Введение

Стремительное развитие энергетики в ХХ веке стало основой быстрого развития экономики и повышения качества жизни людей. Именно в этот период произошло становление и развитие атомной энергетики и объединенных энергосистем, которым посвящена четвертая книга издания «Энергетика: история, настоящее и будущее».

Знания и опыт, которые накапливались человечеством в течении тысячелетий, обеспечили развитие учения о теплоте, открытие законов электричества, радиоактивности, создание первых электростанций и систем передачи электроэнергии, стали фундаментом современной энергетики.

В первой книге «От огня и воды к электричеству» настоящего издания дается представление об эволюции Земли, истории использования человеком огня, освоении энергии рек, ветра с древнейших времен до эпохи электричества, начале использования солнечной энергии, открытии и использовании основных видов ископаемых энергетических ресурсов (угля, нефти, газа, урана).

Во второй книге «Познание и опыт – путь к современной энергетике» приводится история развития учения о теплоте и использовании тепловой энергии, исследований и открытия основных законов электричества, создания первых теплоэлектростанций и систем передачи электроэнергии, исследований и использования атомной энергии, создания первых атомных электростанций.

В третьей книге «Развитие теплоэнергетики и гидроэнергетики» дается история, современное состояние и перспективы развития тепловой энергетики, основы теории тепловых электростанций, их основные типы, а также типы котлов, паровых и газовых турбин тепловых электростанций, систем теплоснабжения, новые технологии, повышающие эффективность и экологическую безопасность теплоэнергетики, рассматриваются вопросы комплексного использования гидроресурсов, принципиальные схемы, параметры, режимы работы ГЭС и ГАЭС, их типы и условия эксплуатации, основное технологическое оборудование.

В настоящей книге «Развитие атомной энергетики и объединенных энергосистем» приводится история, современное состояние и перспективы развития атомной энергетики, основы теории атомных электростанций, их основные типы, а также типы ядерных реакторов, ядерных энергетических установок, топливные циклы атомных электростанций, перспективные технологии, направленные на повышение эффективности и безопасности АЭС.

После выдающегося достижения – открытия радиоактивности А. Беккерелем в 1896 г. – благодаря работам выдающихся ученых М. и П. Кюри, Э. Резерфорда, Ф.Содди, Н. Бора, О. Гана, Л. Мейтнер, И. и Ф. Жолио-Кюри, Э. Ферми, И.В. Курчатова, Я.Б. Зельдовича, Ю.Б. Харитона и многих других получили быстрое развитие учение о радиоактивности и ядерная физика. Уже в 1954 г. в СССР была введена первая в мире Обнинская атомная электростанция мощностью 5 МВт. Атомная энергетика оказала большое влияние на развитие электроэнергетики во второй половине ХХ в.

Доля электроэнергии в структуре потребления энергии резко увеличилась, достигнув к концу ХХ в. 40% в развитых странах, входящих в организацию экономического сотрудничества и развития (ОЭСР). Производство электроэнергии в мире с 1950 по 2000 г. увеличилось в 14 раз и превысило 14 трлн. кВт·ч (при мощности электростанций 3,55 млрд. кВт), из которых на ТЭС и ТЭЦ приходилось более 64%, на АЭС – около 16%.

В процессе быстрого развития атомной энергетики из двух основных типов ядерных реакторов (на тепловых и быстрых нейтронах) наибольшее распространение в мире получили реакторы на тепловых нейтронах. Были разработаны многие виды таких реакторов с разными замедлителями и теплоносителями, что позволило выбрать для АЭС более технически и экономически эффективные. Так, в США основными стали водо-водяные реакторы под давлением и кипящие реакторы, в Канаде – тяжеловодные реакторы на природном уране, в бывшем СССР – водо-водяные реакторы под давлением (ВВЭР) и уран-гра

фитовые кипящие реакторы (РБМК). Мощность крупных АЭС, например Запорожской АЭС (Украина), достигла 6000 МВт. Параллельно вводились реакторы на быстрых нейтронах, позволяющие обеспечить расширенное воспроизводство ядерного топлива.

На ряде АЭС, в том числе в США на АЭС «Три-Майл-Айленд» в 1979 г., произошли тяжелые аварии, которые привели к пересмотру требований безопасности и программ развития АЭС во всем мире.

Авария на Чернобыльской АЭС в Украине в 1986 г., вызвавшая экологическую катастрофу на огромной территории, гибель людей, подорвала доверие мирового сообщества к атомной энергетике. АЭС практически перестали строить.

Предпринятые беспрецедентные максимальные усилия по обеспечению безопасности эксплуатируемых АЭС позволили в начале XXI в. восстановить доверие к атомной энергетике.

Человечество переболело катастрофой на Чернобыльской АЭС, принятые меры по повышению безопасности АЭС изменили отношение общества к ним. Наступает время «ренессанса» в развитии атомной энергетики. При этом, кроме высокой эффективности и конкурентоспособности, обеспеченности ресурсами, надежности, безопасности, важным фактором, как ни парадоксально, является то, что атомная энергетика – один из экологически наиболее чистых источников электроэнергии, хотя остается проблема утилизации отработанного топлива. Она может внести значительный вклад в обеспечение надежного энергоснабжения, снижения выбросов парниковых газов и других загрязняющих веществ.

Ведущиеся во многих странах работы по совершенствованию реакторов на тепловых и быстрых нейтронах позволяют обеспечить дальнейшее повышение их надежности, экономической эффективности и экологической безопасности. Например, при реализации в будущем международного проекта ГМ-МСР (газотурбинный модульный гелиоохлаждаемый реактор), характеризующегося высоким уровнем безопасности и конкурентоспособности, минимизацией радиоактивных отходов, может повысится к.п.д. до 50%.

Широкое применение двухкомпонентной структуры атомной энергетики, включающей АЭС с реакторами на тепловых и быстрых нейтронах, повысит эффективность использования природного урана и радиоактивных отходов.

В первой половине XXI века человечеству предстоит осуществить научный и технический прорыв на пути освоения новых видов энергии (водородной, термоядерной и др.), в связи с чем возрастает роль международной кооперации в разработке и освоении новых технологий.

Важнейшую роль в обеспечении надежного электроснабжения и энергетической безопасности в XXI веке играют объединенные энергосистемы и энергообъединения. Интенсивное развитие электроэнергетики в большинстве развитых стран мира в середине ХХ в. привело к созданию объединенных энергосистем на основе соединения электрических сетей локальных энергосистем.

В книге приведены история, состояние и перспективы развития объединенных энергосистем, которые, обеспечивая передачу и распределение электроэнергии, позволяют существенно повысить экономичность и надежность энергоснабжения. Одной из тенденций развития мировой энергетики является слияние объединенных энергосистем в крупные транснациональные энергообразования, благодаря чему достигаются экономические и энергетические преимущества. Такие мощные энергообразования, объединившие энергосистемы на огромных территориях с населением более 1 млрд. человек, функционируют в Северной Америке, Европе, Азии. На основе координации управления развитием и функционированием объединенных энергосистем, входящих в транснациональные энергообразования, достигается оптимальное использование ресурсов первичной энергии, вырабатываемой ТЭС, АЭС, ГЭС и др., сокращение общих потерь при передаче электроэнергии, оптимизация в использовании резервной мощности, повышение надежности энергоснабжения, создание межгосударственных рынков электроэнергии и мощности, способствующих в условиях конкурентной среды снижению ее стоимости.