Энергия

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ

1.1 ЭНЕРГИЯ СЕГОДНЯ

1.2 ПОТРЕБНОСТИ В ЭНЕРГИИ

1.3 ПРОИЗВОДСТВО ЭНЕРГИИ

1.4 ИЗМЕНЕНИЯ В ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИИ И ЭНЕРГОПРОИЗВОДСТВЕ

1.5 ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕ И ЭНЕРГОПРОИЗВОДСТВО БУДУЩЕГО

ГЛАВА 2. ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ СЕГОДНЯ И ЗАВТРА

2.1 СПРОС НА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЮ

2.2 СНАБЖЕНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЕЙ

2.3 ТОПЛИВО ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ СЕГОДНЯ

2.4 РЕСУРСЫ ДЛЯ БУДУЩЕГО ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

2.5 ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

2.6 СРАВНЕНИЕ УГЛЯ И УРАНА

2.7 ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Единственное использование неоружейного урана осуществляется лишь в мощных ядерных реакторах. Во всем мире сегодня эксплуатируются более 1000 ядерных реакторов:

• Приблизительно 280 малых реакторов используются для научных исследований и производства изотопов для медицины и промышленности.*

• Более 400 реакторов приводят в движение морские суда, главным образом, атомные подводные лодки.

• Более 430 мощных реакторов используются для производства электроэнергии.

*Австралия имеет только один исследовательский действующий реактор, который будет заменен в 2005 году. Канада имеет несколько малых исследовательских реакторов в университетах и два малых реактора, предназначенных для производства изотопов, которые находятся в стадии строительства.

Фактически весь уран, производимый сегодня, идет на производство электроэнергии (хотя незначительное его количество используется для создания радиоизотопов). Его использование в этих целях уже конкурирует с углем и с природным газом.

Более чем за 40 последних лет ядерная энергия стала одним из главным источников электроэнергии в мире. Сейчас вклад ядерной энергетики в мировое производство электроэнергии составляет 16 процентов, что эквивалентно полному производству электроэнергии "тринадцатью Автралиями" или "пятью Канадами". Ядерная энергия может внести вклад и намного больший, особенно если по экологическим соображениям она будет признана экономически более выгодной и этически желательной. А Австралийский и Канадский уран будет необходим для того, чтобы снабжать топливом часть этого мирового производства электроэнергии.

Дебаты вокруг урана, ядерной энергетики и иных способов производства электроэнергии говорят нам о том, что ни один из них не обходится без некоторого риска или побочных эффектов

После первого издания этой книги в 1978 многие из оптимистических прогнозов относительно альтернативных источников энергии оказались совершенно нереалистичными (также как и некоторые прогнозы относительно ядерной энергии). Однако, важно понять, что возвращение к действительности не должно привести к их полному пренебрежению. Альтернативные источники энергии должны и дальше исследоваться и применяться там, где они соответствуют своему назначению. В особенности большой эффект может быть достигнут при правильном согласовании расположения, масштаба и термодинамических характеристик источников энергии со специфическими энергетическими потребностям. Такие действия должны иметь более высокий приоритет по сравнению с прямым увеличением производства "высокосортной" электроэнергии в условиях, где требуется только "низкосортная" теплота..

Всякий раз, когда вопрос об использовании ядерной энергии возникает вновь, появляются такие, кто желал бы поместить джина обратно в бутылку и вернуться к эпохе "до ядерной невинности". Такие настроения становятся преобладающими и в Австралии, потому что эта страна никогда не использовала ядерную энергию. Австралия, вероятно, единственная развитая страна, в которой, жители не получают никакой доли "ядерного электричества". Заметим, что Франция вырабатывает 75 процентов всей электроэнергии только за счет своей ядерной энергетики. Это самый крупный в мире экспортер электроэнергии, получающий почти пять миллиардов долларов в год от такого экспорта. По соседству - Италия, одна из индустриальных стран без каких-либо работающих атомных электростанций. Это самый крупный в мире импортер электроэнергии, большая часть которой поступает из Франции.

Весь Австралийский и Канадский уран продается исключительно на мирное использование, преимущественно для производства электроэнергии. Ничего не идет на изготовление оружия - это гарантированно международными мерами безопасности.

И я надеюсь, что наши следующие поколения будут смотреть на ядерное оружие скорее как на начальную "болезнь роста" ядерного века, чем как на главную его характеристику (что было характерно для бронзового и железного веков).

При написании этой книги были предприняты значительные усилия, чтобы учесть все многообразие современной информации о производстве электроэнергии с помощью ядерных установок. Приводимые в книге данные и цифры являются общепризнанными, и обобщения не нарушают строгости нашего исследования. Читатель не увидит на страницах многих из часто повторяемых утверждений сторонников или противников ядерной энергетики. В книге мы не будем обсуждать и социальные проблемы. Начиная с первого издания, намерение авторов состояло в том, чтобы отойти от споров, от предвзятого подбора аргументов, а представить только факты относительно энергетических потребностей человечества и как они могут удовлетворяться, в том числе и ядерной энергией. Текст был полностью проверен экспертами, которые несут ответственность перед обществом за свой профессионализм. Четвертое издание книги для школ и населения было подготовлено в рамках совместной Австралийской и Канадской инициативы и это сотрудничество продолжается до сих пор.

Рисунок 1. Расход органического топлива

Мы не можем неограниченно использовать органическое топливо с таким темпом, как мы делаем это сегодня.

Каждый способ производства и преобразования энергии оказывает влияние на окружающую среду и несет определенные риски. Ядерная энергетика не исключение, но ее влияние часто неправильно истолковывается, а риски излишне завышаются. Ядерная энергия остается безопасным, доступным и экономичным источником электроэнергии.

Настоящее 6-ое издание этой книги выходит в то время, когда нарастает беспокойство за непрерывное загрязнение среды, усиливается недоверие к науке и технике, "демонизируется" ядерная энергетика. Это беспокойство обусловлено с одной стороны появляющимися доказательствами увеличения глобальных температур, вызванных сжиганием органического топлива, а с другой стороны - Чернобыльской катастрофой 1986 года. Во введении к первому изданию этой книги в 1970-ых выражалось мнение, что, если большие усилия направлять в обеспечение безопасности и эффективности коммерческой ядерной энергетики, и, соответственно, меньшие в идеологические сражения с теми, кто желал бы видеть мир без нее, мировое сообщество значительно выиграло бы материально. После трагического опыта Чернобыля и последовавших существенных изменений в оценке безопасности ядерных объектов, появившихся сегодня возможностях рециркуляции оружейного урана для производства электроэнергии, кажется, что сегодня мы наиболее близки к такому состоянию дел.

Глава 1

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ

1.1 ЭНЕРГИЯ СЕГОДНЯ

1.2 ПОТРЕБНОСТИ В ЭНЕРГИИ

1.3 ПРОИЗВОДСТВО ЭНЕРГИИ

1.4 ИЗМЕНЕНИЯ В ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИИ И ЭНЕРГОПРОИЗВОДСТВЕ

1.5 ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕ И ЭНЕРГОПРОИЗВОДСТВО БУДУЩЕГО

1.1 Энергия сегодня

Вся потребляемая энергия приходит к нам, в конечном счете, или от солнца или из недр земли. Солнце согревает нашу планету, снабжает требуемым светом и теплом растения для роста. В далеком прошлом солнце таким же образом снабжало нашу планету энергией. Эта энергия преобразовывалась в растения, поддерживала жизнь животных. Благодаря этому мы получаем сегодня уголь, нефть и природный газа - так называемые органические топливные ресурсы, от которых существенно зависит наша цивилизация.

Единственный альтернативный источник энергии не органического происхождения, находящийся в земле, - это атомы некоторых элементов, которые сформировались задолго до появления солнечной системы. Они находятся сегодня в земной коре *.

* Уран, содержащийся в земной коре, сформировался приблизительно 6.5 миллиардов лет назад, и его концентрация в среднем составляет 0.14 %. Теплота от радиоактивного распада этого урана сегодня управляет процессами конвекции в земной коре.

Количество энергии на единицу массы атома зависит от размера атома: минимальное количество энергии на единицу массы содержится в атомах средних размеров (таких как углерод и кислород), в то время как большее количество содержится в малых атомах (таких как водород) или больших (таких как уран). Энергия поэтому может быть получена либо путем соединения малых атомов в атомы средних размеров (синтез), либо путем деления больших атомов на атомы средних размеров (расщепление). Освоение человечеством энергии синтеза и энергии расщепления является одним из наиболее важных достижений последнего столетия.

Начиная с 1970-ых годов, было много написано о надвигающемся "мировом энергетическом кризисе", который обычно связывают с кризисом нефтедобывающей промышленности. Рисунок 1 во Введении очень наглядно иллюстрирует важное значение сохранения ископаемых топливных ресурсов для будущих поколений.

Хотя с 1970-ых годов и проводится политика сохранения природных запасов сырой нефти, тем не менее, лет через 50 все ресурсы органического топлива кроме угля будут исчерпаны. Уголь к тому времени займет ту же