scan. 1998. N 11−12. P. 57−58.

5. Энергетическая стратегия России до 2020 г.: Проект. Минтопэнерго России, 2000.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой