Energia nucleară ( Energia nucleară ) este o ramură a energiei care este angajată în producerea de energie electrică și termică prin conversia energiei nucleare [1] .
De obicei, pentru a obține energie nucleară, se folosește o reacție nucleară în lanț de fisiune nucleară a plutoniului-239 sau a uraniului-235 [2] . Nucleii sunt împărțiți atunci când un neutron îi lovește și se obțin noi neutroni și fragmente de fisiune. Neutronii de fisiune și fragmentele de fisiune au energie cinetică mare . Ca urmare a ciocnirilor de fragmente cu alți atomi, această energie cinetică este rapid transformată în căldură .
Deși în orice domeniu de energie sursa primară este energia nucleară (de exemplu: energia reacțiilor nucleare solare, în centralele hidroelectrice, centralele solare și centralele care funcționează cu combustibili fosili; energia dezintegrarii radioactive în centralele geotermale ), numai utilizarea reacţiilor controlate în reactoarele nucleare se referă la energia nucleară .
Energia nucleară este produsă în centrale nucleare , utilizată pe spărgătoare de gheață nucleare , submarine nucleare ; Rusia implementează un program de creare și testare a unui motor de rachetă nucleară , Statele Unite au oprit programul de creare a unui motor nuclear pentru nave spațiale , în plus, au fost făcute încercări de a crea un motor nuclear pentru aeronave ( aeronave atomice ) și tancuri " atomice " .
Energia nucleară se bazează pe utilizarea combustibilului nuclear , totalitatea proceselor industriale ale cărora alcătuiesc ciclul combustibilului nuclear. Deși există diferite tipuri de cicluri de combustibil, în funcție atât de tipul de reactor, cât și de caracteristicile etapei finale a ciclului, în general au etape comune [3] .
În timpul funcționării, procesele de întreținere îndepărtează deșeurile radioactive de nivel scăzut rezultate. Odată cu sfârșitul duratei de viață , reactorul în sine este scos din funcțiune , dezmembrarea este însoțită de decontaminarea și eliminarea pieselor reactorului [3] .
Un reactor nuclear este un dispozitiv conceput pentru a organiza o reacție în lanț de fisiune controlată , care este întotdeauna însoțită de eliberarea de energie.
Primul reactor nuclear a fost construit și lansat în decembrie 1942 în SUA sub conducerea lui E. Fermi . Primul reactor construit în afara Statelor Unite a fost ZEEP , lansat în Canada pe 5 septembrie 1945 [4] . În Europa, primul reactor nuclear a fost instalația F-1 , care a fost lansată la 25 decembrie 1946 la Moscova sub conducerea lui I. V. Kurchatov [5] . Până în 1978, aproximativ o sută de reactoare nucleare de diferite tipuri funcționau deja în lume.
Există diferite tipuri de reactoare, principalele diferențe dintre acestea se datorează combustibilului utilizat și lichidului de răcire folosit pentru a menține temperatura dorită a miezului, iar moderatorul folosit pentru a reduce viteza neutronilor care sunt eliberați ca urmare a dezintegrarii nucleare. pentru a menţine viteza dorită a reacţiei în lanţ [3] .
Prima reacție în lanț de fisiune nucleară a fost efectuată pe 2 decembrie 1942 la Universitatea din Chicago folosind uraniu drept combustibil și grafit ca moderator. Prima energie electrică din energia fisiunii nucleare a fost obținută la 20 decembrie 1951 la Laboratorul Național Idaho folosind reactorul cu neutroni rapidi EBR-I (Experimental Breeder Reactor-I). Puterea generată a fost de aproximativ 100 kW [6] .
La 9 mai 1954, s-a realizat o reacție nucleară stabilă în lanț la un reactor nuclear din Obninsk , URSS . Reactorul de 5 MW a funcționat pe uraniu îmbogățit cu grafit ca moderator, iar pentru răcire a fost folosită apă cu compoziția izotopică obișnuită. Pe 26 iunie la ora 17:30, energia generată aici a început să curgă în rețeaua electrică de consum a Mosenergo [6] .
În decembrie 1954, primul submarin nuclear Nautilus a fost pus în funcțiune în Statele Unite [6] .
În 1956, centrala nucleară Calder Hall - 1 de cincizeci de megawați a început să funcționeze în Marea Britanie . Aceasta a fost urmată în 1957 de centrala nucleară Shippingport din SUA - 60 MW [2] [6] și în 1959 de centrala nucleară Marcoulle din Franța - 37 MW [6] . În 1958, prima etapă a celei de-a doua centrale nucleare sovietice, CNE din Siberia , a început să producă energie electrică , cu o capacitate de 100 MW, a cărei capacitate totală proiectată era de 600 MW [2] . În 1959, în URSS a fost lansată în URSS prima navă nemilitară cu propulsie nucleară, spărgătorul de gheață Lenin [6] .
Energia nucleară, ca nouă direcție în energie, a fost recunoscută la Prima Conferință Științifică și Tehnică Internațională privind Utilizarea Pașnică a Energiei Atomice, desfășurată la Geneva în august 1955 [2] , care a marcat începutul cooperării internaționale în domeniul pașnice. utilizările energiei nucleare și a slăbit vălul secretului asupra cercetării nucleare care a existat de la al Doilea Război Mondial [6] .
În anii 1960, Statele Unite au văzut tranziția energiei nucleare la o bază comercială. Prima centrală nucleară comercială a fost Yankee Rowe, cu o capacitate de 250 MW, care a funcționat între 1960 și 1992. Prima centrală nucleară din Statele Unite, a cărei construcție a fost finanțată din surse private, a fost Centrala Nucleară de la Dresda [7] .
În URSS, în 1964, au intrat în funcțiune CNE Beloyarsk (prima unitate de 100 MW) și CNE Novovoronezh (prima unitate de 240 MW). În 1973, prima unitate de putere mare (1000 MW) a fost lansată la CNE Leningrad din orașul Sosnovy Bor . Energia primului reactor industrial cu neutroni rapidi lansat în Kazahstan în 1972 (150 MW) a fost folosită pentru a genera electricitate și a desaliniza apa din Marea Caspică [7] .
La începutul anilor 1970, existau premise vizibile pentru dezvoltarea energiei nucleare. Cererea de energie electrică a crescut, resursele hidroenergetice ale majorității țărilor dezvoltate au fost utilizate aproape în totalitate, iar prețurile pentru principalele tipuri de combustibil au crescut în consecință. Situația a fost agravată de impunerea unui embargo asupra livrărilor de petrol de către țările arabe în 1973-1974. Trebuia să reducă costul construirii centralelor nucleare [3] .
Cu toate acestea, la începutul anilor 1980, au apărut dificultăți economice serioase, ale căror cauze au fost stabilizarea cererii de energie electrică, încetarea creșterii prețurilor la combustibilul natural, creșterea prețurilor, în loc de reducerea preconizată a costurilor, a construirea de noi centrale nucleare [3] .
În 2010, energia nucleară a furnizat 12,9% din producția de energie electrică și 5,7% din toată energia consumată de omenire, conform Agenției Internaționale pentru Energie ( AIE ) [8] . Sectorul energiei nucleare este cel mai semnificativ în țările industrializate unde nu există suficiente resurse naturale de energie - în Franța , Ucraina [9] , în Belgia , Finlanda , Suedia , Bulgaria și Elveția . Aceste țări produc de la 20 la 76% (în Franța) din energie electrică la centralele nucleare .
În 2013, producția mondială de energie nucleară a crescut pentru prima dată din 2010 - față de 2012, s-a înregistrat o creștere de 0,5% - până la 6,55 miliarde MWh (562,9 milioane tone echivalent petrol). Cel mai mare consum de energie al centralelor nucleare în 2013 a fost în Statele Unite - 187,9 milioane de tone echivalent petrol. În Rusia, consumul s-a ridicat la 39,1 milioane tone echivalent petrol, în China - 25 milioane tone echivalent petrol, în India - 7,5 milioane tone [10] .
Potrivit raportului Agenției Internaționale pentru Energie Atomică (AIEA), în 2019, existau 449 de reactoare nucleare în funcțiune (adică producătoare de energie electrică și/sau termică reciclabilă) în 34 de țări ale lumii [11] ; la jumătatea anului 2019, 54 de reactoare erau în construcție [12]
Aproximativ jumătate din producția mondială de energie electrică la centralele nucleare provine din două țări - Statele Unite și Franța. Statele Unite produc doar 1/8 din electricitatea sa la centralele nucleare, dar aceasta reprezintă aproximativ 20% din producția mondială.
Lituania a fost liderul absolut în utilizarea energiei nucleare . Singura CNE Ignalina situată pe teritoriul său a generat mai multă energie electrică decât consuma întreaga republică (de exemplu, în 2003, 19,2 miliarde kWh au fost generați în Lituania , dintre care 15,5 au fost generați de CNE Ignalina [13] ). Deținând un exces din acesta (și există și alte centrale electrice în Lituania), energia „excesului” a fost exportată [14] .
Cu toate acestea, sub presiunea UE (din cauza îndoielilor cu privire la siguranța sa - INPP a folosit unități de energie de același tip ca și centrala nucleară de la Cernobîl ), de la 1 ianuarie 2010, această centrală nucleară a fost în cele din urmă închisă (s-au încercat continuă operarea stației după 2009, dar nu au avut succes
), acum[ când? ] se rezolvă problema construirii unei centrale nucleare de tip modern pe același amplasament.
În 2016, în total, centralele nucleare din lume au generat 2.477 miliarde kWh de energie, ceea ce a reprezentat 10,8% din producția mondială de energie electrică.
Liderii mondiali în producția de energie electrică nucleară pentru 2017 sunt [15] :
Aproximativ jumătate din producția mondială de energie nucleară provine din Statele Unite și Franța.
În 2017, centralele nucleare au produs 2.503 TWh de energie electrică . Cele „cinci mari” țări au reprezentat 70% din întreaga generație nucleară din lume - Statele Unite , Franța, China, Rusia și Coreea de Sud, în ordine descrescătoare. În 2017, producția de energie nucleară a crescut în treisprezece țări, a scăzut în unsprezece și a rămas neschimbată în șapte [26] .
Potrivit World Nuclear Association (World Nuclear Association ), la sfârșitul anului 2017, capacitatea instalată a 488 de reactoare nucleare în funcțiune în lume se ridica la 392 GW (ceea ce este cu 2 GW mai mult decât în 2016) [27] . În 2017, au fost puse în funcțiune 4 reactoare noi (conectate la rețea), cu o capacitate totală instalată de 3373 MW (unul în Pakistan - CNE Chashma-4 și trei în China - CNE Taiwan-3, CNE Fuqing-4 și nuclear). centrală electrică „Yanjian-4”) [28] . Cinci reactoare au fost scoase din funcțiune (cu o capacitate instalată de 3025 MW). Un reactor a fost închis în Germania, Suedia, Spania, Japonia, Coreea de Sud.
La sfârșitul anului 2017, 59 de reactoare nucleare sunt în construcție, construcția a patru dintre ele a început în 2017. Dintre aceste patru unități de putere, trei sunt construite conform tipului rusesc de reactor VVER - a 3-a și a 4-a unități ale CNE Kudankulam din India și prima unitate a CNE Rooppur din India. A cincea unitate de putere a centralei nucleare sud-coreene „Sin-Kari” va fi pe reactoare fabricate de KEPCO. Raportul Agenției notează că perioada medie de construcție a unei unități electrice în țări în 2017 a fost de 58 de luni față de 74 de luni în 2016 (în 1996-2000 această perioadă a fost de 120 de luni).
Potrivit Asociației Mondiale Nucleare, la sfârșitul anului 2017, regiunile erau distribuite în ceea ce privește generarea de energie nucleară, după cum urmează:
Energia nucleară rămâne subiectul unor dezbateri aprinse. Susținătorii și oponenții energiei nucleare diferă puternic în evaluările lor privind siguranța, fiabilitatea și eficiența economică. Pericolul este asociat cu probleme de eliminare a deșeurilor, accidente care duc la dezastre de mediu și provocate de om, precum și capacitatea de a folosi daune aduse acestor instalații (împreună cu altele: centrale hidroelectrice, uzine chimice și altele asemenea) cu arme convenționale sau ca urmare a unui atac terorist ca armă de distrugere în masă. „Utilizarea dublă” a centralelor nucleare, posibila scurgere (atât autorizată, cât și penală) de combustibil nuclear din generarea de energie electrică și utilizarea teoretică a acestuia pentru producerea de arme nucleare sunt surse constante de îngrijorare publică, intrigi politice și motive pentru acțiunea militară ( de exemplu, Operațiunea „Opera , Războiul din Irak).
Totodată, World Nuclear Association, care pledează pentru promovarea energiei nucleare, a publicat date în 2011, conform cărora un gigawat-an de energie electrică produsă la centralele pe cărbune, în medie (luând în considerare întregul lanț de producție ) costă 342 de victime umane, iar gazul - 85, la hidrocentrale - în 885, în timp ce la nuclear - doar 8 [29] [30] .
Rentabilitatea energiei nucleare depinde de proiectarea reactorului, de tarifele la energie electrică și de costul surselor alternative de energie. Prin urmare, periodic în diferite țări se exprimă îndoieli cu privire la rentabilitatea energiei nucleare. De exemplu, pentru a înlocui 1 GW din capacitatea instalată a unei centrale nucleare, trebuie cheltuiți aproximativ 2,5 miliarde de metri cubi. gaze naturale, al căror cost variază foarte mult de la o țară la alta.
În Statele Unite, producția de energie electrică la centralele nucleare devine din ce în ce mai scumpă, iar prețul altor surse de energie electrică este în scădere, pe o piață liberă, centralele nucleare devin nerentabile. Astfel, două reactoare au fost închise în SUA din cauza nerentabilității: centrala nucleară Vermont Yankee și centrala nucleară Kevoni [31] .
Costul construcției noilor reactoare AR1000 generația III+ începând cu 2018 este:
În Finlanda, construcția a început în 2005 pentru a treia generație de unități EPR1600 III+ la centrala nucleară Olkiluoto . Costul de construcție al unității de putere a fost estimat la 3 miliarde de euro, iar datele de punere în funcțiune au fost planificate pentru 2010. Din 2019, a fost obținută o licență de funcționare [36] . Pentru 2015, costurile au crescut cu 2 miliarde de euro, iar estimarea finală a costului total a crescut la 8,5 miliarde de dolari [37] . Ca urmare, Finlanda a anulat construcția planificată a celei de-a patra unități de putere la Olkiluoto.
În Marea Britanie, costul construirii centralei nucleare Wylfa Newydd (două ABWR de 1350 MW ) a crescut la 28 de miliarde de dolari (21 de miliarde de lire sterline), iar construcția a fost anulată din cauza inutilității economice [38] .
În Rusia, costul construirii unei centrale nucleare bazate pe reactoare rusești VVER-1200 generația III+ costă 600 de miliarde de ruble (9 miliarde de dolari) pentru o centrală nucleară cu 4 reactoare cu o capacitate de 1200 MW fiecare (Leningrad NPP-2, Novovoronezh). CNE-2), rentabilitatea este confirmată de planurile de construcție a 12 unități de putere până în 2030 [39] .
În alte țări, costul construirii unei centrale nucleare pe reactoarele rusești VVER-1200 este de aproximativ 2-2,5 ori mai scump (5,5 miliarde USD pentru fiecare reactor la CNE din Belarus și la CNE Akkuyu din Turcia), profitabilitatea este confirmată de planuri. să construiască 33 de unități de putere până în 2030 [40 ] .
Guvernele pot asigura centralele electrice împotriva închiderii prin garantarea achiziției de energie electrică la un preț stabilit. Astfel de scheme au fost criticate pentru restrângerea concurenței și irosirea banilor contribuabililor, dar sunt folosite pentru toate tipurile de centrale electrice.
O problemă cu energia nucleară este poluarea termică . Potrivit unor experți, centralele nucleare „pe unitate de energie electrică produsă” emit mai multă căldură în mediu decât centralele termice comparabile . Un exemplu este proiectul de construcție în bazinul Rinului a mai multor centrale nucleare și termice. Calculele au arătat că, dacă toate instalațiile planificate ar fi lansate, temperatura într-un număr de râuri ar crește la + 45 ° C, distrugând toată viața din ele. [41]
Experții de la Centrul pentru Politică Energetică Globală de la Universitatea Columbia din The Hill au spus că ponderea mare a Rusiei din piața mondială a energiei nucleare implică riscuri mari pe fondul războiului prelungit din Ucraina.
De exemplu, un număr de aliați ai SUA, inclusiv Finlanda, Republica Cehă, Turcia și Ucraina, au reactoare rusești în funcțiune sau în construcție. În timp, aceste reactoare pot înceta să funcționeze fără materialele, echipamentele și serviciile furnizate de Rusia.
În ciuda faptului că Rusia produce doar 6% din uraniul mondial, ea controlează 40% din piața mondială de conversie a uraniului și 46% din capacitatea sa de îmbogățire. Marea majoritate a celor 439 de reactoare de pe planetă, inclusiv toate reactoarele din Marina SUA, necesită un astfel de combustibil de uraniu îmbogățit. Potrivit experților, dacă Rusia încetează să furnizeze uraniu îmbogățit companiilor energetice americane, acest lucru ar putea duce la închiderea centralelor nucleare din Statele Unite încă de anul viitor.
Având în vedere faptul că energia nucleară asigură mai mult de 20 la sută din capacitatea de generare în unele părți ale SUA, prețurile energiei electrice vor crește chiar mai mult decât în 2022 [42] .
Centrală nucleară (CNP) - o instalație nucleară pentru producerea de energie în moduri și condiții de utilizare specificate, situată pe teritoriul definit de proiect, în care un reactor nuclear (reactoare) și un complex de sisteme, dispozitive, echipamente necesare iar în acest scop se folosesc structuri cu muncitorii necesari ( personal ), destinate producerii de energie electrică ( OPB-88/97 ).
Nava cu propulsie nucleară (navă nucleară) - denumirea generală a navelor cu o centrală nucleară care asigură propulsia navei. Distingeți nave cu propulsie nucleară civile ( spărgătoare de gheață nucleare , nave de transport) și militare ( portavioane , submarine , crucișătoare , fregate grele ).
![]() | ||||
---|---|---|---|---|
|
Energia nucleară în lume | ||
---|---|---|
GW > 10 | ||
GW > 2 | ||
GW > 1 |
| |
GW < 1 |
| |
Apariția în planuri | ||
Dezvoltare anulată |
Energie | |||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
structura pe produse si industrii | |||||||||||||||||||||||||||
Industria energetică : electricitate |
| ||||||||||||||||||||||||||
Furnizare de căldură : energie termică |
| ||||||||||||||||||||||||||
Industria combustibilului : combustibil |
| ||||||||||||||||||||||||||
Energie promițătoare : |
| ||||||||||||||||||||||||||
Portal: Energie |
Industrii | ||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Tehnologii nucleare | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Inginerie | |||||||
materiale | |||||||
Energia nucleară |
| ||||||
Medicina nucleara |
| ||||||
Arme nucleare |
| ||||||
|