Атомна енергетика України у системі РПС

    Вступ

    Атомна  енергетика стала окремою галуззю  енергетики після Другої світової війни. Сьогодні вона відіграє важливу роль в електроенергетиці світу, зокрема  і України.

    Це  зумовлено тим, що Україна належить до держав, недостатньо забезпечених власним енергоресурсом.

    Окремими  видами палива країна забезпечена лише на 20-30% і тільки вугіллям на 100%. Водночас Україна має найбільш енергомістку економіку: споживання умовного палива на душу населення у нас становить  приблизно 6,5 т. Тоді як у США, Японії та країн західної Європи тільки 4,2-5,5 т.

    Запаси  горючих копалин в Україні  обмежені, вони здатні задовольнити потреби  на протязі всього 100-150 років, тоді як атомні енергоносії (уран, торій, літій), та використання реакторів нового покоління  сприяють тому, що запаси атомної енергетики стануть безмежними.

    Протягом  останніх років Україна зазнає великої  енергетичної кризи, викликаної прискореним  розвитком енергомістких галузей  господарського комплексу безплатним і марнотратним використанням енергоносіїв, відсталими технологіями, виснаженням і деградацією розвіданих покладів вугілля, нафти і газу, через що, наприклад, відбуток нафти став знижуватись з 1970р., газу і вугілля з 1975р.

    Тільки  роботу атомних електростанцій в  Україні визначено як задовільну. Сьогодні немає жодного надпланового простою блоків АЕС Найбільш системно до осінню – зимового періоду готуються саме атомні електростанції.

    Велика  перевага атомної енергетики перед  енергетикою інших  видив вища енергоємність ядерного палива (в 2 млн. разів більша  ніж нафти, в 3 млн. разів ніж вугілля).

    За  даними експертів зараз на 40% електростанції (ТЕС,ГЕС) України використовуються морально-застаріле обладнання, що в 2010 році призведе до різкого зниження виробництва електроенергії.

    Атомна  енергетика України працює і над тим, щоб збільшити виробництво рідкого палива: вилучені з обробітку надмірно забруднені радіонуклідами землі використовуються для вирощування ріпаку, зерна, картоплі та інших культур і виробництва з них спирту які можна додавати до бензину. Калорійність такого палива набагато вища, ніж одного бензину.

    Якщо  через 100 років відбудеться збільшення народонаселення в Україні навіть в 5 разів, то практично задовольнити потреби людей в їжі можливо  буде тільки тоді, коли енергопостачання дасть можливість довести урожаї до високого рівня, тобто не їжа, а енергія може бути гальмом усунення голоду із життя людства. В цих умовах постає питання: який вид енергії самий економічний, безпечний і самий чистий? На розвиток якої галузі направити основні засоби.

    Метою курсової роботи є дослідження атомної енергетики України у системі РПС.

    Основними завданнями курсової роботи є:

• розкриття значення ролі та місця атомної енергетики в економіці країни;
• з’ясування особливостей і факторів розміщення атомної енергетики України;
• характеристика сучасних проблем розвитку атомної енергетики України;
• дати оцінку перспективам розвитку атомній енергетиці в Україні.

    1. Роль, значення та  місце атомної  енергетики в економіці  країни

    Електроенергетика – основа  розвитку  економіки, вона  є  складовою  частиною  паливно-енергетичного  комплексу  України.

    У  господарському  комплексі  України  електроенергетика  відіграє  дуже  важливу  роль. Близько  половини  всього  первинного  палива (вугілля, нафта, газ, уран), що    його   має   чи   одержує    з    інших    держав   Україна,    а також енергія окремих річок використовується  для виробництва електроенергії  та  теплоенергії. Електроенергетика – одна  з найдавніших галузей народного господарства  України. Вона  забезпечує всебічний науково-технічний прогрес у всіх    без   винятку виробництвах, поліпшує  умови праці і побуту.

    Розвиток  електроенергетики,    будівництво   потужних  електростанцій  сприяють  створенню  нових  промислових    вузлів.   Окремі   галузі  промисловості    територіально   наближені   до   джерел   дешевої    електроенергії.

    Електроенергію   в  Україні   виробляють    теплові  (ТЕС) 43,2 %,  гідравлічні (ГЕС) 5,2% , гідроакумулятивні (ГАЕС)   та    атомні  (АЕС) 47,4%    станції, що наведено на рис.1.1.

    Рис. 1.1. Розподіл електростанцій за виробництвом електроенергії, %

       Електроенергетика  тісно   пов’язана  з  промисловістю, що показано на рис.1.2.

    Рис.1.2. Взаємозв’язок електроенергетики з промисловістю

    За  обсягами виробництва електроенергії провідне місце належить атомним електростанціям, що випливає із динаміки виробництва електроенергії, це наведено у табл.1.1.

    Таблиця 1.1

    Динаміка  обсягів виробництва електроенергії на АЕС, ГЕС та ТЕС протягом 2003—2007 років

    Протягом  останніх років Україна зазнає великої енергетичної кризи, викликаної прискореним розвитком енергомістких галузей господарського комплексу безплатним і марнотратним використанням енергоносіїв, відсталими технологіями, виснаженням і деградацією розвіданих покладів вугілля, нафти і газу, через що, наприклад, відбуток нафти став знижуватись з 1970р., газу і вугілля з 1975р.

    Тільки роботу атомних електростанцій в Україні визначено як задовільну. Сьогодні немає жодного надпланового простою блоків АЕС Найбільш системно до осінього – зимового періоду готуються саме атомні електростанції.

    Використання  транспортабельного палива дає змогу  розташовувати АЕС незалежно  вид паливно – енергетичного  фактора та орієнтувати на споживача  у районах з напруженим паливно  – енергетичним балансом. Приклад, виплавляння алюмінію  завдяки Запорізький АЕС.

    Велика  перевага атомної енергетики перед  енергетикою інших  видів :

• вища енергоємність ядерного палива (в 2 млн. разів більша  ніж нафти, в 3 млн. разів ніж вугілля);
• кращі економічні показники;
• не потребує кисню, якого на енергетичні потреби використовується в 5 разів більше, ніж цього потребують усі живі істоти;
• запаси ядерного палива в 20 разів більше, ніж палива інших видів.

    По  даних експертів зараз на 40% електростанції (ТЕС,ГЕС) України використовуються морально-застаріле обладнання, що в 2010 році призведе до різкого зниження виробництва електроенергії [21].

    Атомна  енергетика України працює і над  тим, щоб збільшити виробництво  рідкого палива: вилучені з обробітку  надмірно забруднені радіонуклідами землі використовуються для вирощування ріпаку, зерна, картоплі та інших культур і виробництва з них спирту які можна додавати до бензину. Калорійність такого палива набагато вища, ніж одного бензину.

    Економічна  комісія ООН зробила важливий висновок: існує пряма залежність рівня економічного розвитку енергетики.

    Якщо  через 100 років відбудеться збільшення народонаселення в Україні навіть в 5 разів, то практично задовольнити потреби людей в їжі можливо  буде тільки тоді, коли енергопостачання дасть можливість довести урожаї до високого рівня, тобто не їжа, а енергія може бути гальмом усунення голоду із життя людства. В цих умовах постає питання: який вид енергії самий економічний, безпечний і самий чистий? На розвиток якої галузі направити основні засоби.

    Виробіток електроенергії не єдина область  застосування ядерно-енергетичних установок. Не менше важлива й інша їхня спеціалізація - для виробництва промислового і  побутового тепла. Нагадаємо, що, наприклад, в Україні на ці потреби витрачається, що добуваються пальних копальневих. Таким чином, електроенергетика є лише одним із багатьох, але не головним споживачем копальневого палива. Серед інших у першу чергу необхідно назвати енергоємні процеси в металургійної, нафтової, хімічної промисловості.

    На  металургійних заводах яскраво виявляється екологічна перевага атомної енергії. Зникають тисячотонні викиди вуглекислого газу і сірчистого ангідриду, неминуче традиційним властивим засобам виплавки чавуна і стали. У тисячу разом зменшується надходження шкідливих відходів у воду, у повітря, у землю.

    Перспективно  застосування ядерної енергії в  інших областях - для виробництва  цинку, алюмінію, у підземній газифікації, при видобутку крекінга і риформінгу нафти, у хімічній індустрії (виробництво  хром звинувачувала, етилену, аміаку), одержання ароматних вуглеводів. Немає сумнівів, що в області мирного використання атомної енергії в найближчі роки будуть включені нові галузі, техніки і виробництво.

    Сучасні темпи енергоспоживання складають  приблизно 0,5 Q у рік, проте вони ростуть у геометричній прогресії. Так, у першій чверті третього тисячоріччя енергоспоживання, за прогнозами, складе 1 Q у рік. Отже, якщо навіть врахувати, що темпи росту споживання електроенергії декілька скоротяться через удосконалювання енергозберігаючих технологій, запасів енергетичної сировини вистачить, як було вже зазначено, максимум на 100 років.

    Проте положення збільшується ще і невідповідністю  структури запасів і споживання органічної сировини. Так, 80% запасів  органічного палива припадає на вугілля і лише 20%  на нафту і газ, у той час як 8/10 сучасного енергоспоживання припадає на нафту і газ. Отже, тимчасові рамки ще більш звужуються.

    Альтернативою органічному паливу і поновлюваному  джерелу енергії є гідроенергетика. Проте і тут джерело енергії достатньо сильно обмежений. Це пов'язано з тим, що значні ріки, як правило, сильно віддалені від промислових центрів або їхніх потужностей практично цілком використані. Таким чином, гідроенергетика, у дійсний момент забезпечує  біля 10% виробництва енергії у світі, не зможе істотно збільшити цю цифру.

    Величезний  потенціал енергії Сонця міг  би теоретично забезпечити усі світові  потреби енергетики. Але якщо віднести цю енергію на один квадратний метр поверхні Землі, то середня теплова  потужність утвориться не більш 200 Вт/м, або біля 20 Вт/м електричної потужності при КПР перетворення в електроенергію 10%. Це, очевидно, обмежує можливості сонячної енергетики при створенні електростанцій великої потужності (для станції потужністю 1 млн. кВт площа сонячних перетворювачів повинна бути біля 100 км ).

    Принципові  трудності виникають і при  аналізі можливостей створення  генераторів великої потужності, що використовують енергію вітру, припливи і відливи в океані, геотермальну енергію, біогаз, рослинне паливо і т.д. Все це призводить до висновку про обмеженість можливостей розглянутих так називаних “відтворених ” і щодо екологічно чистих ресурсів енергетики, принаймні, у щодо близькому майбутньому. Хоча ефект від їхнього використання при рішенні окремих приватних проблем енергозабезпечення може бути вже зараз дуже вражаюча, сумарна частка відтворених ресурсів у найближчі 40 -50 років не перевищить 15 - 20% [9].

    Отже, атомна енергетика посідає значне, передове місце у енергетиці країни. Відповідно помітне місце посідає  і в економіці країни. При нинішній ситуації, що склалась в Україні, атомна енергетика є реальним виходом із енергетичної залежності. 
 

    2. Особливості і  фактори розміщення  атомної енергетики  України

    На  усе більш конкурентному і  багатонаціональному глобальному енергетичному ринку ряд найважливіших чинників буде впливати не тільки на вибір виду енергії, але також і на ступінь і характер використання різних джерел енергії. Ці чинники містять у собі:

• оптимальне використання наявних ресурсів;
• скорочення сумарних витрат;
• зведення до мінімуму екологічних наслідків;
• переконливу демонстрацію безпеки;
• задоволення потреб національної і міжнародної політики.

    Для ядерної енергії ці п'ять чинників визначають майбутні стратегії в  області паливного циклу і  реакторів. Ціль полягає в тому, щоб оптимізувати ці чинники.

    Хоча  досягнення визнання з боку громадськості  не завжди включалося в якості найважливішого чинника, у дійсності цей чинник є життєво важливим для ядерної  енергії. Необхідно відкрито і вірогідно  ознайомити громадськість і осіб, що приймають рішення, із реальними вигодами ядерної енергетики. У такому нижче обговоренні утримуються елементи переконливої аргументації [24].

1. Максимальне використання ресурсів. Відомі і ймовірні запаси урану і цирконію в Україні повинні забезпечити достатнє постачання ядерним паливом у короткостроковому і середньостроковому плані, навіть якщо реактори будуть працювати головною уявою з однократними циклами, що передбачають поховання палива, що відпрацював. Проблеми в паливозабезпеченні атомної енергетики можуть виникнути лише до 2030 року за умови розвитку і збільшення до цього часу атомних енергопотужності. Для їхнього рішення будуть потрібні розвідка й освоєння нових родовищ урану, виробництво ядерного палива на території України, використання накопичених збройного й енергетичного плутонію й урану, розвиток атомної енергетики на альтернативних видах ядерного палива. Одна тонна збройового плутонію по теплотворному еквіваленті органічного палива при “згоранні ” у теплових реакторах у відкритому паливному циклі відповідає 2,5 млрд. куб. м. природного газу. Наближена оцінка показує, що загальний енергетичний потенціал збройової сировини, із використанням у парку АЕС також реакторів на швидких нейтронах: запровадження нових технологій (термоядерна енергетика), яка використовує тільки дейтерій – dd-реакція, приводить до якісно нових впливів на оточуюче середовище і може відповідати виробітку 12-14 трлн. кіловат-годин електроенергії і заощадити в електроенергетиці біля 3,5 трлн. кубометрів природного газу.

    2. Досягнення максимальної економічної  вигоди. Оскільки витрати на паливо щодо низькі, для загальної економічної життєздатності ядерної енергії дуже важливо скорочення сумарних витрат за рахунок зниження витрат на розробку, вибір площадки, спорудження, експлуатацію і початкове фінансування. Усунення неповностей і мінливості вимог ліцензування, особливо перед запровадженням в експлуатацію, дозволило б здійснити більш прогнозовані стратегії капіталовкладень і фінансові стратегії.

    3. Досягнення максимальної екологічної  вигоди. Хоча ядерна енергія з погляду  обсягів споживаного палива, викидів і  відходів , що утворяться , має явні переваги в порівнянні з теперішніми системами, що використовують копальневі види палива, подальші заходи для зм'якшення відповідних екологічних проблем можуть зробити значний вплив на відношення громадськості.

    Оскільки  загальний вплив ядерного паливного  циклу на здоров'я людей і навколишнього  середовища є невелика, увага буде спрямована на поліпшені методи в  області радіоактивних відходів. При цьому була б зроблена підтримка цілям стійкого розвитку й у той же час підвищена конкурентоздатність у порівнянні з іншими джерелами енергії, для котрих також повинні належним чином вирішуватися питання відходів. У реакторні системи й у паливні цикли можуть бути внесені зміни, що поведуть до мінімуму утворення відходів. Будуть уводитися проектні вимоги по зменшенню кількостей відходів і такі методи скорочення обсягів відходів, як компактування.

    4. Максимальне підвищення безпеки  реакторів. Ядерна енергетика в цілому має відмінні показники безпеки: в Україні функціонує 5 АЕС, на яких встановлено 11 енергоблоків, що працюють у середньому більш ніж по 20 років. Проте чорнобильська катастрофа показала, що дуже важка ядерна аварія може призвести до радіоактивного забруднення в масштабах країни і регіону. Хоча питання безпеки й екології стають найважливішими для всіх джерел енергії, багато хто сприймають ядерну енергетику як особливо й органічно небезпечну. Стурбованість із приводу безпеки в сполученні з відповідними регламентаційними вимогами буде найближчим часом як і раніше робити сильний вплив на розвиток ядерної енергетики. З метою зниження масштабів реальних і можливих аварій на установках буде здійснений ряд підходів. Надзвичайно ефективні бар'єри (такі, як подвійні захисні оболонки) знизять можливість значних радіологічних наслідків аварій за межами площадок до вкрай низького рівня, усуваючи необхідність у планах аварійних дій. Підвищення характеристик цілісності корпуса реактора і реакторних систем також дозволить знизити можливість виникнення наслідків на площадці. Внутрішня безпека конструкцій і технологічних процесів на станціях може бути підвищена скоріше шляхом умикання пасивних функцій безпеки, чим активних систем захисту [7].

    Отже  при розміщенні атомної енергетики враховуються такі принципи:

• максимальне використання ресурсів;
• досягнення максимальної екологічної  вигоди;
• максимальне підвищення безпеки реакторів;
• досягнення максимальної економічної вигоди.

    3. Сучасні проблеми  розвитку атомної енергетики України

    Стан  ядерно-енергетичного комплексу (ЯЕК) України постійно аналізується вітчизняними та іноземними науковцями та фахівцями, керівниками галузі різного рангу, екологами тощо. Всебічний аналіз стану в ядерній енергетиці зумовлений тим, що роль ЯЕК у сфері забезпечення держави паливом неухильно зростає. Ця обставина зумовлена багатьма чинниками.

    Постійне  збільшення обсягів використання органічного  палива призводить до вичерпання його запасів. Нафта і газ можуть бути безповоротно втрачені, спостерігається сильне збурювання природних біологічних циклів вуглецю, азоту, фосфору та інших елементів. У спеціальній науковій літературі неодноразово наголошувалося на катастрофічних наслідках для клімату Землі спалювання органічного палива. Крім того, ядерна енергія в 1,2-1,5 раза дешевша за теплову. Основна перевага АЕС порівняно з тепловими полягає у тому, що на них відсутні викиди діоксиду вуглецю, оксидів сірки та азоту («парникових» та «кислотних» газів). Обсяг відходів теплових станцій, як свідчить статистика, у тисячі разів перевищує обсяг радіоактивних відходів на АЕС [11].

    Розвиток  ядерної енергетики набув широкомасштабного  характеру, зросла кількість держав, що експлуатують її об'єкти, питання  забезпечення ядерної безпеки вийшли за межі інтересів окремої держави і набули міжнародного значення як наслідок належності ядерної енергетики до потенційно небезпечних технологій.

    В умовах розвитку в Україні громадянського суспільства підвищилась увага  до різних аспектів безпеки, відбувся перехід від забезпечення державної безпеки до національної безпеки, об'єктом якої є не лише держава, а перш за все людина, суспільство. У літературі неодноразово підкреслюється роль ядерної енергетики як основи енергетичної безпеки і економічної незалежності України із урахуванням її геологічних, територіальних умов, обмеженості та складності видобування органічних видів паливно-енергетичних ресурсів .

    В Україні ядерна енергетика є важливою складовою електроенергетики. У 2004 р. в єдиній енергосистемі України  працювало 4 АЕС: Рівненська, Південноукраїнська, Запорізька, Хмельницька. Оснащення станом на 2000 р. таке: на Південно-Українській - три блоки ВВЕР - 1000, на Запорізькій - шість блоків ВВЕР - 1000, на Хмельницькій - два блоки ВВЕР - 1000, на Рівненській - два блоки ВВЕР - 1000 та два блоки ВВЕР - 4400 нового покоління, що показано у табл. 3.1.

    Таблиця 3.1

    Діючі АЕС на Україні та їх потужність 

    Продовження таблиці 3.1.

    Значним досягненням ядерної енергетики України став той факт, що за результатами роботи у 2000 р. МАГАТЕ визначила Запорізьку АЕС як одну із трьох найкращих у світі станцій, на яких повністю досягнуто цілі та забезпечені гарантії МАГАТЕ . Частка АЕС у наявній потужності всіх типів вітчизняних електростанцій становить 22,3 %. Річне виробництво електроенергії на АЕС - близько 70-75 млрд. кВт год., а коефіцієнт використання встановлених потужностей перевищує 70 %. Заслуговує на увагу думка аналітиків, які вважають, що це не стільки заслуга ядерної енергетики, скільки результат критичного стану енергетики в цілому [18].

    АЕС нині експлуатуються у 31 країні світу . На початок 2003 р. в усьому світі в експлуатації був 441 енергоблок АЕС . У багатьох індустріально розвинутих країнах домінує ядерна енергетика. Наприклад, у Франції на АЕС виробляється 75 % електроенергії, у Литві - 73 %, у Бельгії - 58 %, у Болгарії - 47 %, у Словаччині - 47 %, у Швеції - 46,8 %. Якщо розглядати структуру світового споживання палива людством, то на ядерну енергетику припадає сьогодні близько 6 % усіх енергоресурсів, які споживаються на планеті, а майже 89 % - на органіку. Всі інші нетрадиційні джерела енергії (вітер, сонце, припливи, тепло Землі) неконкурентоспроможні через їх економічну нерентабельність і незначні ресурси .

    У світі експлуатується 441 енергетичний реактор. За статистичними даними, серед 50 найкращих ядерних установок, в  яких коефіцієнт використання встановленої потужності найвищий, українських реакторів  немає. Так, у США коефіцієнт використання встановлення потужності перевищив 85 %, у Словенії використання встановленої потужності становить 86 %, такий самий показник у Румунії, в Угорщині, в якій експлуатуються такі реактори, як на Рівненській АЕС, коефіцієнт використання встановленої потужності досягає 87 %, у Чехії - 85 %, у Словаччини та Болгарії відповідно - 67 % і 53 % .