Мировая энергетическая программа «Белая Земля»

Мировая энергетическая программа «Белая Земля»

 

 

Что такое Белая земля

 

Группа ученых и инженеров из разных стран поставила перед собой вопрос: возможно ли создать мировую энергетическую систему, которая позволяет, с одной стороны, организовать производство энергии, достаточное для удовлетворения всех потребностей общества, с другой – обеспечить нормальное сосуществование человека и природы.

Эта международная команда специалистов проанализировала энергетическую систему – ее современное состояние и варианты развития – с точки зрения энергетического и изотопного баланса. Результаты этих исследований и оценки технологий были представлены на 1-ой Международной учредительной конференции “Белая земля”, состоявшейся 4-7 февраля 1996 г. в Санкт-Петербурге.

Целостный подход в развитии мировой энергетической системы, соответствующие ему технологии замкнутого топливного цикла, программа производства и потребления безопасной и экологически чистой энергии и уничтожения всех отходов – весь этот комплекс получил название “Белая земля”.

 

Общие требования

 

Анализ современного состояния энергетики с точки зрения единой системы Земли позволил сформулировать следующие требования, предъявляемые к энергетической системе.

Целостность. Энергетическая система должна быть целостной, т.е. включать в себя все стадии производства и потребления энергии – добычу и транспортировку топлива, производство, передачу и использование энергии и утилизацию отходов, причем к отходам относится сама энергетическая система по окончании ее деятельности.

Эффективность. Разница между количеством произведенной энергии и энергетическими затратами (добыча сырья, производство, транспортировка и уничтожение отходов) должна быть настолько велика, чтобы удовлетворить все потребности в энергии.

Безопасность. Энергетическая система в целом и все составляющие элементы должны обладать свойствами внутренне присущей безопасности, т.е. при любом воздействии на систему, включая землетрясение, взрыв, затопление, пожар, диверсию или ошибку оператора, недопустимое влияние на окружающую среду должно быть детерминировано исключено.

Надежность управления. Надежность управления должна обеспечиваться достаточной простотой взаимодействия между оператором и системой производства и потребления энергии, не требующей высокого уровня подготовки персонала.

Гарантированность ресурсов. Система должна быть обеспечена запасами сырья и топлива для производства энергии в количестве, достаточном для удовлетворения всех энергетических потребностей человечества на длительный период.

Рециркуляция. Топливо должно возвращаться в энергетический цикл для повторного использования до полной утилизации с целью извлечения из него максимально возможного количества энергии.

Безотходность. Добыча сырья, производство, транспортировка, использование энергии и переработка отходов не должны приводить к накоплению отрицательных последствий на весь срок деятельности энергетической системы, т.е. система должна быть безотходной.

Бионейтральность. Энергосистема не должна возмущать природные биологические циклы по водороду, азоту, углероду, кислороду и т.д.

Эти требования являются не только желательными, но и обязательными, так как смягчение их в прошлом приводило к созданию систем, принципиально не гармонизируемых в условиях развития цивилизации.

 

 

Анализ современных технологий производства энергии

 

Попытка построить энергетику на основе новых многообещающих открытий и изобретений, которые еще не получили технологического развития, только усугубит современное состояние мира, в котором значительная часть населения планеты отапливает жилье дровами и “пашет палкой”, в то время как ученые запускают в космос спутники и получают несколько граммов сверхчистых изотопов, не существующих в природе. Поэтому из рассмотрения были исключены способы производства энергии, которые на сегодняшний день технологически слабо проработаны и требуют огромных вложений на доработку. В результате круг рассмотрения существующих технологий сузился до нескольких вариантов развития энергетики, анализ которых представлен ниже.

 

Органическое топливо

Мировое производство энергии сегодня в основном базируется на сжигании органического топлива (уголь, газ, нефтепродукты). Однако энергетика на органическом топливе эффективна только в случае открытого топливного цикла, когда основная часть продуктов сжигания выбрасывается в окружающую среду. При сжигании одной молекулы органического топлива выделяется около 6 эВ энергии, но для того чтобы эту молекулу добыть, переработать, транспортировать, превратить в электроэнергию и ликвидировать продукты сжигания, требуется примерно столько же, а в некоторых случаях в 1,5-2 раза больше (например, при добыче нефти в удаленных плохо освоенных регионах). Сохранение энергоэффективности возможно, если сама природа утилизирует продукты сжигания. Оценки показывают, что современные масштабы сжигания органического топлива превышают те, с которыми справляется природа, примерно в 3 раза. Это ведет к накоплению негативных последствий и нарушению природных биологических циклов в планетарном масштабе. Кроме того, истощение дешевых и легкодоступных месторождений нефти, газа и угля неизбежно ведет не только к удорожанию энергии, но и к различным международным конфликтам. Таким образом, такая энергетика не отвечает изложенным требованиям.

 

Термоядерный синтез

Возможность управления термоядерным синтезом до сих пор является предметом дискуссий. На пути реализации этой идеи в конкретную технологию встали, с одной стороны, ограниченность в земной коре запасов лития, необходимого для производства термоядерного топлива, с другой, аномальные потери энергии, при которых затраты энергии на зажигание и поддержание термоядерного синтеза превышают полезный выход энергии. Это перечеркивает идею его использования для производства энергии. Таким образом, надежды на ближайшее использование термоядерного синтеза не оправдались, и вопрос о практическом применении должен быть возвращен в область научных исследований.

 

Гидроэнергетика

Использование гидроэнергетики как основы глобальной энергетической системы связано с крупномасштабными изменениями биосистем (создание новых морей, изменение русла рек и др.) и влечет за собой нарушение природных циклов. Последствия широкомасштабного развития гидроэнергетики непредсказуемы, и при ликвидации последствий ее деятельности энергетические затраты на восстановление биосреды многократно превысят произведенную энергию.

 

Возобновляемые источники энергии

Технологии, использующие возобновляемые источники энергии (солнце, ветер, приливы, биоэнергия и др.), достаточно хорошо проработаны и в принципе удовлетворяют изложенным требованиям. Однако использование этих технологий эффективно только в диапазоне мощности установок от 1 кВт до 1 МВт. Создание более мощных установок такого типа затруднено в связи с малой концентрацией мощности самих источников энергии. Эти установки могут обеспечить теплом и электроэнергией небольшой дом, но их мощности недостаточно для индустриального производства. В результате доля установок на возобновляемых источниках энергии может составлять не более нескольких процентов глобального производства энергии.

 

Ядерная энергетика

Природа оставила нам единственный вариант развития глобальной энергетики – это энергетика, основанная на делении тяжелых ядер: изотопов урана, плутония и тория.

При делении одного ядра выделяется примерно 200 млн. эВ (МэВ) энергии и осколки деления в виде изотопов большей части таблицы Менделеева. Энергетические затраты на добычу и транспортировку топлива, производство энергии и уничтожение всех видов технологических отходов, включая радиоактивные, т.е. на всем замкнутом цикле, по самым высоким оценкам не превышают 50 МэВ, т.е. эффективность такой энергетики составляет около 150 МэВ на одно деление. Это гигантское количество при том, что природных запасов урана и тория при современном уровне потребления энергии хватит на миллионы лет.

Ядерная энергетика может быть реализована в замкнутом пространстве на химических элементах, не вовлеченных в биологические циклы Земли, не затрагивая природные циклы таких жизненно важных элементов, как водород, кислород, углерод, азот и т.д. Серьезного вторжения в энергетические циклы Земли в целом также не происходит, так как изотопы, применяемые как топливо (уран, торий), имеют свойство спонтанно распадаться, а мы лишь перераспределяем во времени и в пространстве концентрацию выделенной энергии.

 

 

Безопасность

Безопасность современных реакторов, включая водо-водяные, уран-графитовые и быстрые натриевые, несмотря на их широкое применение в некоторых странах, недостаточна, особенно учитывая возможность внешних воздействий и терроризм, что стало одним из существенных препятствий для развития ядерной энергетики во всем мире. Высокое давление внутри активных зон современных реакторов и химическая активность материалов теплоносителя принципиально представляют опасность для окружающей среды, особенно в критической ситуации.

Обеспечение безопасности современных реакторов основано на наращивании количества и повышении эффективности различных внешних защитных и локализующих систем, которые снижают вероятность тяжелых аварий и уменьшают степень опасности их последствий. Осуществление на практике такого подхода приводит к усложнению и удорожанию ядерных установок, к ухудшению других их характеристик, но принципиально не исключает возможность крупной аварии с тяжелыми последствиями, поскольку не устранены внутренние причины, которые могут привести к ее возникновению.

Безопасность реакторов следующего поколения в первую очередь обеспечивается за счет внутренне присущих свойств самого реактора. Это означает, что внутренние причины возникновения серьезных аварий исключены за счет отрицательных обратных связей внутри активной зоны реактора, низкого давления в первом контуре, химической инертности теплоносителя и т.д., что делает реактор самозащищенным.

 

Обращение с отходами

Ядерные отходы производятся на всех стадиях топливного цикла: добыча, обогащение, изготовление топлива, производство электроэнергии и переработка отработавшего топлива. Основную и наиболее опасную их часть составляет отработавшее ядерное топливо. В настоящее время обращение с ним в основном сводится к изоляции и захоронению.

Энергетическая эффективность использования природного урана в действующих реакторах составляет примерно 1%. Это означает, что значительная составляющая отработавшего топлива является ценным ресурсом для производства энергии. Современная физика располагает проработанными технологиями, способными эффективно использовать эти ресурсы и решить задачу утилизации всех ядерных отходов. Переработка отработавшего топлива и запасов оружейных материалов для производства топлива позволяет решить не только проблемы безопасности и экологической приемлемости, но также существенно сократить добычу природного сырья.

Применяемые сегодня для осуществления этих целей технологии переработки основаны на водных методах (PUREX-процесс). Эти методы имеют много недостатков, главный из которых заключается в образовании большого количества загрязненных материалов и радиоактивных растворов, так как радиоактивные отходы разбавляются в огромных объемах жидкости. Следствием применения этих методов является необходимость захоронения большого количества средне и низко активных радиоактивных отходов, создание радиоактивных озер и неизбежность периодических сливов жидких радиоактивных отходов в моря.

Производство энергии

Основным требованием к ядерным реакторам для масштабного производства энергии является гарантированная безопасность. Сегодня из всех типов реакторов этому требованию удовлетворяют реакторы, охлаждаемые сплавом свинец-висмут, обладающие свойствами внутренне присущей безопасности.

Многие страны внесли вклад в разработку этих реакторных технологий. Реакторы этого типа использовались на атомных подводных лодках, и за время эксплуатации ими наработан ресурс около 80 реакторо-лет.

Физические свойства теплоносителя первого контура и конструкция реактора таковы, что радиационное загрязнение, опасное для населения, исключается при любых внешних воздействиях, включая пожар, взрыв, падение самолета, затопление, землетрясение, ошибка оператора и т.д. При любых аварийных режимах установка самоконсервируется в свинцово-висмутовый монолит, т.к. теплоноситель затвердевает при температуре 125 °С. Исключительно высокий уровень безопасности реактора характеризуется тем, что даже при разрушении защитной оболочки и нарушении герметичности первого контура, например, в случае диверсии не происходит ни разгона реактора, ни взрыва, ни пожара, ни выброса радиоактивных аэрозолей, при которых требуется эвакуация населения.

Система производства и обеспечения энергией "Белая земля" представляет собой сеть малых транспортабельных ядерных энергетических установок с теплоносителем свинец-висмут, которые работают в автономном режиме без перегрузки топлива около 10-15 лет. По окончании своей деятельности они возвращаются на переработку и заменяются другими, подобно электрическим батарейкам.

Топливо, используемое в этих ядерных Батарейках, не может быть применено в военных целях.

Размер и электрическая мощность Батареек (1, 5 и 50 МВт) выбраны таким образом, чтобы удовлетворить энергетические нужды большинства потребителей. Если необходимы энергоисточники промежуточной или большей мощности, они могут собираться из нескольких Батареек.

Свойства свинцово-висмутовых Батареек дают возможность:

· применять их как автономные источники энергии, т.е. производить энергию непосредственно на территории потребителя и отказаться от использования линий электропередач на дальние расстояния;

· использовать их для выработки не только электроэнергии, но и тепла и опреснения морской воды;

· безопасно транспортировать их к потребителю железнодорожным, воздушным и морским путем даже в труднодоступные районы;

· не производить никаких работ с ядерными материалами, исключить их транспортировку, хранение и утилизацию на территории потребителя;

· повысить надежность энергоснабжения за счет параллельного включения нескольких энергоисточников малой мощности в локальную сеть.

Простота и безопасность установок этого типа позволяет также повысить их экономические показатели, а именно:

· существенно снизить капитальные затраты благодаря серийности производства, принципиальному упрощению систем управления, защиты и безопасности, а также за счет повторного использования топлива, теплоносителя и конструкционных материалов;

· исключить затраты на перевозку топлива, перевозку, хранение и утилизацию жидких радиоактивных отходов;

· существенно снизить затраты на подготовку площадки и реабилитацию территории по окончании работы установки;

· существенно снизить эксплуатационные затраты;

· стабилизировать цену на тепло– и электроэнергию в течение времени жизни Батарейки (около 10-15 лет).

 

 

Перспективные направления

 

Определение перспективных направлений развития энергетики входит в круг задач Ассоциации. Однако уже сегодня можно предложить организацию разработок и финансирования проектов по следующим направлениям.

1. Информационное обеспечение:

 

· создание для всех групп населения единой информационной программы в текстовых и видеоматериалах, демонстрирующих целостный и безопасный подход в энергетике;

· организация единого мирового банка технологий, способных участвовать в формировании поля “Белой земли”.

2. Технологические перспективы:

· проекты реакторов на расплавах солей и с теплоносителем на основе свинца, пригодных для широкомасштабного производства энергии, удовлетворяющих требованиям “Белой земли”;

· исследование оптимальных вариантов уран-плутоний-ториевого топливного цикла, обеспечивающих баланс нейтронов в энергетических системах;

· развитие технологий разделения изотопов;

· исследование возможностей систем прямого преобразования ядерной энергии в электрическую;

· проектирование предприятий-ячеек, основанных на технологиях, использующих чистые изотопы.

 

3. Природоохранные мероприятия: реабилитация загрязненных территорий, очистка водоемов, атмосферы.

4. Разработка технологий уничтожения ядерного и химического оружия.

5. Подготовка кадров:

 

· открытие в университетах новой специальности “целостный подход в развитии энергетики”;

· переподготовка военных специалистов, имеющих опыт работы на объектах ядерной энергетики для работы на предприятиях “Белой земли”.

Экспертный совет Ассоциации “Белая земля”

 

Oak Ridge, USA

Dr.L.M.Toth, tel. [phone], fax [phone]

e-mail: [e-mail]

Washington DC, USA

Joseph E. Himes tel. [phone], fax [phone]

e-mail: [e-mail]

Обнинск, Россия

Д-р Г.И.Тошинский тел. [phone], факс [phone]

e-mail: [e-mail]

Москва, Россия

Д-р С.А.Субботин тел. [phone], факс [phone]

e-mail: [e-mail]

 

Orsay, France

Dr. Alfred Lecocq tel. [phone], fax [phone]

e-mail: [e-mail]

 

Cairo, Egypt

Prof. M.N.H. Comsan, tel.+ 20 2 469 8414, fax: [phone]

 

Tokyo, Japan

Prof. Hiroshi Sekimoto, tel. [phone], fax [phone]

e-mail: [e-mail]

Координационный комитет

Д-р П.Н.Алексеев, Россия – Председатель

Б.Л.Ланда, США

Д-р М.И.Сулейман, Йемен

"Отделение практической экологии Международного союза

общественных объединений".

РФ, 129256, г. Москва, ул. Вильгельма Пика, д. 4, к. 2

тел.: [phone], тел/факс: [phone].

e-mail: [e-mail]

http://www.co.ru/~alphabet/

 

Мировая энергетическая программа «Белая Земля»

 

 

Что такое Белая земля

 

Группа ученых и инженеров из разных стран поставила перед собой вопрос: возможно ли создать мировую энергетическую систему, которая позволяет, с одной стороны, организовать производство энергии, достаточное для удовлетворения всех потребностей общества, с другой – обеспечить нормальное сосуществование человека и природы.

Эта международная команда специалистов проанализировала энергетическую систему – ее современное состояние и варианты развития – с точки зрения энергетического и изотопного баланса. Результаты этих исследований и оценки технологий были представлены на 1-ой Международной учредительной конференции “Белая земля”, состоявшейся 4-7 февраля 1996 г. в Санкт-Петербурге.

Целостный подход в развитии мировой энергетической системы, соответствующие ему технологии замкнутого топливного цикла, программа производства и потребления безопасной и экологически чистой энергии и уничтожения всех отходов – весь этот комплекс получил название “Белая земля”.

 

Общие требования

 

Анализ современного состояния энергетики с точки зрения единой системы Земли позволил сформулировать следующие требования, предъявляемые к энергетической системе.

Целостность. Энергетическая система должна быть целостной, т.е. включать в себя все стадии производства и потребления энергии – добычу и транспортировку топлива, производство, передачу и использование энергии и утилизацию отходов, причем к отходам относится сама энергетическая система по окончании ее деятельности.

Эффективность. Разница между количеством произведенной энергии и энергетическими затратами (добыча сырья, производство, транспортировка и уничтожение отходов) должна быть настолько велика, чтобы удовлетворить все потребности в энергии.

Безопасность. Энергетическая система в целом и все составляющие элементы должны обладать свойствами внутренне присущей безопасности, т.е. при любом воздействии на систему, включая землетрясение, взрыв, затопление, пожар, диверсию или ошибку оператора, недопустимое влияние на окружающую среду должно быть детерминировано исключено.

Надежность управления. Надежность управления должна обеспечиваться достаточной простотой взаимодействия между оператором и системой производства и потребления энергии, не требующей высокого уровня подготовки персонала.

Гарантированность ресурсов. Система должна быть обеспечена запасами сырья и топлива для производства энергии в количестве, достаточном для удовлетворения всех энергетических потребностей человечества на длительный период.

Рециркуляция. Топливо должно возвращаться в энергетический цикл для повторного использования до полной утилизации с целью извлечения из него максимально возможного количества энергии.

Безотходность. Добыча сырья, производство, транспортировка, использование энергии и переработка отходов не должны приводить к накоплению отрицательных последствий на весь срок деятельности энергетической системы, т.е. система должна быть безотходной.

Бионейтральность. Энергосистема не должна возмущать природные биологические циклы по водороду, азоту, углероду, кислороду и т.д.

Эти требования являются не только желательными, но и обязательными, так как смягчение их в прошлом приводило к созданию систем, принципиально не гармонизируемых в условиях развития цивилизации.