- •1. Энергоресурсы и их использование необходимость развития атомной энергетики
- •1.1. Энергия и прогресс общества
- •1.2. Энергетические потребности человечества
- •1.3. Энергоресурсы
- •1.3.1. Невозобновляемые энергоресурсы
- •1.3.2. Возобновляемые энергоресурсы
- •1.4. Использование внутриядерной энергии
- •1.5. Экологические проблемы энергетики
- •1.6. Необходимость развития ядерной энергетики
- •2. Физические основы ядерной энергетики Строение ядра. Дефект массы Давайте ответим на вопрос: сколько энергии таит в себе земной шар?
- •Термоядерные реакции
- •Устойчивость ядра. Ядерные силы. Ядерные реакции деления. Цепная ядерная реакция деления
- •Делящиеся и сырьевые изотопы. Ядерное топливо
- •Критическая масса урана
- •Отражатель нейтронов. Ядерные реакции на нейтронах. Эффективное поперечное сечение ядерной реакции
- •Определение сечений взаимодействия нейтрона с ядром
- •Между экранами – фольга (тонкая пластинка) из материала, для которого нужно найти сечение. После экрана 2 – счетчик нейтронов.
- •Радиоактивные ядра
- •Замедление нейтронов
- •Зависимость сечений от энергии нейтронов
- •Реактор на тепловых нейтронах
- •Эффективный коэффициент размножения
- •Замедлители нейтронов
- •Конструкционные материалы активной зоны
- •Разделение изотопов
- •Резонансное поглощение нейтронов в реакторе
- •Гетерогенный реактор
- •Типы ядерных реакторов
- •Критическое уравнение реактора
- •Способы управления реактором
- •Запаздывающие нейтроны
- •Конструкция активной зоны реактора
- •Критический тепловой поток
- •Распределение потока нейтронов в активной зоне реактора
- •Выгорание ядерного топлива
- •Отравление реактора
- •Воспроизводство ядерного топлива
- •Основные типы энергетических реакторов
- •3. Ядерные энергетические реакторы Водо-водяные реакторы
1.3. Энергоресурсы
Выше были приведены энергопотребления. А хватит ли энергоресурсов для этого?
Все энергоресурсы делятся на невозобновляемые и возобновляемые.
1.3.1. Невозобновляемые энергоресурсы
Это такие ресурсы, которые восполняются природой очень медленно (т.е. гораздо медленнее, чем расходуются). Скорость образования новых горючих ископаемых в недрах земли оцениваются от 0,005 до 0,00001Q в год (а расходуется ~ 0,3Q в год !)
Т.о., при расходовании 0,5-0,6Q/год ископаемое органическое топливо будет исчерпано через 400-800 лет (а на самом деле значительно раньше, т.к. в таблице приведены потенциальные ресурсы; при современных методах добычи можно извлечь около половины потенциальных ресурсов, кроме того, потребление будет, конечно больше чем 0,5-0,6Q).
-
Вид топлива
Ресурсы (Q)
Потребление в 2000г. (Q)
Уголь
200-400
0,1-0,15
Нефть
15-20
0,2-0,25
Газ
12-18
0,1-0,15
Большую тревогу вызывает намечающееся истощение нефти и газа. Сейчас считается, что нефти хватит на 40-60 лет. Газ будет израсходован раньше других топлив.
Дадим краткую характеристику основных видов топлива:
а) Древесина – не будет больше использоваться как топливо на станциях.
б) Торф – его запасы весьма ограничены; горит медленно (пожар в Подмосковье).
в) Нефть – является ценным химическим сырьем (“топить нефтью – все равно, что топить ассигнациями”); может передаваться по трубопроводам.
Крупнейший нефтегазовый комплекс России – в Тюменской области (западно-сибирский комплекс). Нефти здесь много, но планы не выполняются уже несколько лет. Добычу нефти нецелесообразно наращивать, т.к. ее добыча обходится в 2 раза дороже газа (кроме того, надо сохранить нефть для потомков).
г) Газ – транспортируется труднее, чем нефть (необходимо увеличения давления газа и понижение температуры). Сооружение газопровода длиной 1000км требует 0,5 млн.т. металла, 1,5 млн.т. железобетона.
Газопровод Уренгой-Помары-Ужгород длиной 4,5 тыс. км построен за 1 год (а всего с тюменского севера проложено 6 магистральных газопроводов).
Намечается форсировать развитие газовой промышленности (газ очень удобен при использовании, менее всего загрязняет окружающую среду). [Московские ТЭЦ.]
д) Уголь – очень сильно различается по качеству (в различных месторождениях), транспортировка стоит дорого (стоимость угля при перевозке из КАТЭКа в центр страны возрастает в несколько раз). За 15 лет глубина шахт повысилась вдвое, также уголь сильно загрязняет атмосферу, поверхность земли. Желательно превращать уголь в жидкое или газообразное топливо.
Экибастузский ТЭК (Казахстан) – запасы угля здесь 14 млрд. тонн Угольный разрез “Богатырь”(50 млн. т/год) – крупнейший в мире (длина 6 км, ширина 2 км, глубина 220 м). Работает более 100 экскаваторов с ковшами по 100 м3. В разрезе “Восточный” – применяются конвейерные схемы транспортировки угля. Добыча угля на ЭТЭКе будет увеличиваться при самой низкой в СНГ себестоимости. Качество угля не очень хорошее, и возить его поэтому невыгодно. На ЭТЭКе намечается постройка ТЭС мощностью до 20 млн. кВт и ЛЭП напряжением 1500 тыс. вольт (мировой рекорд).
КАТЭК (Красноярский край) – здесь 400 млрд. т угля! (из них 100 – промышленные запасы). Угли залегают на глубине 10-60 м. Калорийность угля всего лишь 3200-3800 ккал/кг (у.т. - 7000). Угли КАТЭКа перевозить сложно (сыпучие, влажные, могут самовозгораться). На базе КАТЭК можно построить ТЭС на 80-100 млн. кВт (проектная мощность Березовской ГРЭС – 6,4 млн. кВт).
По прогнозам наших ученых все запасы химического топлива на земле составляют 12800 млрд. тут (11200 – уголь, 1600 – нефть и газ). Из них “извлекаемые” запасы – 25-50%.
Если принять 3%-ый ежегодный прирост энергопотребления, то можно построить диаграмму кубов, которые соответствуют израсходованной к данному году части запасов органического топлива.
23 21
2065
2050 2 2050
2025
2000
1975
1900г.