Тепловые, атомные и гидравлические электростанций

Тепловые электростанции (ТЭС). В России около 700 крупных и средних ТЭС. Они производят до 70% электроэнергии. ТЭС используют органическое топливо – уголь, нефть, газ, мазут, сланцы, торф. Тепловые электростанции ориентированы на потребителя и одновременно находятся у источников топливных ресурсов. Потребительскую ориентацию имеют электростанции, использующие высококалорийное топливо, которое экономически выгодно транспортировать. Электростанции, работающие на мазуте, располагаются преимущественно в центрах нефтеперерабатывающей промышленности. Крупными тепловыми электростанциями являются Березовская ГРЭС-1 и ГРЭС-2, работающие на углях Канско-Ачинского бассейна, Сургутская ГРЭС-1 и ГРЭС-2, Уренгойская ГРЭС – на газе.

Преимущества тепловых электростанций: относительно свободное размещение, связанное с широким распространением топливных ресурсов в России; способность вырабатывать электроэнергию без сезонных колебаний (в отличие от ГЭС). К Недостаткам относятся: использование невозобновимых топливных ресурсов; низкий КПД; крайне неблагоприятное воздействие на окружающую среду (тепловые электростанции всего мира выбрасывают в атмосферу ежегодно 200–250 млн. т золы и около 60 млн. т сернистого ангидрида; кроме того они поглощают огромное количество кислорода).

Гидравлические электростанции (ГЭС). На ГЭС вырабатывается электроэнергия, использующая естественную гидравлическую энергию рек, а также энергию, искусственно аккумулированную в водохранилищах. ГЭС дают около 1/5 электроэнергии, производимой в России. Полная мощность ГЭС реализуется лишь в теплые месяцы и только в многоводные годы.

Самые крупные ГЭС в нашей стране входят в состав Ангаро-Енисейского каскада: Красноярская (6.0 ГВт), Иркутская (4.0 ГВт), Братская (4.5 ГВт), Усть-Илимская (4.3 ГВт), сооружается Богучанксая ГЭС (4 ГВт). В европейской части страны создан крупнейший Волжско-Камский каскад ГЭС, в состав которого входят Иваньковская, Угличская, Рыбинская, Воткинская, Городецкая, Чебоксарская, две Волжские (возле Самары и Волгограда), Саратовская. Средняя мощность этих ГЭС около 2.4 ГВт.

ГЭС занимают второе место по количеству вырабатываемой электроэнергии. Гидроэлектростанции являются весьма эффективным источником энергии, поскольку используют возобновимые ресурсы, они просты в управлении (количество персонала на ГЭС в 15–20 раз меньше, чем на ГРЭС) и имеют высокий КПД – более 80%. В результате производимая на ГЭС энергия – самая дешевая.

К достоинствам ГЭС относится: использование неисчерпаемых ресурсов; просты в запуске и управлении; имеют высокий КПД; производят самую дешевую электроэнергию; улучшают условия судоходства на реках; облегчают условия орошения близлежащих сельскохозяйственных угодий. К недостаткам ГЭС относятся: требуют больших капиталовложений на строительство; их возведение на равнинах связано со значительными потерями земель, причем лучших – пойменных, отличающихся высоким плодородием; при сооружении водохранилищ неизбежным является переселение жителей из затапливаемых населенных пунктов, что требует очень больших расходов; выработка электроэнергии зависит от климатических условий и меняется по сезонам.

Атомные электростанции (АЭС). АЭС используют транспортабельное топливо. АЭС ориентируются на потребителей, расположенных в районах с напряженным топливно-энергетическим балансом или в местах, где выявленные ресурсы минерального топлива ограничены. Кроме этого, атомная электроэнергетика относится к отраслям исключительно высокой наукоемкости.

На начало 2011года доля России в суммарной выработке электроэнергии АЭС мира составляет 6,1%, США -26,8%. Доля АЭС в выработке электроэнергии в России – 17,8%, во Франции – более 75%.

Сейчас в России действуют 10 АЭС (32 атомных реактора), общей мощностью 24.2 ГВт. Крупнейшие: в Центральном районе – Смоленская (3ГВт), Калининская АЭС (3ГВт), в Северо-Западном районе – Ленинградская АЭС (4ГВт), в ЦЧР – Курская (4ГВт) и в Поволжье – Балаковская АЭС (4ГВт).

К достоинствам АЭС относят то, что их можно строить в любом районе; коэффициент использования установленной мощности равен 80%; при нормальных условиях функционирования они меньше наносят вред окружающей среде, чем иные виды электростанций; не поглощают кислород. Недостатки АЭС: трудности в захоронении радиоактивных отходов (для их вывоза со станции сооружаются контейнеры с мощной защитой и системой охлаждения; захоронение производится в земле на больших глубинах в геологически стабильных пластах); катастрофические последствия аварий на АЭС; тепловое загрязнение используемых АЭС водоемов. С экономической точки зрения ядерная энергетика специфична. Ей свойственны, по крайней мере, две кардинальные особенности. Первая особенность связана с большой ролью капиталовложений, которые вносят основной вклад в стоимость электроэнергии. Из чего следует необходимость особо тщательно и обоснованно учитывать роль капиталовложений. Вторая определяется спецификой использования ядерного топлива, которая существенно отличается от той, что присуща обычному химическому топливу. К сожалению, до сих пор не сложилось единого мнения о том, как следует учитывать эти особенности в экономических расчетах. На примере российской ядерной энергетики можно проанализировать вышеназванные особенности с точки зрения современных особенностей производства электроэнергии.

Эра ядерных грез закончена, а существующие и строящиеся АЭС должны обеспечиваться твердой гарантией безопасности. Безотлагательного решения требует проблема захоронения радиоактивных отходов.

Современные концепции безопасности АЭС основаны на трех принципах: управления, глубокоэшелонированной защиты и инженерно технических средств безопасности. Ведущими энергетическими корпорациями и фирмами индустриальных стран разрабатывается более 20 проектов АЭС нового поколения, радикально отличающихся не только по мощности и типу реактора, но и по технологическим, схемным и конструктивным решениям.

По срокам коммерческой реализации и степени самозащищенности АЭС условно делят на три поколения. Проекты АЭС нового поколения основаны на использовании освоенных и проверенных в эксплуатации технологий и конструкций, имеют активные и пассивные системы безопасности, что позволяет снизить вероятность тяжелых аварий и уменьшить на 20 % капиталовложения и себестоимость электроэнергии.

Сам по себе факт внушительной доли ядерной энергетики в развитых западных странах сторонники АЭ рассматривают как прямое доказательство перспективности такого пути. Противники строительства АЭС напоминают, что при этом умалчивается тот факт, что в настоящее время созданы большие мощности по производству ядерных реакторов, которые длительное время остаются незагруженными. Умалчиваются также и сложные проблемы захоронения ядерных отходов. А ведь количество слабо- и среднеактивных отходов измеряется тысячами кубометров в год.

Противники АЭС полагают, что теоретические выкладки по поводу прочности и надежности во многом необоснованны. Через определенное время оборудование приходит в негодность и возникает проблема его ликвидации и уничтожения отработанных элементов. Например, средний срок остановки 20 реакторов в разных районах США составил около 13 лет.

Дальнейший прогресс в создании надежных, технически совершенных, экономичных и простых в эксплуатации конструкций энергоустановок на базе нетрадиционных возобновляемых источников энергии позволит существенно решить и основную проблему - снизить удельную стоимость вырабатываемой энергии. С этой точки зрения интересны прогнозные данные ряда зарубежных специалистов, приведенные в таблице 1.

Таблица 1 Стоимость электроэнергии, производимой на основе использования различных видов топлива и НВИЭ, дол. США / кВт-ч

Источники энергии	1980 г.	1989 г.	2000 г.	2020 г.*
Нетрадиционные возобновляемые источники энергии
Энергия солнца	0,25	0,07	0,04	0,01
Тепловая солнечная энергии	0,24	0,12	0,05	0,03
Фотоэлектрическая солнечная энергии	1,5	0,35	0,06	0,02 – 0,03
АЭС и станции на органическом топливе
Атомная энергия	0,04 – 0,13
Энергия, полученная при сжигании нефтепродуктов	0,06
Энергия, полученная при сжигании угля	0,04

* Прогнозная оценка.