Ядерная энергетика — будущее альтернативного топлива?

В условиях постоянно насущной необходимости поиска альтернативных и устойчивых источников топлива гонка за лучшими из них, безусловно, продолжается. Существует бесчисленное множество факторов, определяющих, какие варианты могут стать наилучшими по мере продвижения человечества в будущее.

Общий объем произведенной энергии, стоимость, безопасность, устойчивость, а также возможность быстрого расширения инфраструктуры, используемой для производства и распределения энергии, — все это факторы, имеющие большое значение. Очевидно, что ядерная энергия отвечает многим из этих требований.

Широкая общественность почти наверняка знает, что солнце и ветер являются альтернативными источниками топлива. Путешествуя по разным штатам или странам, вы, несомненно, увидите бесконечные просторы ветряных или солнечных электростанций.

Природный газ используется уже давно и имеет приличную отдачу, но природный газ является еще одним ископаемым топливом, невозобновляемым ресурсом, который может оказаться неустойчивым в долгосрочной перспективе.

Геотермальные тепловые и электростанции, использующие вырабатываемую ею энергию, могут в будущем конкурировать с атомными электростанциями. Однако в настоящее время существуют проблемы, связанные с необходимостью размещения геотермальных электростанций вблизи тектонических плит, потенциальными причинами землетрясений во время бурения и общей потребностью в использовании экологически чистых источников энергии.

Тем не менее, знаете ли вы, что атомные электростанции произвели 805 миллиардов киловатт-часов электроэнергии в 2017 году? Этого достаточно, чтобы обеспечить электроэнергией 73 миллиона домов. Без выбросов. Дело в том, что ядерная энергетика уже доказала свою полезность и постоянно совершенствуется.

Ядерная энергия уже используется в качестве жизнеспособного источника энергии

У всех нас есть определенные вещи, которые приходят на ум, когда мы слышим фразу «ядерный». Скорее всего, не все они позитивны. Некоторые из них могут быть довольно пугающими или отталкивающими. Однако производство ядерной энергии обладает огромными возможностями для обеспечения нашей планеты более чистой, эффективной и устойчивой энергией. Мы используем ее уже несколько десятилетий, независимо от того, была ли она в центре внимания или нет.

Ядерная энергия генерирует энергию путем деления. Деление — это процесс расщепления атомов урана для получения энергии.

Ядерная энергия, несмотря на некоторые негативные коннотации, по мере дальнейшего развития стала чрезвычайно безопасной. Потребности в техническом обслуживании и дозаправке топливом остаются низкими, поэтому она остается эффективной с точки зрения выработки энергии за вложенные деньги. Кроме того, она уже обеспечивает 50% энергии без выбросов в Америке.

Достижения в области технологий позволят ядерной энергетике раньше, чем позже, изменить функции и источники топлива. Это будет огромным достижением, поскольку коэффициент мощности ядерной энергетики уже занимает первое место среди альтернативных источников топлива, поэтому эта многообещающая технология будет только совершенствоваться.

Существует множество причин, по которым ядерная энергия уже используется в таких широких масштабах, и в нее будут вкладываться инвестиции, чтобы продолжать вносить свой вклад.

На первый взгляд возобновляемые источники энергии, такие как ветер и солнце, могут показаться простым ответом. Ядерная энергетика может показаться пугающей и опасной. Тем не менее, если судить по важным цифрам, фактам и событиям, ядерная энергетика выглядит довольно чистой.

Ядерная энергетика обладает лучшим коэффициентом мощности среди всех источников топлива

Коэффициент мощности определяется как отношение фактической выработки электроэнергии за определенный период времени к максимально возможной выработке электрической энергии за этот период.

Другими словами, коэффициент мощности измеряет эффективность источника энергии. Мы можем определить, какой объем энергии должен вырабатывать любой источник топлива, работающий с максимальной производительностью в идеальных условиях.

Таким образом, измеряя фактическую мощность этого источника энергии, мы можем определить, насколько он эффективен с точки зрения коэффициента мощности. Он измеряет, как часто этот источник топлива использует свой потенциал.

Как показано на приведенном выше графике Управления энергетической информации США, по данным, полученным за двухлетний период, ядерная энергия значительно превзошла все другие источники топлива.

В течение года ядерная энергетическая мощность достигала почти 100%, а это означало, что выработка энергии терялась очень мало, а атомные электростанции работали почти на полную мощность.

Ядерная мощность редко опускалась ниже 80%, в то время как ни один другой источник топлива никогда не достигал 80%. Как указывалось ранее, геотермальные источники энергии всегда были самыми близкими по коэффициенту мощности, и оба эти источника значительно превосходили все другие источники топлива.

В то время как солнечная энергия и энергия ветра на 100% являются возобновляемыми источниками энергии, почти не имеют выбросов и имеют очень низкую стоимость эксплуатации, их мощность остается низкой из-за зависимости от факторов окружающей среды и погоды. Если солнце не светит или ветер не дует, они практически бесполезны.

Даже в последние годы таблица лидеров по коэффициенту мощности оставалась неизменной, поскольку ядерные технологии продолжают совершенствоваться.

Ядерная энергетика продолжает превосходить все. Геотермальная энергетика находится ближе всего, но ее пропускная способность все еще сокращается почти на 20%.

Приведенный выше график показывает, что солнечная энергия производит энергию с максимальной потенциальной мощностью только в течение 1/4 дня. Это вполне логично, учитывая, что солнце уходит половину дня, а часы восхода или захода солнца также не позволяют солнечным панелям работать на максимальной мощности.

Ядерная энергетика занимает мало места и имеет огромный объем производства энергии

Пространство, занимаемое ядерным реактором, относительно невелико по сравнению с рабочим пространством, необходимым для других альтернативных источников топлива. Кроме того, уже проделана большая работа по уменьшению размеров реакторов.

По данным Института ядерной энергии (NEI), для работы единственной ядерной установки мощностью 1000 мегаватт в Соединенных Штатах требуется чуть более 1 квадратной мили. Сюда входят как сам объект, так и прилегающие земли для обеспечения безопасности.

NEI также заявляет, что для работы ветряных электростанций потребуется в 360 раз больше площади земли. Это соответствует 430 ветряным турбинам. Кроме того, солнечная фотоэлектрическая станция занимает в 75 раз больше места. Это более 3 миллионов солнечных панелей.

Выбросы ядерной энергии и побочные продукты практически отсутствуют

Небольшая площадь атомных электростанций — это лишь один из аспектов их выгодной производственной мощности. NEI также измерил количество парниковых газов, которые не попадают в атмосферу Земли при использовании ядерной энергии.

Поскольку атомные электростанции производят пар только в качестве побочного продукта, углекислый газ или другие вредные выбросы отсутствуют. В период с 1995 по 2016 год только Соединенные Штаты предотвратили выбросы углекислого газа на 14 000 миллионов метрических тонн в результате использования атомных электростанций.

Это эквивалентно снятию с дорог 3 миллиардов автомобилей всего за два десятилетия. Эти цифры трудно оценить, учитывая, что сегодня в Соединенных Штатах насчитывается всего 287 миллионов автомобилей.

Помимо того, что тысячи тонн вредных загрязнителей воздуха не попадают в атмосферу, физические отходы ядерной энергии также минимальны.

Ядерная энергетика имеет множество неоспоримых преимуществ. Несомненно, одна из главных причин заключается в том, чтобы помочь человечеству избавиться от зависимости от ископаемого топлива и его пагубных последствий.

Атомные электростанции надежны и постоянно совершенствуются

Размышляя об атомных электростанциях, вы можете подумать, что для обеспечения безопасности им нужна постоянная работа и много рабочей силы. Хотя к безопасности относятся очень серьезно и никогда не пренебрегают электростанциями, на самом деле они требуют меньшего обслуживания, чем многие другие варианты.

Атомные электростанции предназначены для работы в течение гораздо более длительных периодов времени, прежде чем их потребуется дозаправка. Обычно электростанции могут работать 1,5 или 2 года на топливной нагрузке, прежде чем их нужно будет дозаправить. Стоит отметить, что процесс заправки обычно занимает около 30 дней из-за особенностей источника топлива и мер безопасности. Это можно сделать всего за 16 дней.

Хотя реактор полностью отключен, он не производит энергию. Однако обычно существуют пары источников питания, которые помогают поддерживать выработку энергии во время остановки.

Фактически, такие источники энергии, как ветер и солнце, обычно работают в паре с надежными источниками питания, такими как ядерная энергия. Помните, что они часто работают с меньшим коэффициентом энергопотребления, например, на 25%, поскольку их использование ограничивается постоянным дефицитом таких видов топлива, как ветер и солнце.

Атомные электростанции также постоянно совершенствуются. Говорят, что малые модульные реакторы или SMR появятся в следующем десятилетии.

Варианты этих небольших атомных электростанций отличаются гибкостью с точки зрения местоположения, размера и количества. Их можно устанавливать в местах, где в настоящее время невозможно построить большие реакторы. По мере роста потребностей в энергии их можно добавлять больше.

Реакторы изменятся не только снаружи, но и, по прогнозам, работы по изменению внутренней работы начнутся к 2030 году. Ядра реакторов с различными системами охлаждения спроектированы таким образом, чтобы использовать меньше топлива и производить меньше отходов и, возможно, решить проблемы, связанные с использованием ископаемого топлива в настоящее время.

Потенциально самая большая эволюция ядерной энергетики на горизонте — это переход от использования деления ядер к ядерному синтезу. Термоядерный синтез — это, по сути, противоположный процессу: сжатие легких атомных ядер под сильным давлением для улавливания высвобождаемой в процессе энергии.

Самым большим плюсом является потенциальный источник топлива и отказ от радиоактивного урана. Дейтерий, изотоп водорода, можно недорого извлечь из морской воды. Количество дейтерия в одном литре морской воды теоретически может производить столько же энергии, сколько 300 литров нефти.

В наших океанах достаточно дейтерия для удовлетворения потребностей человека в энергии на протяжении миллионов лет.