Что такое переход к чистой энергии и какое место в нем занимает атомная энергетика?
Что такое переход к чистой энергии и какое место в нем занимает атомная энергетика?
Аудио
Мир нуждается в энергии для поддержки повседневной жизни и стимулирования человеческого и экономического развития. В 2019 году в мире было произведено более 26 000 тераватт-часов электроэнергии. Эта электроэнергия производится из ряда источников энергии, в основном ископаемого топлива, а также ядерной энергии и возобновляемых источников энергии, таких как солнечная энергия, гидроэнергия и ветер.
Производство и использование энергии являются крупнейшим источником выбросов парниковых газов во всем мире. Поскольку парниковые газы являются движущей силой изменения климата, страны во всем мире активно работают над переходом на экологически чистую энергию, меняя способы производства энергии.
Вот более пристальный взгляд на переход к чистой энергии и на то, какую роль играет ядерная энергетика. Это также является центральной темой Научного форума МАГАТЭ в этом году, который проходит с 22 по 23 сентября в Вене, Австрия. Ведущие ученые и эксперты со всего мира встретятся в течение двух дней, чтобы обсудить, как научно обоснованные решения в области ядерной энергетики могут сыграть решающую роль в прокладке пути к устойчивому будущему.
Что такое «переход к чистой энергии»?
Переход к чистой энергии означает перенос производства энергии с источников, которые выделяют много парниковых газов, таких как ископаемое топливо, на те, которые выделяют мало парниковых газов или вообще не выделяют их. Ядерная энергия, гидроэнергетика, ветер и солнечная энергия – вот некоторые из этих чистых источников.
Направление глобального перехода к чистой энергии было согласовано в Парижском соглашении, международном соглашении между более чем 180 странами, которые являются участниками Рамочной конвенции Организации Объединенных Наций об изменении климата (РКИКООН). Основной целью соглашения является ограничение роста средних глобальных температур значительно ниже 2°C по сравнению с доиндустриальным уровнем путем поощрения использования низкоуглеродных источников энергии для сокращения выбросов парниковых газов.
По данным Международного энергетического агентства (МЭА), поскольку около двух третей электроэнергии в мире по-прежнему производится за счет сжигания ископаемого топлива, для достижения этих климатических целей к 2050 году потребуется перевести не менее 80% электроэнергии на низкоуглеродные источники.
Что такое парниковые газы, глобальное потепление и изменение климата?
Парниковые газы — это газы в атмосфере Земли, которые улавливают и отдают тепло. Эти газы включают двуокись углерода, метан, водяной пар, закись азота и озон. Поскольку они поглощают и излучают тепло обратно на Землю, это вызывает повышение средней температуры планеты.
Хотя некоторые парниковые газы поступают из природных источников, в настоящее время большинство из них поступает от людей. После промышленной революции в конце 1800-х годов выбросы парниковых газов увеличились из-за увеличения активности человека, в первую очередь за счет сжигания ископаемого топлива, например, при вождении автомобиля, работающего на бензине, или при сжигании угля для производства тепла. Когда ископаемые виды топлива сгорают, они выделяют углекислый газ.
Уже более 100 лет парниковые газы накапливаются гораздо быстрее, чем могут рассеиваться, что, согласно наиболее признанным научным теориям, ускорило рост средней глобальной температуры. Это называется глобальным потеплением.
Глобальное потепление вызывает изменения в окружающей среде, такие как более экстремальные погодные условия, нерегулярные осадки, засухи и непредсказуемые смены сезонов. Эти изменения известны как изменение климата. Ожидается, что при нынешних быстрых темпах глобального потепления изменение климата и его последствия станут более экстремальными и затруднят жизнь на Земле.
Как ядерная энергетика вписывается в переход к чистой энергии?
Атомная энергетика является вторым по величине источником низкоуглеродной энергии, используемой сегодня для производства электроэнергии, после гидроэнергетики. В процессе эксплуатации атомные электростанции практически не производят выбросов парниковых газов.По данным МЭА, использование ядерной энергии сократило выбросы углекислого газа более чем на 60 гигатонн за последние 50 лет, что составляет почти двухлетний объем глобальных выбросов, связанных с энергетикой.
На ядерную энергетику приходится около 10% мировой электроэнергии и около одной трети мировой низкоуглеродной электроэнергии. В настоящее время в 30 странах мира эксплуатируется 440 ядерных энергетических реакторов. В 19 странах строятся 54 реактора, в том числе 4 страны строят свои первые ядерные реакторы.
Поскольку они могут работать на полную мощность почти непрерывно, атомные электростанции могут обеспечивать непрерывное и надежное снабжение энергией. Это контрастирует с переменными возобновляемыми источниками энергии, такими как солнечная энергия и ветер, которым требуется резервная мощность во время перерывов в их работе, например, когда солнце садится или ветер прекращает дуть.
Атомные электростанции также могут работать гибко, чтобы удовлетворить колебания спроса на энергию и обеспечить стабильность электрических сетей, особенно тех, в которых высока доля переменных возобновляемых источников (подробнее здесь). Некоторые атомные электростанции в настоящее время проектируются для предоставления неэлектрических услуг, таких как производство водорода. Эти услуги могут способствовать обезуглероживанию других секторов, помимо производства электроэнергии.
По мере того как прогресс в технологиях ядерной энергетики продолжается, он привел к созданию инновационных, усовершенствованных конструкций реакторов следующего поколения, которые помогают сделать ядерную энергетику более эффективным, доступным и привлекательным вариантом обезуглероживания. Ожидается, что новая эра небольших, более гибких и, в некоторых случаях, переносных конструкций реакторов поможет сделать ядерную энергетику и ее неэлектрические приложения более доступными и экономически эффективными, особенно для удаленных и труднодоступных частей мира. глобус (подробнее здесь).
Как работает атомная энергетика?
Ядерная энергия — это электричество, производимое посредством контролируемого высвобождения ядерной энергии, энергии, которая удерживает центры атомов вместе.Эти центры называются ядрами. Ядерная энергия высвобождается в конечном итоге в виде тепла в результате ядерного деления, которое представляет собой процесс расщепления ядер определенных материалов. Наиболее часто используемым материалом является уран, слаборадиоактивный тяжелый металл, естественным образом встречающийся в земной коре.
Уран обычно загружают в топливные стержни, часто после того, как он был обогащен для увеличения его способности к делению. Эти стержни помещаются внутрь ядерного реактора.
При использовании в водо-водяном реакторе, который является наиболее распространенным типом ядерных энергетических реакторов, эксплуатируемых в настоящее время во всем мире, топливные стержни размещаются внутри корпуса реактора, заполненного водой. Там топливные стержни бомбардируются ядерными частицами, называемыми нейтронами, которые первоначально генерируются устройством (источником нейтронов) внутри реактора. Эти нейтроны заставляют ядра урана в топливных стержнях расщепляться, высвобождая энергию и нейтроны. Эти вновь выпущенные нейтроны вызывают расщепление других ядер урана в топливных стержнях и так далее, создавая цепную реакцию ядерного деления.
В водо-водяных реакторах энергия, выделяющаяся при делении ядер, нагревает топливные стержни и окружающую воду. Вода находится под давлением, чтобы предотвратить кипение, а тепло вместо этого направляется на кипячение воды в соседнем сосуде. Кипящая вода производит пар, который используется для вращения гигантской турбины на очень высоких скоростях. Турбина соединена с генератором, который также вращается, производя электричество. Затем электричество поступает в энергосистему, которая представляет собой взаимосвязанную сеть для доставки электроэнергии от производителей к потребителям.
Ядерное деление продолжается до тех пор, пока между топливными стержнями не будут вставлены регулирующие стержни, изготовленные из материалов, поглощающих нейтроны без образования дополнительных делений, таких как кадмий. Это останавливает цепную реакцию ядерного деления.
