Атомные электростанции (АЭС)

Источником получения электроэнергии на АЭС является цепная реакция деления ядер атомов тяжелых элементов. Эта реакция происходит в атомных реакторах с выделением большого количества тепла.

Первый атомный реактор был построен 1942 года в США под руководством итальянского ученого Е. Ферме, а в СССР - 1946 р под руководством И.В. Курчатова.

Атомный, а точнее - ядерный реактор - это аппарат, в котором происходит цепная реакция деления ядер атомов тяжелых элементов. 

 В современных ядерных реакторах используют уран.

Новым этапом в развитии атомной энергетики стало использование на АЭС ядерных реакторов на "быстрых" нейтронах. В таких реакторах одновременно с образованием энергии происходит преобразованным урану-238 в плутоний-239, который также используется как ядерное топливо.  

Реакторы-размножители позволяют приблизительно в 20 раз больше использовать ядерное топливо, а также возможно использование урана, который расщеплен в морской воде, что более эффективно и экономно.

 

Сегодня на основе исследований стало реальным задание комплексное использования атомных станций для производства электрической и  тепловой энергии. То есть на базе размещения атомных электростанций вблизи городов и промышленных объектов.

 

Влияние АЭС на естественную среду относительно небольшое: производство на АЭС не сопровождается использованием кислорода, загрязнение атмосферы СО,  золой, выбросами в атмосферу радиоактивных веществ более низкие от установленных норм, однако экологическое влияние АЭС очень большое в "тепловом" сфере, загрязнении воды и повышении ее температуры.

Хотя и этот недостаток можно использовать в сельском хозяйстве - использовать в тепличных, рыбных и микробиологических хозяйствах и тому подобное.

 

До 1986 г. специалисты из атомной энергетики особенно подчеркивали экологическую чистоту и техническую безопасность АЭС. В  1986 г. в мире уже работало 350 энергетических атомных электростанций общей мощностью свыше 250000 МВт.

 

Обоснования экономических и экологических преимуществ АЭС основывались на таких утверждениях:

1. Ресурсы урана для атомной энергетики равняются ресурсам угля, нефти и газу вместе взятым.

2. АЭС экономят дефицитное органическое топливо (нефть и газ).

3. АЭС не потребляют кислорода и почти не выбрасывают вредных газов и твердых продуктов.

4. При увеличении мощности всех действующих электростанций, даже в несколько раз, глобальное радиоактивное загрязнение будет составлять не больше 1 % от уровня природной радиации на планете.

5. Атомная энергетика ликвидирует бездну между богатыми и бедными государствами, уменьшит угрозу насильственного перераспределения мировых ресурсов.

 

Такие оценки были очень популярны до 26 апреля в 1986 г., когда в Украине произошла катастрофа - взорвался атомный реактор РБМК-1000 Чернобыльской АЭС. Это была первая и доныне единственная авария такого большого масштаба.

За оценками зарубежных специалистов, на ликвидацию последствий катастрофы необходимы расходы в размере свыше 150 млрд долларов США.

При более углубленном анализе некоторых специалистов выяснилось, что капиталовложения на единицу мощности АЭС почти в два разы больше, чем в тепловой (и расходы воды больше в 2-3 разы).

 

В настоящее время многие страны решили не форсировать перестройку атомной энергетики до той поры, пока не будет изобретено новых, более безопасных методов получения энергии из атома.

Таким образом, по использованию источника энергии все электростанции можно разделить на тепловые, гидравлические и атомные, каждая из которых имеет свои технологии производства электроэнергии. При этом тепловые электростанции превращают химическую энергию топлива (угля, нефти, газа и тому подобное) последовательно в тепловую, механическую и электрическую энергию; гидроэлектростанции - предназначены для превращения механической энергии воды в электрическую; источником получения же электроэнергии на АЭС является цепная реакция деления ядер атомов тяжелых элементов.

 

 Нетрадиционные способы производства электроэнергии

Среди нетрадиционных источников производства электроэнергии есть энергия солнечного света, ветра, морских течений, волн, приливов и отливов, геотермальная энергия земных недр и другие.

 

- Энергия солнечного света является перспективным источником энергии. От Солнца на Землю идет световой поток, энергия которого эквивалентна 1,3- 10 в 14 степени т. условного топлива.

Этот поток энергии можно преобразовать или на тепловую или на электрическую энергию.

Первая в Украине электростанции (СЭС) построена в 1985 г. в Крыму ее мощность 5 Мвт. Для получения энергии на этой солнечной электростанции воду нагревают энергией Солнца на высоте 78 м. где установлен котел, на который подает солнечная энергия посредством использования зеркал.

Площадь всех зеркал равняется 40000 м 2. Каждое зеркало автоматически вращается вокруг вертикальной и горизонтальной осей. Пары, образованные  в котле после нагрева воды, имеет температуру и давление, достаточные для движения турбины, а с ней и ротатора, который завершает цикл превращения солнечной энергии на электрическую.

 

Из 1989 г. в США на юге Калифорнии успешно работает промышленная СЭС

мощностью 200 Мвт. Такая СЕС может обеспечить потребности в электроэненргии 250-тысячного города, хотя с экономической точки зрения она не может конкурировать с  ТЕС или АЭС.

Использование солнечной энергии в будущем, возможно, будет связано с программами освоения космоса. Мощность потоков солнечной энергии за границами атмосферы почти на 50 % больше, чем на поверхности Земли.  

 

Существует идея разместить на орбите большие геосинхронные к вращению Земли панели солнечные батарей и транспортировать энергию пучком сверхвысокочастотного излучения к приемникам на  Землю, где она будет конвертированы в электроэнергию.

 

 

Энергия ветра используется человеком уже много веков (парусный флот, ветряки и тому подобное). В ветроэнергетике сегодня используются ветродвигатели для сельскохозяйственных работ, подъема и перекачки воды и тому подобное.

В первом десятилетии XXI ст. ВЭС будут способны покрывать до 10-15 % региональных потребностей некоторых развитых государств в электроэнергии. Так, например, в США (Колифорния) в одной из энергосистем уже работает свыше десятка больших ВЭС общая мощность которых составляет около 1000 Мвт. Но даже такая современная ВЭС за потенциальным ресурсам энергии эквивалентна лишь 10 % одного блока  современной АЭС.

Следует отметить, что такие ВЭС могут эффективно работать мы при определенных климатических и погодных условиях, то есть в регионах, которые характеризуются  стабильными ветровыми потоками.

Безусловно, широкое применение ВЭС в значительной мере в состоянии решить современные экономические проблемы снабжения электроэнергией отдельные хозяйственные регионы, преимущественно в сельской и удаленной от электросетей местности, но даже за пределами первого десятилетия XXI ст. частица ВЭС в общем товарном балансе электроснабжения не будет превышать нескольких процентов.

В Украине строятся и уже действуют несколько больших ВЭС. Пять станций находится в Крыму, где особенно остро стоит проблема энергоснабжения.

Крупнейшей является Донузлавская ВЭС (53 ветровых агрегатов). К экспериментальным относят Акташскую (14 ветрогенераторов), Черноморскую (4), Сакскую (23), Евпаторийска (1 ветроагрегат мощностью 420 квт).

В 1999 году введена в действие потужнейшая в Украине Мариупольская ВЭС. Все ветровые станции производят за год около 4 млн квт год электроэнергии, которая составляет 0,0025 % от общей выработки ее в Украине. Для сравнения: наибольшая в мире частица выработки электроэнергии ветровыми станциями в Дании составляет 4 %.

Геотермальная энергия - это запасы тепла, которые содержатся в недрах Земли. Особенную практическую ценность имеют горячие источники воды и пары (гейзеры). На Камчатке с 1966 года функционирует электростанция, которая использует энергию гейзеров. Себестоимость электроэнергии на ней в 4 разы ниже от энергии, полученной традиционным путем. Кроме производства электроэнергии, тепло гейзеров используется для отопления бытовых и промышленных помещений, теплиц в сельском хозяйстве и тому подобное.

 

Необходимо увеличивать производство электроэнергии из любых нетрадиционных источников: из отходов сельского хозяйства изготовляют биотопливо, что в больших масштабах практикуют страны Латинской Америки и Африки. По подсчетам специалистов, Украина биотопливом может обеспечить более чем наполовину потребности своего автомобильного транспорта.

Стоит перерабатывать бурый уголь на жидкое топливо, использовать термальные воды, что рентабельно для Карпат и Крыма, где на глубинах 1000 и 2000 м температура термальных вод достигает 70 °С и 100 °С.

 Целесообразно больше использовать энергию малых рек, силу ветра, энергию Солнца, морских волн, сероводороду вод Черного моря, метана шахт Донбасса. Ветровые электростанции Украины могли бы дать количество электроэнергии, которая равняется 22 Днепрогэсам, волновые электростанции Черного и Азовского морей, по подсчетам ученых, могли бы произвести до 17 млрд кв.год на год электроэнергии.

Энергия океана используется сегодня как энергия морских приливов, энергия морских волн и течений. Морские приливы имеют огромную энергию, которая зависит от высоты приливной волны, которая достигает 10-20 м. Мировой энергетический потенциал морских приливов составляет около 500 млн т. условного топлива на год. Волна высотой 3 м несет приблизительно 90 квт энергии на 1 м побережья.

В 1978 году в Японии стала давать ток плавучая электростанция, которая работает на энергии морских волн. Станция смонтирована на судне длиной 80 м и шириной 12 м. С энергетической точки зрения океанские течения (Гольфстрим, Куросио и др.) бесполезно рассеивают около 3 млн Мвт мощности. Сделаны первые шаги на пути практического использования этого источника энергии.

 

 

3. Металлургическая промышленность как отрасль народного хозяйства, ее роль и значение.

Металлургией называют отрасли науки и промышленности, которые охватывают процессы получения металлов и сплавов, изменения их химического состава, структуры и свойств, придания им определенной формы.

 

Отечественная металлургическая отрасль - основной производитель конструкторских материалов (металлов, сплавов, композитных материалов), некоторых видов металлопродукции и тому подобное.

В ее состав входят производства черной, цветной и порошковой металлургии. Отрасль потребляет большое количество сырья, материалов, энергии и в современном состоянии является наибольшим загрязнителем окружающей среды.

Украина принадлежит к странам Европы и мира с наиболее развитой металлургией. Даже в условиях экономического кризиса она уступает по показателям производства металлов и сплавов в Европе только Германии. По данным 2000 г., на металлургию приходилось около 25 % стоимости продукции основных отраслей промышленности страны.

Продукция отрасли занимает ведущее место во внешней торговли Украины. Она обеспечила в 2000 г. 47 % всех валютных поступлений от экспорта.

В металлургии значительно развито комбинирование производства. На ее отходах работают производства строительных материалов, минеральных удобрений и тому подобное.

Эта отрасль является мощным фактором формирования территориально-производственных комплексов (ТПК). Она выделяется значительной концентрацией производственного процесса - величиной производств и формированием их территориальных ячеек. В местах размещения ее основных предприятий сосредоточивается тяжелое машиностроение, коксохимия, химия, производство огнеупорных материалов и так далее, формируются большие транспортные узлы, быстро растут крупные города.

 Металлургическая промышленность, как одна из важнейших и технологическиемких отраслей промышленности, производит разнообразную по назначению и свойствам продукцию.

Продукцией металлургии является:

- обогащенное рудное и нерудное сырье;

- продукция коксохимического производства;

- черные металлы и сплавы на их основе;

- прокат черных и цветных металлов;

Некоторые виды металлических изделий (металлоконструкции).

Кокс - топливо и восстановитель железа в производстве чугуна, который изготовляют из коксового угля.

Прокат - балки, рельсы, трубы, листья и др.

  Основная продукция металлургической отрасли – металлы и сплавы на их основе. Они являются распространенными среди конструктивных материалов современной индустрии, сельского хозяйства, техники и предметов потребления, выдерживают острую конкуренцию со стороны пластмасс, керамики и других современных материалов.

Металлами называют сырье, общими свойствами которых является металлический блеск, пластичность, электро - и теплопроводимость, что обусловлено наличием в их кристальной решетки большого количества подвижных электронов проводимости, не связанных с атомными ядрами.

Металлами является 85 из 110 известных на сегодня химических элементов.

Металлы в технике принято разделять на черных (железо) и цветные (все другие).

 

 Со всех производимых метталов и сплавов около 90 % составляют, стали и чугун. Все большее использование получают композиционные металлы и сплавы на основе металлов (металокомпозити).

Композитами называют материалы, основа каких (матрица) усиленная элементами (нитковижными кристаллами, волокнами и мелкими порошками). Основ н ы ми способами получения металлов и сплавов является:

Пирометалургический -  производство с использованием тепловой энергии лучевых печей (получение чугуна в доменных печах (домнах), стали в мартеновских печах (мартенах)).

Электрометаллургия – получение сталей в дуговых, индукционных и других типах электричных печей.

Гидрометаллургия – исключение металлов из руд с помощью растворителей и и электролиза (получение алюминия, меди, цинка)

Плазменный – преобразование оксидов металлов на высокотемпературную плазму (ионизированный газ) и магнитного излучения с нее металла (получение вольфрама, молибдена и др.)

Химико-металлургический – объединяет химические и металлургические процессы (получение метана)

К осмическая металлургия – безтигельная плавка металлов и получение сверхчистых и композиционных сплавов в условиях невесомости.

 (Тигель - емкость с огнестойких материалов для плавки или нагрева разных материалов)