6.3. экологические проблемы ядерной энергетики

Компактность ядерного топлива в сравнении с обычным и про­стота физических и технических принципов действия реакторов деления позволяли рассчитывать на экономическую выгоду АЭС, а опыт реактора военного на­значения и первых АЭС указал на их безопасность, достигаемую достаточно простыми инженерными мерами и высокой квалификацией персонала.

Однако эта уверенность была поколеблена большими авариями на АЭС в 70-е и 80-е годы и особенно Чернобыльской АЭС, что подчеркнуло вероят­ную природу проблемы безопасности. Поэтому некоторые страны или отказались от атомной энергии, или объявили мораторий на строительство но­вых АЭС (Австрия, Дания, Ирландия, Испания, Италия, Швеция). Перестали строить АЭС США, Канада, Англия, Германия.

После Чернобыля Россия тоже заморозила реализацию практически всех своих «атомных» проектов.  В 2000 г. действующие АЭС Российской Фе­дерации выработали 130,7 млрд кВт • ч электроэнергии - значительно боль­ше, чем в 1990 г. Темп роста выработки электроэнергии на АЭС в 3 раза выше, чем на тепловых станциях.

Выдержав «атомную паузу», в России решено достроить последний энер­гоблок на Калининской АЭС, расконсервировать незаконченное строительство всех 10 АЭС, начатое в годы советской власти. В ближайшие 20 лет эти объек­ты должны быть введены в эксплуатацию. И роль атомной энергетики в этой стране будет возрастать, в ближайшие 5 лет Россия поставит в Индию 2 атомных реактора мощностью по 1 тыс. МВт каждый.

Принятые меры по совершенствованию конструкции и эксплуатации АЭС позволили снизить вероятность тяжелых аварий и продолжать экс­плуатацию и строительство АЭС традиционных типов. Реально общая мощ­ность всех АЭС в мире поставляет 352 ГВт.

В настоящее время строительство АЭС продолжают топливодефицитные Япония и Южная Корея, а также многие развивающиеся страны. К концу 2010 г. в Японии планируется построить от 16 до 25 АЭС. В настоящее вре­мя суммарная электрическая мощность всех энергоблоков АЭС Японии со­ставляет около 45 ООО МВт[6]. Продолжают ранее начатое строительство и ус­тановку новых реакторов в Аргентине, Бразилии, Чехии, Украине, Иране, Словакии.

Во Франции первый ядерный реактор был сооружен в 1958 году, а в на­стоящее время эксплуатируется 58 ядерных энергоблоков, суммарная мощ­ность которых достигла 63 ГВт. На них производится 76 \% всей вырабаты­ваемой во Франции электроэнергии. Все ядерные реакторы имеют заплани­рованный срок службы на менее 40 лет. Атомная энергетика Франции обес­печила стране около 100 000 рабочих мест, а при проведении планово-предупредительных работ на АЭС привлекаются еще примерно 100 ООО спе­циалистов из других отраслей.

Всего в мире по состоянию на 1 января 2001 года эксплуатировалось 436 ядерных энергоблоков на 247 АЭС, которые вырабатывали 17 \% электроэнер­гии в мире. В некоторых странах АЭС составляют основу национальной энер­гетики. Это обусловливает тот факт, что ядерная энергетика обладает техниче­ским и топливно-ресурсным потенциалом для внесения значительного вклада в ограничение выбросов, загрязняющих атмосферу, при выработке электроэнер­гии и энергообеспечении производства и быта людей. К примеру, выброс ССЬ в атмосферу колеблется для европейских стран - от 78 т/Гвт • ч во Франции, где 78 \%электроэнергии производится на АЭС, и до 868 т/Гвт • ч в Дании, где нет АЭС. В Бельгии АЭС вырабатывают 58 \% электроэнергии, в Швеции - 46, в Швейцарии, Германии, Японии -- около 34 \%. В настоящее время АЭС пре­дотвращают выброс 2,3 млрд. т углекислого газа ежегодно, то есть 150 ядерных энергоблоков, которые сейчас работают в Западной Европе, позволяют предот­вратить выброс углекислого газа в атмосферу от 200 млн. автомобилей, кото­рыми пользуются в Европе. Это обусловливает необходимость преодоления предубежденности общества против строительства АЭС, которые дают значи­тельно меньше загрязнения окружающей среды, чем сжигание нефти и газа.

Прогнозируемое Министерством экономики РБ потребление электро- и теплоэнергии в Беларуси к 2015 г. составит 55 млрд кВт • ч и 99 млн Гкал с учетом снижения энергоемкости ВВП на 27 \% за счет энергосбережения. Исходя из экономической целесообразности, в настоящее время потребность республики в электроэнергии удовлетворяется на 95 \% за счет выработки на собственных электростанциях (в основном на импортном газе). Если учесть, что импорт электроэнергии, по оценкам специалистов из России, к 2015 г. будет снижен до 5 млрд.кВт • ч в год, то 50 млрд. кВт - ч должны по­крываться за счет собственного производства. Изношенность энергетиче­ского оборудования такова, что из 8 млн. кВт - ч имеющихся в настоящее время мощностей к 2015 г. в работоспособном состоянии может оказаться 3 млн. кВт • ч, а для удовлетворения потребности в электроэнергии в этот пе­риод потребуется дополнительно около 6 млн. кВт • ч.

В перспективе за счет всех местных видов топлива и возобновляемых ис­точников энергии с учетом выбывающих запасов нефти, попутного газа и торфа и увеличением использования возобновляемых источников их объем в топливном балансе может составить 5-6 млн т у. т. в год.

-Кроме проблемы ограниченности природных ресурсов имеется и ряд других негативных последствий использова­ния органического топлива на окружающую среду. Так, извлечение нефти и природного газа ведет к оседанию поч­вы. Нефть и газ, скопившиеся в пористых породах под по­верхностью Земли, служат своеобразной "подушкой", под­держивающей лежащую сверху породу. Когда эта подушка извлекается, земная поверхность в районе залегания неф­ти и газа опускается на глубину до 10 метров. Кроме того, извлечение из земных недр полезных ископаемых ведет к перераспределениям гравитационного напряжения в земной коре, которые иногда заканчиваются землетрясениями.

Сжигание топлива;— не только основной источник энер­гии, но и важнейший поставщиков в окружающую среду загрязняющих веществ. Тепловые электростанции вместе с транспортом поставляют в атмосферу основную долю тех­ногенного углерода (в основном в виде СО), около 50 \% диоксида серы, 35 \%.оксидов, азота и около 35 \% пыли.

Экологические проблемы тепловой энергетики. В выбросах ТЭС содержится значительное количество металлов и их  соединений. При пересчете на смертельные дозы в годовых выбросах ТЭС мощностью 1 млн. кВт содержится алюми­ния и его соединений свыше 100 млн. доз, железа - 400 млн. доз, магния - 1,5 млн. доз. Летальный эффект этих загряз­нителей не проявляется только потому, что они попадают в живые организмы в незначительных количествах, что, однако, не исключает их отрицательного влияния через воду, почву и другие звенья экологических систем.

Тепловая энергетика оказывает отрицательное влияние практически на все элементы окружающей среды, в том числе на человека, другие живые организмы и их сообщества.

Влияние энергетики на окружающую среду сильно за­висит от вида используемого топлива. Наиболее «чистым» топливом является природный газ, дающий, при его сжигании наименьшее количество загрязняющих атмосферу веществ, Далее следует нефть (мазут), каменные угли, бу­рые угли, сланцы, торф.

При сжигании топли­ва образуется много побочных веществ. При сжигании угля образуется значительное количество золы и шлака. Боль­шую часть золы можно уловить, но не всю. Все отходящие газы, потенциально вредны, даже пары воды и диоксид угле­рода СО2. Эти газы поглощают инфракрасное излучение зем­ной поверхности и часть его вновь отражают на Земли, соз­давая так называемый "парниковый эффект", Если уровень концентрации CО2 в атмосфере Земли будет увеличиваться, могут произойти глобальные климатические изменения.

При сжигании топлива образуется теплота, часть которой выбрасывается в атмосферу, приводя к тепловому за­грязнению атмосферы, что в конечном итоге, влечет по­вышение температуры водного и воздушного бассейнов, таянию ледников. Весь этот про­цесс накопления теплоты может привести к ощутимому повышению температуры на Земле, если использование энергии будет расти такими же темпами, как сейчас. Повышение температуры может вы­звать глубокие изменения климата на всей Земле.

Таким же катастрофическим может быть эффект от по­ступления в атмосферу большого количества твердых час­тиц. В табл. 6.1 приводятся количественные данные о раз­личных веществах, образующихся при работе типовой ТЭС мощностью 1000 МВт на органическом топливе.

Таблица 6.1. Данные о выбросе различных веществ при работе ТЭС, работающей на органическом топливе

 Радиоактивность дают, главным образом, изотопы радия 235Ra и 238Ra. Приводятся данные для угля. Для  нефти этот показатель в 50 раз меньше.

Экологические проблемы гидроэнергетики. Одно из важ­нейших воздействий гидроэнергетики связано с отчужде­нием значительных площадей плодородных (пойменных) земель под водохранилища, на месте которых уничтожа­ются естественные экологические системы. Значительные площади земель вблизи водохранилищ испытывают подто­пление в результате повышения уровня грунтовых вод. Эти земли; как правило, переходят в категорию заболоченных.

Со строительством водохранилищ связано резкое нарушение гидрологического режима рек, свойственных им экосистем и видового состава населяющих их живых орга­низмов.

Кроме того, в водохранилищах по разным причинам происходит ухудшение качества воды. В них резко увеличи­вается количество органических веществ как за счет ушедших под воду экосистем (древесина, другие растительные осадки, гумус почв и т.п.), так и в следствие их накопле­ния в результате замедленного водообмена Это своего рода отстойники и аккумуляторы веществ, поступающих с во­досбросов.

В водохранилищах резко усиливается прогревание воды, что интенсифицирует потерю ими кислорода и другие про­цессы, обусловливаемые тепловым загрязнением. Последнее, совместно с накоплением биогенных веществ, создает ус­ловия для зарастания водоемов и интенсивного развития водорослей, в том числе и ядовитых. По этим причинам, а также вследствие медленной восстанавливаемости вод резко снижается их способность к са­моочищению. Ухудшение качества воды ведет к гибели многих ее обитателей. Возрастает заболеваемость рыбного стада, особенно поражение гельминтами. Снижаются вку­совые качества обитателей водной среды.

Нарушаются пути миграции рыб, идет разрушение кор­мовых угодий, нерестилищ и т.п.

В конечном счете перекрытые водохранилищами реч­ные системы из транзитных превращаются в транзитно-аккумулятивные. Кроме биогенных веществ, здесь, аккуму­лируются тяжелые металлы, радиоактивные элементы и многие ядохимикаты с длительным периодом жизни. Про­дукты аккумуляции делают проблематичным возможность использования территорий, занимаемых водохранилища­ми, после их ликвидации. Водохранилища оказывают заметное влияние на атмо­сферные процессы. Например, в засушливых районах ис­парение с поверхности водохранилищ превышает испаре­ние с равновеликой поверхности суши в десятки раз. С по­вышенным испарением связано понижение температуры воздуха, увеличение туманных явлений. Различие тепловых балансов водохранилищ и прилегающей суши обусловли­вает формирование местных ветров типа бризов. Эти, а также другие явления имеют следствием смену экосистем (не все­гда положительную), изменение погоды.

Экологические проблемы ядерной энергетики. До недав­него времени ядерная энергетика рассматривалась как наи­более перспективная. Это связано как с относительно боль­шими запасами ядерного топлива, так и со щадащим их воздействием на окружающую среду, К преимуществам АЭС относится также возможность их строительства, не привя­зываясь к месторождениям ресурсов, поскольку их транс­портировка не требует существенных затрат в связи с ма­лыми объемами (0,5 кг ядерного топлива позволяет полу­чать столько же энергии, сколько дает сжигание 1000 тонн каменного угля).

До недавнего времени основные экологические пробле­мы АЭС связывались с захоронением отработанного топ­лива, а также с ликвидацией самих АЭС после окончания допустимых сроков их эксплуатации.

При нормальной работе АЭС выбросы радиоактивных элементов в окружающую среду незначительны. В среднем они в 2—4 раза меньше, чем от ТЭС такой же мощности, работающей на угле.

После 1986 г. главную экологическую опасность АЭС ста­ли связывать с возможностью аварий на них. К наиболее крупным авариям такого плана относится авария, случив­шаяся на Чернобыльской АЭС. По различным данным, суммарный выброс продуктов деления от содержащихся в реакторе ЧАЭС составил от 3,5 \% (63 кг) до 28 \% (50 т) (для сравнения: бомба, сброшенная на Хиросиму, дала 740 г радиоактивного вещества).

В результате аварии на ЧАЭС радиоактивному загрязне­нию подверглась территория в радиусе более 2 тыс. км, охва­тившая более 20 государств. В пределах бывшего СССР по­страдало 11 областей, где проживает 17 млн. человек. Общая площадь загрязненных территорий превышает 8 млн. га.

Кроме страшных последствий аварийных ситуаций на АЭС можно назвать следующие их воздействия на окру­жающую среду:   ,

-разрушение экосистем и их  элементов (почв, грун­тов водоносных структур и т.п.) в местах добычи руд, особенно при открытом способе добычи;  -изъятие земель под строительство самих АЭС. Особенно значительные территории отчуждаются под строительство сооружений для подачи, отвода и охлаждения подогретых вод. Для АЭС мощностью 1000 МВт требуется пруд-охладитель площадью около 800~900 га. Пруды могут заменяться гигантскими градирнями с диаметром у основания 100-120  и высотой, равной 40-этажному зданию;       

- изъятие значительных объемов воды из различных источников и сброс подогретых вод. Если эти воды попадают в реки и другие естественные источники, в них наблюда­ется потеря кислорода, увеличивается вероятность цвете­ния, возрастают явления теплового стресса у водных обитателей

 - не исключено попадание радиоактивного загрязне­ния в атмосферный воздух, воду, почву в процессе добычи и транспортировки сырья, а также при работе АЭС, складировании и переработке отходов, их захоронениях.

Таким образом, традиционные способы выработки теп­ла и электроэнергии в котельных и на ТЭС из этих первич­ных источников энергии, использование топлива в топливопотребляющих технологических установках       сопряжены с: -разносторонним локальным и глобальным воздействием на окружающую среду;

-        выбросом в атмосферу вредных веществ;

- сбросом минерализованных и нагретых вод;

-потреблением в значительных количествах кислорода и нагретых вод;

- изъятием больших площадей земли для- захоронения отходов (шлака, золы) и др;

Это воздействие является причиной закисления почвы и воды, способствует возникновению парникового эффекта, обусловливающего повышение планетарной температуры, провоцирует другие необратимые процессы, кроме того, органическое топливо -  это невосполнимые источники энергии, а это значит, что темпы их возобновления во мно­го раз ниже темпов их потребления.

В результате антропогенной деятельности человечества за последние 30—40 лет планетарная температура  подня­лась на 0,6-0,7°С и является наиболее высокой за послед­ние 600 лет. Поднялся средний уровень моря по сравнению с прошлым столетием на 10—15 см. За это же время отсту­пили все зарегистрированные горные ледники.

Современные технологии способны оказывать негатив­ное воздействие не только на климат, но и на здоровье людей. Согласно докладу группы экспертов, опубликован­ных в 1997 г., воздействие продуктов сжигания только твер­дого топлива в период до 2020 г. может обернуться ежегод­ной смертью 700 тыс. человек. Сокращение же выбросов на 10—15 \% спасло бы жизнь 8 млн. человек. Из сказанного следует вывод: обеспечивая повышение жизненного уров­ня населения, в каждом государстве необходимо стремиться к разработке таких предметов потребления и технологий их производства, которые потребляли бы меньшее количество энергии, обеспечивая их параметры выше параметров сво­их предшествующих аналогов, и тем самым уменьшая вред­ное воздействие на окружающую среду.

В июне 1992 г. в Рио-де-Жанейро состоя­лась конференция с участием первых лиц 156 государств, которые подписали так называемую Рамочную конвенцию об изменении климата. Развитием ее является известный Киотский протокол 1997 г. Это первый в истории человече­ства случай, когда практически все мировое сообщество подключилось к решению такой сложной научной задачи, как охрана климата. Основным содержанием Киотского протокола является обязательство более чем 140 стран мира по сокращению эмиссии парниковых газов, в первую оче­редь С02, к концу 2012 г. от 92 до 100 \%, по сравнению с базовым 1990 г. Согласно протоколу промышленно разви­тые страны должны снизить такие выбросы на 5,2 \%.