Category: энергетика

Category was added automatically. Read all entries about "энергетика".

CrazyProf

Листая старые учебники...

Энергетика будущего

1. Атом­ные элек­тро­стан­ции, ра­бо­та­ю­щие на цеп­ной ре­ак­ции де­ле­ния, уже сей­час вы­ра­ба­ты­ва­ют энер­гию, сто­и­мость ко­то­рой срав­ни­ма со сто­и­мо­стью энер­гии теп­ло­вых элек­тро­стан­ций, а ино­гда и ни­же. Быст­рый тех­ни­че­ский про­гресс в об­ла­сти стро­и­тель­ства АЭС поз­во­ля­ет пред­ска­зать, что в бли­жай­шее вре­мя атом­ная элек­тро­энер­гия ста­нет де­шев­ле теп­ло­вой. И ес­ли в Ан­глии АЭС стро­ят­ся по­ка в рай­о­нах, уда­лен­ных от дру­гих ис­точ­ни­ков элек­тро­энер­гии, то в США уже стро­ят АЭС да­же в не­по­сред­ствен­ной бли­зо­сти от уголь­ных шахт. В ве­ду­щих стра­нах ми­ра атом­ная энер­ге­ти­ка уже по­став­ля­ет за­мет­ную (хо­тя и да­ле­ко не ос­нов­ную) часть вы­ра­ба­ты­ва­е­мой элек­тро­энер­гии. Так, в стра­нах Ев­ро­пей­ско­го эко­но­ми­че­ско­го со­об­ще­ства мощ­ность АЭС за 1975 г. со­ста­ви­ла 18×109 Вт = 18 ГВт, а в США согласно прогнозам мощность АЭС к 1985 г. составит 300 ГВт.

К кон­цу на­ше­го сто­ле­тия на АЭС бу­дет вы­ра­ба­ты­вать­ся около 45% всей электро­энергии.

2. Ми­ро­вое по­треб­ле­ние элек­тро­энер­гии сей­час со­став­ля­ет не­сколь­ко мил­ли­ар­дов ки­ло­ватт и быст­ро воз­рас­та­ет — при­мер­но в два ра­за за каж­дые де­сять лет. Это есте­ствен­но по­рож­да­ет во­прос о воз­мож­ных ис­точ­ни­ках энер­гии. Уже пе­ред пер­вой ми­ро­вой вой­ной де­ла­лись про­гно­зы, что су­ще­ству­ю­щих за­па­сов неф­ти и уг­ля хва­тит лишь на 50-80 лет, по­сле че­го на­сту­пит «энер­ге­ти­че­ский го­лод». Дей­стви­тель­ность не оправ­да­ла этих про­гно­зов. Нед­ра Зем­ли ока­за­лись го­раз­до бо­га­че, чем ду­ма­ли гео­ло­ги. Так, до на­сто­я­ще­го вре­ме­ни, не­смот­ря на все уве­ли­чи­ва­ю­ще­е­ся по­треб­ле­ние неф­ти, ее раз­ве­дан­ные за­па­сы про­дол­жа­ют рас­ти бла­го­да­ря рас­ши­ре­нию и со­вер­шен­ство­ва­нию гео­ло­ги­че­ской раз­вед­ки. И все же на ис­то­ри­че­ски дли­тель­ный срок ни уг­ля, ни неф­ти че­ло­ве­ку не хва­тит. Энер­ге­ти­че­ские за­па­сы ядер­но­го го­рю­че­го — ура­на 92U235 — в ру­дах при­мер­но на 2 по­ряд­ка пре­вы­шают энер­ге­ти­чес­кие за­па­сы хи­ми­чес­ких топ­лив. Поэтому пе­ре­ход к ядер­ной энер­ге­ти­ке ре­ша­ет про­бле­му про­из­вод­ства до­ста­точ­ных ко­ли­честв энер­гии как ми­ни­мум на нес­коль­ко сто­ле­тий да­же с уче­том рос­та по­треб­ле­ния энер­гии

3. С созданием энергетических реакторов-размножителей запасы энергии в земной коре стали практически неограниченными, поскольку топливом стал не только уран 92U235, но и значительно более распространенный уран 92U238, а в перспективе и торий 90Th232.

Колоссальность запасов тория и урана обусловлена тем, что они содержатся не только в специальных рудах, но и в таких повсеместно распространенных материалах, как гранит. В каждой тонне гранита в среднем содержится 3 г урана и 12 г тория. Даже при потреблении энергии 5×108 МВт (на два порядка выше, чем сейчас) энер­ге­ти­че­ских за­па­сов ура­на и то­рия в гра­ни­те хва­тит более чем на 109 лет. Та­ким об­ра­зом, со­зда­ние ре­ак­то­ров-раз­мно­жи­те­лей яв­ля­ет­ся не про­сто оче­ред­ным тех­ни­че­ским до­сти­же­ни­ем, но и ре­ше­ни­ем про­бле­мы снаб­же­ния че­ло­ве­че­ства энер­ги­ей на мно­го гео­ло­ги­че­ских эпох впе­ред. Пер­спек­тив­ная сто­и­мость пе­ре­ра­бот­ки од­ной тон­ны гра­ни­та оце­ни­ва­ет­ся при­мер­но в два руб­ля. Для верх­ней гра­ни­цы сто­и­мость 1 кВт×ч энергии получается 0,2 коп. — циф­ра, срав­ни­мая со сто­и­мо­стью элек­тро­энер­гии на су­ще­ству­ю­щих уголь­ных элек­тро­стан­ци­ях.

4. В пер­спек­ти­ве, ко­гда удаст­ся пре­одо­леть все труд­но­сти, сто­я­щие на пу­ти со­зда­ния энер­ге­ти­че­ских тер­мо­ядер­ных уста­но­вок и вос­про­из­вод­ства три­тия, че­ло­ве­че­ство по­лу­чит еще один прак­ти­че­ски не­ис­чер­па­е­мый ис­точ­ник энер­гии, по­сколь­ку за­па­сы ли­тия и дей­те­рия в. зем­ной ко­ре очень ве­ли­ки. Пол­но­му ко­ли­че­ству дей­те­рия в оке­ан­ской во­де со­от­вет­ству­ет энер­ге­ти­че­ский за­пас 1017 МВт×лет. Та­ким об­ра­зом, энер­ге­ти­че­ские за­па­сы дей­те­рия в оке­а­не име­ют тот же по­ря­док, что и энер­ге­ти­че­ские за­па­сы то­рия и ура­на в ска­лах. До­бы­ча дей­те­рия из мор­ской во­ды от­но­си­тель­но про­ста и в пе­ре­во­де на энер­ге­ти­че­ский эк­ви­ва­лент край­не де­ше­ва (около 10-3 коп. за кВт×ч). За­па­сов ли­тия до­ста­точ­но для удо­вле­тво­ре­ния со­вре­мен­ных энер­ге­ти­че­ских по­треб­но­стей че­ло­ве­че­ства в те­че­ние со­тен ты­сяч лет. Ес­ли не удаст­ся осво­ить ре­ак­цию d + d, то за­па­сы тер­мо­ядер­но­го го­рю­че­го бу­дут огра­ни­чи­вать­ся за­па­са­ми ли­тия. Срав­ним от­но­си­тель­ные до­сто­ин­ства атом­ных и тер­мо­ядер­ных элек­тро­стан­ций в пред­по­ло­же­нии, что по­след­ние так­же со­зда­ны и функ­ци­о­ни­ру­ют.

Для под­дер­жа­ния ра­бо­ты ядер­но­го ре­ак­то­ра не­об­хо­ди­ма зна­чи­тель­ная до­ля воз­ни­ка­ю­щих в ре­ак­ции де­ле­ния ней­тро­нов, а вы­де­ля­ю­ща­я­ся энер­гия не нуж­на.

Для под­дер­жа­ния ра­бо­ты тер­мо­ядер­но­го ре­ак­то­ра, на­обо­рот, не­об­хо­ди­ма зна­чи­тель­ная до­ля вы­де­ля­ю­щей­ся в ре­ак­ции энер­гии, а воз­ни­ка­ю­щие ней­тро­ны не нуж­ны.

Ре­зю­ми­руя, мож­но ска­зать, что ядер­ным ре­ак­то­рам свой­ствен де­фи­цит ней­тро­нов и из­бы­ток энер­го­вы­де­ле­ния, а тер­мо­ядер­ным, на­обо­рот, де­фи­цит энер­го­вы­де­ле­ния и из­бы­ток ней­тро­нов. Та­кая «до­пол­ни­тель­ность» силь­ных и сла­бых сто­рон ядер­ных и тер­мо­ядер­ных ре­ак­то­ров есте­ствен­но при­во­дит к идее о ком­би­ни­ро­ван­ных ядер­но-тер­мо­ядер­ных си­сте­мах. На­при­мер, есть пред­ло­же­ние тер­мо­ядер­ный ре­ак­тор окру­жить обо­лоч­кой из де­ля­ще­го­ся ма­те­ри­а­ла (т. е. ядер­ным ре­ак­то­ром). В та­ком устрой­стве внеш­ний ядер­ный ре­ак­тор смо­жет ра­бо­тать на бед­ной сме­си в под­кри­ти­че­ском ре­жи­ме с внеш­ней «под­кач­кой» ней­тро­на­ми тер­мо­ядер­но­го ре­ак­то­ра, а тер­мо­ядер­ный ре­ак­тор смо­жет ра­бо­тать при зна­че­нии па­ра­мет­ра удер­жа­ния на 1-2 по­ряд­ка ни­же да­ва­е­мо­го кри­те­ри­ем Ло­усо­на.

Такое гибридное решение наиболее удобно для d + d реакции.

Для установок, работающих на d + t реакции, выделяющиеся в ней нейтроны нужны прежде всего для воспроизводства трития.

5. Се­рьез­ным не­до­стат­ком ядер­ных энер­ге­ти­че­ских уста­но­вок круп­но­го мас­шта­ба яв­ля­ет­ся об­ра­зо­ва­ние боль­шо­го ко­ли­че­ства ра­дио­ак­тив­ных от­хо­дов, на­деж­ное за­хо­ро­не­ние ко­то­рых яв­ля­ет­ся слож­ной эко­ло­ги­че­ской про­бле­мой. Ра­дио­ак­тив­ные от­хо­ды от тер­мо­ядер­ных ре­ак­то­ров (при срав­ни­мой по­лез­ной мощ­но­сти) по оцен­кам спе­ци­а­ли­стов мо­гут быть при­мер­но на три по­ряд­ка ни­же. Это раз­ли­чие со­трет­ся при пе­ре­хо­де к ком­би­ни­ро­ван­ным ядер­но­-тер­мо­ядер­ным си­сте­мам.


© Ю. М. Широков, Н. П. Юдин, Ядерная физика. Москва, «Наука», 1980. стр. 596-598.

This entry was originally posted at http://apximhd.dreamwidth.org/6873.html. Please comment there using OpenID.
Счетчик посещений Counter.CO.KZ
Убитый Архимед

Миф энергосбережения

Наконец, у меня накопилась определённая статистика, позволяющая делать выводы об экономической выгоде использования энергосберегающих ламп.

Для начала несколько примеров.

1. Энергосберегающая лампочка «Старт», 20 Вт. Установлена в ванную 27.12.09. Перегорела 11.08.10. Заявленный срок службы 10000 часов. Реальный срок службы (2 часа в день × 227 дней) 454 часа.
2. Энергосберегающая лампочка «LUXTECH», 15W 2700K. Установлена на кухне 11.07.10. Перегорела 14.11.10. Заявленный срок службы «в 9 раз дольше обычных». Реальный срок службы (4 часа в день × 126 дней) 504 часа.
3. Энергосберегающая лампочка «LUXTECH», 15W 2700K. Установлена в прихожей 26.01.10. Перегорела 08.01.11. Заявленный срок службы «в 9 раз дольше обычных». Реальный срок службы (1,5 часа в день × 347 дней) 520 часов.
4. Энергосберегающая лампочка «LUX» 11W, которую я вкручиваю на лестничной площадке, горит 24 часа в сутки. Её приходилось менять каждый месяц. Срок службы — 720 часов.

Итак, что мы имеем:

Средний срок службы энергосберегающей лампочки составляет в лучшем случае 600 часов вместо заявляемых производителями 10000 часов.
Цена лампочки — от 100 до 200 рублей.
При стоимости электроэнергии 2,55 руб./кВт×час за свой срок службы 15-ваттная энергосберегающая лампочка сжигает 2,55×600×0,015=23 рубля.
За те же 600 часов горения 75-ваттная лампочка накаливания сжигает в 5 раз больше — 115 рублей.

То есть, на протяжении срока службы энергосберегающей лампочки экономия на электроэнергии составляет около 92 рублей. В то же время разница в цене энергосберегающей лампочки и лампочки накаливания составляет от 80 до 180 рублей.
В итоге использование энергосберегающих лампочек вместо ламп накаливания приносит в лучшем случае экономию в 12 рублей, а в худшем — убыток до 88 рублей на срок службы одной лампочки.

Для того, чтобы использование энергосберегающих лампочек стало рентабельным для домашнего бюджета, их срок службы должен составлять не менее 1000 часов (кстати, это обычный срок службы ламп накаливания).