«Физико-технические преимущества электрической энергии»

Департамент образования науки и молодежной политики Воронежской области

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

Воронежской области

«Борисоглебский сельскохозяйственный техникум»

«Физико-технические преимущества электрической энергии»

Методическая разработка внеаудиторного занятия

2020г

ОДОБРЕНА УТВЕРЖДАЮ

на заседании цикловой комиссии Зам. директора по УР

председатель ________Бугрова Л.О. _________Овсянкина Т.Г

Протокол №___ от _________2020 г. «__»_______2020

Методист: ________Маслова М.С.

Автор: Сторублевцева Г.Н., преподаватель высшей категории ГБПОУ ВО «БСХТ»

Настоящая методическая разработка написана в качестве рекомендательного пособия для преподавателей.

Методическая разработка написана с целью обмена опытом, оказания методической помощи преподавателям в проведении открытых уроков по дисциплине «Физика», для проведения мероприятий в рамках предметных недель и Недель специальностей.

Содержание

Введение…………………………………………………………………………..4

1. 1. Форма проведения

   2. Цели мероприятия

   3. Материально-техническое обеспечение

Основная часть……………………………………………………… ………… 6

1. Организационная часть

2. Мотивация деятельности

3. План конференции:

1. Производство электрической энергии;

   • Тепловые электростанции;

   • Гидроэлектростанции;

   • Атомные электростанции;

   • Альтернативные источники энергии

2. Передача электрической энергии;

3. Использование электрической энергии;

4. Итоги конференции

Заключение…11112аариаптп………………………………………………… 10

Литература………………………………………………………………………12

Приложения…………………………………………………………………......13

Введение

Методическая разработка написана на основе педагогического опыта автора.

Данный урок проводится после изучения темы «Электромагнитные колебания» как итоговый урок. Вопросы, рассматриваемые на конференции, расширяют знания студентов по вопросам производства электроэнергии на электростанциях различного вида, устройстве и принципе их работы, передачи электроэнергии от источников тока к потребителям, о роли электроэнергии в жизни человека, о влиянии различных электростанций на окружающую среду. Так же полезно в канун 30-летия трагедии на Чернобыльской АЭС вспомнить, какой вред может нанести АЭС.

В последние десятилетия деятельность человека оказывает огромное по масштабам и интенсивности воздействие на природную среду. Материал конференции позволяет проанализировать влияние разного вида электростанций на экологическую обстановку в мире, рассмотреть пути выхода из сложившейся экологической ситуации.

Тема: «Производство, передача и использование электрической энергии»

Форма проведения: урок-конференция

Цели:

дидактическая: рассмотреть устройство, принцип действия тепловых, гидро- и атомных электростанций, провести анализ положительного и отрицательного действия электростанций на окружающую среду, рассмотреть пути выхода из создавшейся экологической обстановки, т.е. альтернативные источники электроэнергии; рассмотреть принципы передачи электроэнергии от источников к потребителям; рассмотреть роль электроэнергии в жизни человека, вспомнить трагические последствия аварии на Чернобыльской АЭС;

развивающая: развивать интерес к цифровой информации, описывающей состояние окружающей среды, познавательную активность и творчество студентов, их смекалку, наблюдательность, умение применять знания в новой ситуации, умение объяснять окружающие явления, расширять кругозор студентов;

воспитательная: воспитывать экологическое сознание, навыки коллективной работы в сочетании с самостоятельностью, чувство ответственности, взаимовыручки, уважение к мнению товарищей.

Материально-техническое обеспечение:

Оборудование: мультимедийная установка, компьютер.

Наглядные пособия: презентация, фильм о Чернобыльской трагедии, программа конференции.

Методическое обеспечение занятия: рабочая программа, календарно-тематический план урока, методическая разработка конференции, учебно-методическая карта занятия.

Основная часть

Звучит «Электрическая поэма» А. Ерошина

В розетках электричества – 
Громадные количества.
Бежит оно по сёлам, 
Бежит по городам.
При этом умудряется, 
Представьте – умудряется,
Как в цирке, умудряется –
Бежать по проводам!

Ему не отдыхается, 
Журналов не читается,
Ему не нужно кресло 
И не нужна кровать.
Не спит оно, не ест оно, 
При этом умудряется,
Прекрасно умудряется 
Повсюду поспевать:

Сверлит, строгает, гладит – 
С любой работой ладит.
И крутится, и вертится,
И варит, и прядёт.
И коврик пылесосит,
И в каждой лампе светит,
И за усы троллейбусы
По городу ведёт!

Оно кругом встречается,
Но вот что получается:
Обидно, что потрогать нам
Его не суждено:
Когда его касаются,
Совсем чуть-чуть касаются –
Кусается,
Кусается
Немедленно оно!

Вступительное слово преподавателя: Современная цивилизация немыслима без широкого использования электроэнергии. Нарушение снабжения электроэнергией большого города при аварии парализует его жизнь.

Электрическая энергия обладает неоспоримым преимуществом перед другими видами энергии. Ее можно передавать по проводам на огромные расстояния со сравнительно малыми потерями и удобно распределять между потребителями. Главное же в том, что эту энергию с помощью достаточно простых устройств легко превратить в любые другие формы: механическую, внутреннюю, энергию света и т. д.

Переменный электрический ток никогда не получил бы такого широкого применения, если бы его нельзя было преобразовывать (изменять в широких пределах напряжение и силу тока) почти без потерь энергии. Такие преобразования необходимы во многих электро- и радиотехнических устройствах. Но особенно необходима трансформация напряжения и тока при передаче электроэнергии на большие расстояния.

Поэтому на конференции мы и остановимся на производстве электроэнергии на электростанциях различного вида, ее передачи от источников к потребителям, использовании электроэнергии в промышленности, транспорте и быту, а также рассмотрим положительную и отрицательную роли различных электростанций для экологической обстановки и рассмотрим пути выхода из нее.

1. Производство электрической энергии

1. Рассматривается вопрос о производстве электроэнергии на тепловых электростанциях (Приложение 1).

2. Рассматривается вопрос о производстве электроэнергии на гидроэлектростанциях (Приложение 2)

3. Рассматривается вопрос о производстве электроэнергии на атомных электростанциях (Приложение 3)

4. Авария на Чернобыльской АЭС (Приложение 4)

Просмотр документального фильма об аварии на Чернобыльской АЭС

1. Рассматривается вопрос о производстве электроэнергии на альтернативных источниках электроэнергии (Приложение 5).

Преподаватель: Потребители электроэнергии имеются повсюду. Производится же она в сравнительно немногих местах, близких к источникам топливо и гидроресурсов. Электроэнергию не удается консервировать в больших масштабах. Она должна быть потреблена сразу же после получения. Поэтому возникает необходимость в передаче электроэнергии на большие расстояния, а это связано с заметными потерями. Как же решить эту проблему?

2. Передача электрической энергии

Рассматривается вопрос о передаче электроэнергии от источников к потребителям (Приложение 6).

3. Использование электрической энергии

Рассматривается вопрос об использовании электроэнергии. (Приложение 7).

7. Подведение итогов конференции

Преподаватель: потребность в электроэнергии постоянно увеличивается как в промышленности, на транспорте, так и в быту. Удовлетворить эту потребность можно двумя способами.

Самый естественный на первый взгляд способ – строительство новых мощных электростанций. Но это строительство требует нескольких лет и больших затрат. Важно и то, что например тепловые электростанции потребляют невозобновляемые природные ресурсы: нефть, газ, уголь. Также электростанции наносят большой ущерб экологическому равновесию на нашей планете.

Передовые технологии позволяют удовлетворить потребности в электроэнергии другим способом – эффективно использовать электроэнергию.

Например, на освещение расходуется около 25% всей производимой энергии. Поэтому замена ламп на энергосберегающие, не оставлять лампы включенными позволит экономить энергоресурсы.

Кроме того необходимо разрабатывать новые экологически чистые источники получения электроэнергии.

Заключение

Из    всех   отраслей   хозяйственной   деятельности   человека энергетика оказывает   самое   большое   влияние   на   нашу   жизнь. Вся история энергопотребления доказывает, что с ростом уровня жизни увеличивается количество необходимой человеку энергии.

Когда первобытные люди овладели энергией, произошла революция в их жизни. Люди научились варить и жарить пищу, убивая болезнетворные микробы паразитов, содержащихся в ней. Овладев огнем, они могли отпугивать диких животных, согреваться, изготавливать примитивные металлические орудия труда и оружие для охоты.

Любая деятельность, независимо от ее природы, предполагает использование энергии. Тепло и свет в домах, транспортные потоки и   работа   промышленности - все это требует затрат энергии.  Человеческая деятельность на земле является доказательством того, что люди использовали и используют много энергии.

Каждому современному человеку понятно, что самая удобная энергия для использования в промышленности и в быту – электрическая. От всех видов энергии электрическая выгодно отличается тем, что её мощные потоки можно практически мгновенно передавать на тысячекилометровые расстояния, преобразовывать ее в различные виды энергии.

Ежегодно для производства электроэнергии используется различные виды топлива топлива, гидроресурсы, ядерное топливо.

В последние десятилетия деятельность человека оказывает огромное по масштабам и интенсивности воздействие на природную среду. Свидетельство тому – возникновение многих экологических проблем. К ним можно отнести:

• истощение природных ресурсов;

• глобальное потепление климата («парниковый эффект»);

• истончение озонового экрана в стратосфере;

• проблема чистой пресной воды;

• проблема мелиоративно неблагополучных земель;

• кислотные осадки;

• сокращение видового разнообразия живой природы;

• проблема утилизации отходов;

• экологическая безграмотность россиян и т. д.

У нас, по мнению ученых, существует не менее чем 15-летнее отставание экологического образования от мирового уровня. Поэтому сейчас большое внимание следует уделять экологическому воспитанию подрастающего поколения. Одним из условий реализации экологического образования студентов является информация и пути решения проблем окружающей среды. Бытует мнение, что вопросами экологии следует заниматься на уроках биологии и географии. Но это не так, большой вклад в дело экологического образования можно внести и на уроках и внеклассных мероприятиях по физике. Ведь в переводе с греческого слово «физика» означает «природа». Пришла пора использовать физику как инструмент сохранения окружающей среды.

В данной методической разработке представлена одна из тем физики «Производство, передача и использование электрического тока», которую можно посвятить изучению экологических проблем и путей выхода из создавшейся экологической обстановки.

Литература

1. Дмитриева В.Ф. Физика, - М.: Изд. Центр «Академия», 2010;

2. Мякишев Б.Б., Буховцев Н.Н. Физика-11, - М.: Просвещение, 2012;

3. Петрухина М.А. Физика. Нестандартные занятия, внеурочные мероприятия, - Волгоград: Учитель, 2011;

4. Фадеева Г.А., Попова В.А. Физика и экология, - Волгоград: Учитель, 2010;

5. Энциклопедия для детей. Физика, - М.: Аванта+, 1999;

6. Энциклопедия для детей. Биология, - М.: Аванта+, 1999;

7. Энциклопедия для детей. Экология. – М.: Аванта+, 1999.

Приложение 1

Производство электроэнергии на ТЭС

В тепловых электростанциях (ТЭС) электроэнергия образуется за счет сжигания органических веществ. Во время сжигания химическая энергия преобразуется в тепловую, а тепловая уже в электрическую энергию. Чаще всего, топливом для тепловых электростанций является уголь, но может быть и газ, торф, мазут и другие органические вещества.

Впервые тепловые электростанции появились в конце 19 века и широкое распространение получили в 60-70 годах 20 века.

Наибольшее распространение получили два типа теплоэлектростанций – теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) конденсационные электростанции (КЭС). Различие их в том, что теплоэлектроцентрали, помимо электроэнергии, вырабатывают также и тепловую энергию в виде горячей воды и пара, а конденсационные электростанции производят только электроэнергию.

Принцип работы ТЭС следующий – уголь или любое другое органическое вещество поступает в топливный бункер, а затем в специальную топку парогенератора, где сгорает. По парогенератору постоянно циркулирует очищенная вода, которая за счет выделения тепла при сгорании топлива нагревается и превращается в пар. Пар доводится до температуры 400-650°С, после чего попадает в паровую турбину, где происходит выработка электроэнергии.

В конденсационных электростанциях коэффициент полезного действия сравнительно небольшой – всего 30-40%. В теплоэлектроцентралях же, установлена специальная теплофикационная турбина, в которой часть пара используется для выработки электроэнергии, а часть – для теплоснабжения потребителей. Коэффициент полезного действия же теплоэлектроцентрали выше и составляет 60-70%.

Как правило, теплоэлектроцентрали строят вблизи жилых массивов и крупных предприятий – потребителей тепла.

Гораздо реже встречаются ТЭС с дизельными, парогазовыми и газотурбинными установками.

Газотурбинные электростанции (ГТЭС) используют в качестве топлива газ или жидкое органическое топливо. Все продукты сгорания этого топлива, имеющие высокую температуру, попадают в турбину, которая вращает электрогенератор. В парогазовых электростанциях (ПГЭС) предусматривается наличие парогенератора, в котором образуется пар. Пар доводится до температуры 500-700 єС, после чего поступает в турбину электрогенератора. Коэффициент полезного действия ГТЭС невелик, около 26-29%. У ПГЭС КПД чуть больше – около 40-43%.

В настоящее время среди ТЭС самыми экономичными являются паротурбинные электростанции. Мощность паровых турбин может достигать 1 млн. 200 тыс. кВт. Струи пара температурой 500-600°С поступают одновременно через несколько сопел, которые расположены на вращающихся дисках. При переходе пара через турбину, его температура и давление снижается постепенно. Вал такой турбины прочно скреплен с валом генератора. Энергия пара передается ротору, который вырабатывает электрическую энергию.

Коэффициент полезного действия такой ТЭС составляет около 40 %, а на выработку 1 кВт/ч электрической энергии затрачивается около 300-500 граммов угля.

Тепловые электростанции наносят существующий вред окружающей среде, так как при выработке электроэнергии в атмосферу выделяется большое количество вредных веществ. Кроме того, строительство таких электростанций изменяет ландшафт местности, а выработка электроэнергии исчерпывает запасы природных ресурсов топлива.

Приложение 2

Производство электроэнергии на ГЭС

Гидроэлектростамнция (ГЭС) — электростанция, в качестве источника энергии использующая энергию водного потока. Гидроэлектростанции обычно строят на реках, сооружая плотины и водохранилища.

Для эффективного производства электроэнергии на ГЭС необходимы два основных фактора: гарантированная обеспеченность водой круглый год и возможно большие уклоны реки, благоприятствуют гидростроительству каньонообразные виды рельефа.

Принцип работы ГЭС достаточно прост. Цепь гидротехнических сооружений обеспечивает необходимый напор воды, поступающей на лопасти гидротурбины, которая приводит в действие генераторы, вырабатывающие электроэнергию.

Необходимый напор воды образуется посредством строительства плотины, и как следствие концентрации реки в определенном месте, или деривацией — естественным током воды. В некоторых случаях для получения необходимого напора воды используют совместно и плотину, и деривацию.

Непосредственно в самом здании гидроэлектростанции располагается все энергетическое оборудование. В зависимости от назначения, оно имеет свое определенное деление. В машинном зале расположены гидроагрегаты, непосредственно преобразующие энергию тока воды в электрическую энергию. Есть еще всевозможное дополнительное оборудование, устройства управления и контроля над работой ГЭС, трансформаторная станция, распределительные устройства и многое другое.

Гидроэлектрические станции разделяются в зависимости от вырабатываемой мощности:

мощные — вырабатывают от 25 МВт и выше;средние — до 25 МВт; малые гидроэлектростанции — до 5 МВт.

Мощность ГЭС зависит от напора и расхода воды, а также от КПД используемых турбин и генераторов. Из-за того, что по природным законам уровень воды постоянно меняется, в зависимости от сезона, а также еще по ряду причин, в качестве выражения мощности гидроэлектрической станции принято брать цикличную мощность. К примеру, различают годичный, месячный, недельный или суточный циклы работы гидроэлектростанции.

Гидроэлектростанции также делятся в зависимости от максимального использования напора воды:

высоконапорные — более 60 м; средненапорные — от 25 м; низконапорные — от 3 до 25 м.

В зависимости от напора воды, в гидроэлектростанциях применяются различные виды турбин. Для высоконапорных — ковшовые и радиально-осевые турбины с металлическими спиральными камерами. На средненапорных ГЭС устанавливаются поворотнолопастные и радиально-осевые турбины, на низконапорных — поворотнолопастные турбины в железобетонных камерах. Принцип работы всех видов турбин схож — вода, находящаяся под давлением (напор воды) поступает на лопасти турбины, которые начинают вращаться. Механическая энергия, таким образом, передается на гидрогенератор, который и вырабатывает электроэнергию. Турбины отличаются некоторыми техническими характеристиками, а также камерами — стальными или железобетонными, и рассчитаны на различный напор воды.

Гидроэлектрические станции также разделяются в зависимости от принципа использования природных ресурсов, и, соответственно, образующейся концентрации воды. Здесь можно выделить следующие ГЭС:

русловые и плотинные ГЭС. Это наиболее распространенные виды гидроэлектрических станций. Напор воды в них создается посредством установки плотины, полностью перегораживающей реку, или поднимающей уровень воды в ней на необходимую отметку. Такие гидроэлектростанции строят на многоводных равнинных реках, а также на горных реках, в местах, где русло реки более узкое, сжатое.

приплотинные ГЭС. Строятся при более высоких напорах воды. В этом случае река полностью перегораживается плотиной, а само здание ГЭС располагается за плотиной, в нижней её части. Вода, в этом случае, подводится к турбинам через специальные напорные тоннели, а не непосредственно, как в русловых ГЭС.

деривационные гидроэлектростанции. Такие электростанции строят в тех местах, где велик уклон реки. Необходимая концентрация воды в ГЭС такого типа создается посредством деривации. Вода отводится из речного русла через специальные водоотводы. Последние — спрямлены, и их уклон значительно меньший, нежели средний уклон реки. В итоге вода подводится непосредственно к зданию ГЭС. Деривационные ГЭС могут быть разного вида — безнапорные или с напорной деривацией. В случае с напорной деривацией, водовод прокладывается с большим продольным уклоном. В другом случае в начале деривации на реке создается более высокая плотина, и создается водохранилище — такая схема еще называется смешанной деривацией, так как используются оба метода создания необходимой концентрации воды.

гидроаккумулирующие электростанции. Такие ГАЭС способны аккумулировать вырабатываемую электроэнергию и пускать её в ход в моменты пиковых нагрузок. Принцип работы таких электростанций следующий: в определенные периоды (не пиковой нагрузки), агрегаты ГАЭС работают как насосы от внешних источников энергии и закачивают воду в специально оборудованные верхние бассейны. Когда возникает потребность, вода из них поступает в напорный трубопровод и приводит в действие турбины.

В состав гидроэлектрических станций, в зависимости от их назначения, также могут входить дополнительные сооружения, такие как шлюзы или судоподъёмники, способствующие навигации по водоему, рыбопропускные, водозаборные сооружения, используемые для ирригации, и многое другое.

Ценность гидроэлектрической станции состоит в том, что для производства электрической энергии они используют возобновляемые природные ресурсы. Ввиду того, что потребности в дополнительном топливе для ГЭС нет, конечная стоимость получаемой электроэнергии значительно ниже, чем при использовании других видов электростанций.

История:

Наиболее достоверным считается, что первой гидроэлектростанцией в России была Березовская (Зыряновская) ГЭС, построенная в Рудном Алтае на реке Березовка (приток р. Бухтармы) в 1892 году. Она была четырехтурбинная общей мощностью 200 кВт и предназначалась для обеспечения электричеством шахтного водоотлива из Зыряновского рудника.

На роль первой также претендует Ныгринская ГЭС, которая появилась в Иркутской губернии на реке Ныгри (приток р. Вачи) в 1896 году. Энергетическое оборудование станции состояло из двух турбин с общим горизонтальным валом, вращавшим три динамо-машины мощностью по 100 кВт. Первичное напряжение преобразовывалось четырьмя трансформаторами трехфазного тока до 10 кВ и передавалось по двум высоковольтным линиям на соседние прииски. Это были первые в России высоковольтные ЛЭП. Одну линию (длиной 9 км) проложили через гольцы к прииску Негаданному, другую (14 км) — вверх по долине Ныгри до устья ключа Сухой Лог, где в те годы действовал прииск Ивановский. На приисках напряжение трансформировалось до 220 В. Благодаря электроэнергии Ныгринской ГЭС в шахтах установили электрические подъемники. Кроме того, электрифицировали приисковую железную дорогу, служившую для вывоза отработанной породы, которая стала первой в России электрифицированной железной дорогой.

Россия имела достаточно богатый опыт промышленного гидростроительства, в основном, частными компаниями и концессиями.

Особенности:

1. Себестоимость электроэнергии на российских ГЭС более чем в два раза ниже, чем на тепловых электростанциях

2. Турбины ГЭС допускают работу во всех режимах от нулевой до максимальной мощности и позволяют плавно изменять мощность при необходимости, выступая в качестве регулятора выработки электроэнергии.

3. Сток реки является возобновляемым источником энергии.

4. Строительство ГЭС обычно более капиталоёмкое, чем тепловых станций.

5. Часто эффективные ГЭС более удалены от потребителей, чем тепловые станции.

6. Водохранилища часто занимают значительные территории, но примерно с 1963 г. начали использоваться защитные сооружения (Киевская ГЭС), которые ограничивали площадь водохранилища, и, как следствие, ограничивали площадь затопляемой поверхности (поля, луга, поселки).

7. Плотины зачастую изменяют характер рыбного хозяйства, поскольку перекрывают путь к нерестилищам проходным рыбам, однако часто благоприятствуют увеличению запасов рыбы в самом водохранилище и осуществлению рыбоводства.

8. Водохранилища ГЭС, с одной стороны, улучшают судоходство, но с другой — требуют применения шлюзов для перевода судов с одного бьефа на другой.

9. Водохранилища делают климат более умеренным.

Преимущества:

• использование возобновляемой энергии;

• очень дешевая электроэнергия;

• работа не сопровождается вредными выбросами в атмосферу;

• быстрый (относительно ТЭЦ/ТЭС) выход на режим выдачи рабочей мощности после включения станции.

Недостатки:

• затопление пахотных земель;

• строительство ведется только там, где есть большие запасы энергии воды;

• горные реки опасны из-за высокой сейсмичности районов;

Экологические проблемы: сокращенные и нерегулируемые попуски воды из водохранилищ по 10-15 дней (вплоть до их отсутствия), приводят к перестройке уникальных пойменных экосистем по всему руслу рек, как следствие, загрязнение рек, сокращение трофических цепей, снижение численности рыб, элиминация беспозвоночных водных животных, повышение агрессивности компонентов гнуса (мошки) из-за недоедания на личиночных стадиях, исчезновение мест гнездования многих видов перелетных птиц, недостаточное увлажнение пойменной почвы, негативные растительные сукцессии (обеднение фитомассы), сокращение потока биогенных веществ в океаны.

Приложение 3

Производство электроэнергии на АЭС

Каждому современному человеку понятно, что самая удобная энергия для использования в промышленности и в быту – электрическая. Основная часть энергии вырабатывается на тепловых станциях гидроэлектростанциях. Атомные электростанции вырабатывают лишь небольшую долю энергии в нашей стране – порядка 16% с тенденцией к ежегодному повышению. При этом, например, во Франции более 90% энергии вырабатывается на атомных электростанциях.

Первая атомная станция в СССР появилась в 1954 году.

Основа советской атомной энергетики была заложена теоретическими и экспериментальными работами советских ученых во главе с академиком И.В. Курчатовым.

Ученые давно указывали, что в ядрах атомов скрыты необыкновенные запасы энергии, которую можно освободить – вспомним хотя бы знаменитую формулу Эйнштейна E=M*C^2.

Однако, человечество получило первую крошечную часть этих запасов совсем недавно – в конце 30-х годов прошлого века. Оказалось, что ядра тяжелых элементов – урана и тория, сталкиваясь с нейтральными частицами – нейтронами, распадаются на осколки. Разлетаясь с огромной скоростью, эти осколки могут передать веществу, в котором они движутся, часть своей энергии. При делении появляются новые нейтроны, которые вызывают распад ядер других атомов. Так возникает цепная реакция – саморазвивающийся процесс деления ядер урана.

На этой основе была сконструирована атомная (хотя правильнее говорить ядерная) бомба. В ней внутриядерная энергия освобождается мгновенно, производя огромный взрыв. Но ученые выяснили, что можно построить установки, в которых ядерная энергия будет выделяться замедленно. Такие устройства были названы ядерными реакторами, или атомными котлами, а протекающие в них реакции – управляемыми.

Если паровые котлы и двигатели внутреннего сгорания сжигают тонны горючего, то атомные реакторы той же мощности расходуют не тонны, а граммы. А в природе этого горючего достаточно – разведенные запасы урана и тория в двадцать раз превосходят по количеству скрытой в них энергии все известные мировые запасы угля и нефти.

Атомный реактор скрыт за тяжелой бетонной или водяной защитой, поскольку его опасное излучение не должно вредить людям, работающим рядом. А по реакторному залу можно спокойно ходить и даже стоять прямо над атомным котлом, поскольку между полом и реактором находится толстая бетонная кладка, либо мощный слой воды.

Реактор состоит из нескольких основных частей.

Во-первых, это ядерное топливо – обычный, или обогащенный уран. В реактор его помещают в виде тонких длинных стержней. Природный уран состоит из смеси двух изотопов с атомными весами в 235 и 238 единиц (U-235 и U-238).

Ядра урана 238 трудно поддаются делению. Для деления им нужны нейтроны только очень высоких энергий. А нейтроны, рождающиеся при делении, быстро теряют скорость – такие нейтроны уран 238 может только захватить без всякой пользы – захватить и не разделиться. А урану 235 наоборот прекрасно подходят медленные нейтроны – чем медленнее – тем лучше. Однако в природном уране содержится лишь 0,7% урана 235. Поэтому ядерное топливо приходится обогащать, увеличивая этот процент. В связи с тем, что обогащение представляет собой довольно сложный технологический процесс, это значительно удорожает конечный продукт – обогащенный уран 235.

Вторая часть реактора – замедлитель нейтронов.

Если родившийся при делении ядра нейтрон не замедлить, он не будет захвачен другим ядром урана 235, а попадет в ядро урана 238, где и пропадет без толку.

Хорошим замедлителем является графит. Еще лучше тормозит нейтроны тяжелая вода. Можно применять в качестве замедлителя и обычную воду. Летящий нейтрон отдает часть своей энергии ядрам замедлителя и теряет скорость. Теперь он готов к встрече с очередным ядром урана 235.

Третья часть реактора – отражатель.

Это тот же замедлитель, но расположенный вокруг реактора. Его атомы отражают нейтроны, стремящиеся покинуть котел.

Кроме того, в реакторе есть стержни, которые могут подниматься и опускаться, регулируя коэффициент прироста количества нейтронов в реакторе. Стержни изготавливают из материалов, активно поглощающих нейтроны. Чем глубже такие стержни погружены в реактор, тем больше нейтронов поглощают ядра их атомов. Автоматика управляет стержнями, ориентируясь на показатели регистраторов нейтронного потока. Из самых отдаленных участков котла идут сигналы о том, сколько там нейтронов: не повысилось ли их число (это опасно), не стало ли их слишком мало (тогда упадет мощность котла).

На случай возникновения опасности есть еще и дополнительные, аварийные стержни. При сигнале тревоги они падают внутрь реактора, собирают на себя все движущиеся нейтроны и реакция моментально останавливается.

Освобожденная внутриатомная энергия передается турбинам, которые вращают валы генераторов.

Осколки, образующиеся при делении ядер тяжелых атомов, разлетаются с колоссальной скоростью, унося с собой освобожденную энергию. Замедляясь, они передают энергию окружающим атомам. Температура в реакторе повышается. Здесь в дело вступает теплоноситель, призванный отвести тепло из реактора во внешнюю среду. Чаще всего через посредника (второй контур) теплоноситель передает тепло паровой турбине и возвращается обратно в реактор.

В качестве теплоносителя применяют воду, расплавленные металлы, газы.

Первый и второй контур являются замкнутыми, и вода в них не смешивается. Вода первого контура находится под воздействием нейтронов и сама становится радиоактивной. Вода второго контура – обычная очищенная вода. Именно ее пар и движет турбину. Чем горячее пар, попадающий в турбину, тем выше ее к.п.д. Чтобы вода второго контура сильнее нагревалась и легче превращалась в пар, нужно как можно выше поднять температуру воды первого контура.

Но кипеть она не должна. Для этого давление в первом контуре повышают до 100 атмосфер. При таком большом давлении вода остается водой и не превращается в пар даже при температуре 280 градусов. Во втором контуре, наоборот, необходимо чтобы вода как можно скорее закипела. Поэтому и давление здесь небольшое. Отдав тепло в парогенераторе, и охладившись с 280 до 190 градусов, вода первого контура снова возвращается в реактор, чтобы забрать очередную порцию тепла.

Преимущества и недостатки АЭС

Ядерная энергия обладает очень высокой степенью концентрации. По количеству производимой энергии 1 кг урана равен 2,5 тысячам тонн лучшего угля! При работе АЭС в нормальном режиме нет выбросов газов, вызывающих парниковый эффект, в частности, углекислого газа. АЭС не загрязняют почву и водоемы золой и шлаками. Но АЭС производят значительное тепловое загрязнение природных водоемов, используемых для забора и выброса воды, используемой для охлаждения реактора. В зимнее время разница температуры сбросных вод и естественной температуры воды может достигать 10 °С. Тепловое загрязнение усиливает процессы эвтрофирования водоемов, приводит к изменению естественных условий обитания живых организмов.

Строительство АЭС обходится примерно в 5 раз дороже, чем строительство обычной тепловой электростанции, работающей на угле. Высокая стоимость ядерных реакторов и АЭС в целом объясняется необходимостью обеспечить строгие меры безопасности для предотвращения аварий. Кроме того, не следует забывать, что стоимость транспортировки, хранения и переработки радиоактивных отходов АЭС очень высока. Поэтому, вопреки мифу о дешевизне атомной энергии, она является самой дорогой энергией, если учесть все расходы, включая добычу и транспортировку радиоактивного сырья, строительство АЭС и утилизацию отходов. Чрезвычайно сложным и опасным процессом является демонтаж АЭС по окончании ее нормальной эксплуатации (после исчерпания ресурса). Серьезная опасность, обусловленная использованием ядерной энергии, таится в распространении по миру радиоактивных веществ, которые используются для изготовления ядерного оружия и, как следствие, могут быть использованы в ядерной войне или в ядерном терроризме.

Приложение 4

Авария на Чернобыльской АЭС.

Основная опасность АЭС — возможность аварий с тяжелыми последствиями. Авария на Чернобыльской АЭС в 1986 году — самая крупная из аварий такого рода. Масштабы этой аварии носят поистине глобальный характер. Ее последствия ощутило население многих стран. Экономический ущерб от Чернобыльской катастрофы в три раза превышает экономический эффект от использования атомной энергии за весь срок ее существования до катастрофы. Пока проблема обеспечения безопасности ядерной энергетики остается нерешенной.

Каждый год весь мир вспоминает одну из самых страшных техногенных катастроф XX века. 26 апреля 1986 года, в результате аварии на четвертом энергоблоке Чернобыльской АЭС, произошел значительный выброс радиации. "Чернобыль стал серьезным уроком для всего человечества, а его последствия до сих пор суровым эхом отзываются и на природе, и на здоровье людей". "Масштабы трагедии могли стать неизмеримо большими, если бы не беспримерное мужество и самоотверженность ликвидаторов".

Прошло уже 30 лет, а боль останется. И будет каждый год напоминать о той ночи. На станции — дежурная смена. В соседней Припяти погасли огни — город спал. Взрыв раздался в половине второго.

Первый самолет из Киева приземлился в Москве уже в 9 часов вечера 26 апреля — привезли пожарные расчеты — бойцов, которые ночью тушили четвертый энергоблок. Диагноз — острая лучевая болезнь. После их транспортировки самолет был непригоден к эксплуатации. Очень скоро пострадавшие пожарные оказались на Митинском кладбище. Захоронение сначала было в низине. Позже было решено мемориал поднять, и на прах положить бетонную подушку.

Олег Генрих — оператор 5-й смены Чернобыльской АЭС уцелел, находясь в центральном зале четвертого энергоблока во время взрыва реактора.

"Там все было тоже завалено. Все плиты болтались, шипело, лилось, все непонятно. Единственный свет — это были окна, которые были выбиты в коридоре. Лунный свет, была ночь. Мы как-то немножко друг друга силуэты видели. И я увидел весь этот ужас — как моего напарника Анатолия Кургуза фактически обварило паро-водяной смесью", — вспоминает оператор 5-й смены четвертого энергоблока Чернобыльской АЭС.

Сегодня, спустя 30 лет, это кажется невероятным. Они получили огромные дозы облучения. Выжили, хотя похоронили многих друзей.

Владимир Зайцев — ветеран-десантник. В 1986 году — начальник службы РХБЗ, то есть защита от ядерных и химических атак. Два ордена за службу Родине: афганский и чернобыльский. Внедрял сбросы защитных смесей в реактор в перевернутых парашютах, чтобы сократить время "зависания" вертолета.

"Мы летели с генералом Антошкиным. Он и говорит: я не знаю, что делать — так если дальше пойдет, скоро в России, в Советском Союзе, говорит, не останется экипажей вертолетных. Внешнее облучение имеет какую особенность: ты вышел из зоны облучения — ты больше не облучаешься. А вот то, что ты нахватал, вдыхая — это уже, как говорится, на всю жизнь "подарок". Вот из-за этого-то, собственно говоря, очень много было поражений и смертей", — отмечает ветеран ВДВ Владимир Зайцев.

— Один, два, три, четыре. До 90! Как только 90 — бросаете инструмент и бегом назад. Вопросы? — проходит инструктаж у ликвидаторов.

- Нет. Понятно.

300 тысяч солдат. Столько же — добровольцев. Вся страна, все республики бросились на ликвидацию. Убирали вручную смертоносные частицы реактора, эвакуировали 45-тысячную Припять. Снимали зараженный асфальт, стелили новый. Засыпали реактор, охлаждали, укрепляли, деактивировали. Строили защитный саркофаг. Справились за полгода.