Использование ядерной энергии помимо производства электроэнергии: неэлектрические применения

Если вы хотите узнать больше о работе МАГАТЭ, подпишитесь на наши еженедельные обновления, содержащие самые важные новости, мультимедийные материалы и многое другое.

Ядерное объяснение
18 окт 2021
Мэтт Фишер, Департамент ядерной энергии МАГАТЭ
Алина Константин, Департамент ядерной энергии МАГАТЭ
Джоан Лиу, Бюро общественной информации и коммуникаций МАГАТЭ

Помимо производства электроэнергии, есть много приложений, которые могут использовать ядерную энергию. (Изображение: А. Варгас/МАГАТЭ)

Декарбонизация для создания глобальной экономики с нулевым выбросом углекислого газа требует декарбонизации все отрасли, которые сегодня в значительной степени зависят от ископаемого топлива. К ним относятся отопление, промышленные процессы, требующие сжигания, и транспортировка, особенно большегрузная, морская и воздушная. По данным Международного энергетического агентства (МЭА), атомная энергетика производит около 10 процентов электроэнергии в мире, и после гидроэнергетики она является вторым по величине источником энергии с низким уровнем выбросов углерода. Атомная энергия также может быть использована для обезуглероживания неэлектрических приложений.

Что такое неэлектрические приложения?

Есть много приложений, помимо производства электроэнергии, которые могут использовать ядерную энергию. Эти приложения, требующие тепла, включают опреснение морской воды, производство водорода, централизованное теплоснабжение и технологическое отопление для промышленности (производство стекла и цемента, производство металла), переработку и производство синтез-газа. Поскольку мировое сообщество стремится к достижению климатических целей, расширение роли атомной энергетики в этих приложениях может стать ключом к успешному переходу на экологически чистую энергию.

Статья в тему: Какая электромагнитная волна возникает при ядерном взрыве?

Тепло, производимое атомными электростанциями, используется для создания пара, который приводит в действие турбины, вырабатывающие электроэнергию. Существующие атомные флоты сегодня достигают рабочих температур в диапазоне 300°C, в то время как процессы централизованного теплоснабжения и опреснения морской воды требуют около 150°C. По своей конструкции атомные электростанции в настоящее время преобразуют одну треть производимого тепла в электричество по технологическим причинам, в основном связанным со свойствами и характеристиками материалов. Оставшееся тепло обычно выделяется в окружающую среду.

Вместо того, чтобы высвобождать это тепло, его можно использовать для обогрева или охлаждения или в качестве источника энергии для производства пресной воды, водорода или других продуктов, таких как нефть или синтетическое топливо. Эти продукты могут производиться на существующих электростанциях, что называется когенерацией. Атомная когенерация — это одновременное производство электроэнергии и тепла или продукта, производного от тепла. Используя тепло для когенерации, тепловой КПД можно повысить до 80 процентов.

Что такое ядерная энергия и как работает атомная электростанция? Читать о науке об атомной энергетике.

Атомная энергетика и производство водорода

Водород может заменить ископаемое топливо во многих секторах, потенциально обеспечивая нулевые или почти нулевые выбросы в химических и промышленных процессах, экологически чистых энергетических системах и транспорте.Сегодня водород производится в процессе парового риформинга метана, энергоемком процессе, при котором выделяется около 830 миллионов тонн CO2 в год, что эквивалентно выбросам CO2 в Великобритании и Индонезии вместе взятых, по данным МЭА. Существует несколько методов использования ядерной энергии в качестве источника электроэнергии и тепла для эффективного производства водорода с минимальным выбросом CO2 или без него.

Статья в тему: У какой страны больше всего ядерного оружия 2021

Атомная энергетика и централизованное теплоснабжение

Централизованное теплоснабжение зависит от централизованной энергетической установки для распределения тепла между жилыми и коммерческими зданиями. В централизованном ядерном отоплении пар, производимый атомной электростанцией, служит для обогрева региональных тепловых сетей. Эта практика реализована в нескольких странах – Болгарии, Китае, Чехии, Венгрии, Румынии, России, Словакии, Швейцарии и Украине.

Первая в мире плавучая атомная электростанция «Академик Ломоносов», введенная в промышленную эксплуатацию в мае 2020 года, обеспечивает теплом Чукотский регион на крайнем северо-востоке России. С 1983 года швейцарская атомная электростанция Безнау обеспечивает теплом муниципальные, частные, промышленные и сельскохозяйственные потребители, насчитывающие около 20 000 человек. Магистральная теплосеть имеет протяженность 31 км, от которой тепло передается во вторичные сети общей протяженностью 99 км.

В Китае расширяется проект атомного теплоснабжения Хайян. Тепловая сеть, использующая пар двух реакторов Haiyang, была введена в эксплуатацию в конце 2020 года, и ожидается, что на первом этапе проекта удастся избежать использования 23 200 тонн угля в год и выбросов 60 000 тонн CO2. Проект «Отопление» является примером того, как ядерная энергия может сыграть роль в обезуглероживании отопления жилых помещений, а также показывает дополнительные преимущества эксплуатации атомной электростанции в режиме когенерации. К концу 2021 года проект обеспечит теплом весь прибрежный город Хайян в провинции Шаньдун с населением около 670 000 человек.

Статья в тему: кто мисс вселенная

Атомная энергетика и опреснение

Опреснение морской воды может помочь удовлетворить растущий спрос на питьевую воду, уменьшая при этом нехватку воды во многих засушливых или полузасушливых прибрежных районах. Опреснительным установкам требуется энергия в виде тепла для дистилляции или электрическая/механическая энергия для привода насосов для повышения давления морской воды через мембраны для отделения соли от соленой воды. В настоящее время большая часть этой энергии вырабатывается из ископаемого топлива. Ядерное опреснение — это низкоуглеродная альтернатива, использующая тепло и электроэнергию ядерного реактора. Методы опреснения могут сочетаться с различными типами атомных электростанций для одновременного производства воды и электроэнергии.

Осуществимость интегрированных ядерных опреснительных установок была доказана более чем 150 реакторо-летами опыта, в основном в Индии, Японии и Казахстане. Атомный реактор Актау в Казахстане, на берегу Каспийского моря, производил до 135 МВт электроэнергии и 80 000 м3/сутки питьевой воды в течение 27 лет, пока не был остановлен в 1999 г. В Японии несколько опреснительных установок, связанных с ядерные реакторы производят около 14 000 м3/сутки питьевой воды. В 2002 году на АЭС Мадрас на юго-востоке Индии была построена демонстрационная установка с двумя ядерными энергетическими реакторами мощностью 170 МВт. Это крупнейшая атомная опреснительная установка, основанная на гибридной термоосмотической технологии с использованием морской воды и пара низкого давления атомной электростанции.

Статья в тему: Каков самый большой иерархический уровень, на который влияет глобальное потепление?

Инициативы для неэлектрических приложений

Хотя в настоящее время только около 1 процента ядерной энергии используется для неэлектрических целей, во всем мире, от Великобритании и Франции до России, Японии и других стран, существуют инициативы, направленные на то, чтобы проложить путь к более широкому внедрению. Это включает в себя инициативу H2-@-Scale, запущенную в 2016 году Соединенными Штатами, в рамках которой исследуются перспективы производства водорода с помощью ядерной энергетики.В Канаде Канадские ядерные лаборатории (CNL) планируют запустить Демонстрационный, инновационный и исследовательский парк чистой энергии (CEDIR), который будет служить испытательным полигоном для приложений когенерации с использованием малых модульных реакторов (ММР).

В Китае к концу 2021 года планируется ввести в эксплуатацию высокотемпературный ММР с газовым охлаждением. Реактор предназначен для производства электроэнергии, когенерации, технологического тепла и производства водорода. Япония перезапустила свой высокотемпературный инженерно-испытательный реактор (HTTR) в июле 2021 года. Тепло, производимое HTTR, используется для выработки электроэнергии, опреснения морской воды и производства водорода с помощью термохимического процесса.

В диапазоне 250-550°C европейский рынок тепла представляет более 100 гигаватт-термальных (ГВттепл), и у атомной энергетики есть возможность выйти на этот рынок. Польша на 100 процентов использует ископаемое топливо для производства тепла; однако использование атомной энергии для получения тепла включено в стратегию развития страны.

Какова роль МАГАТЭ?

МАГАТЭ поддерживает и содействует разработке новых и появляющихся неэлектрических применений ядерных технологий посредством научных и технических публикаций, вебинаров и скоординированных исследовательских проектов.
МАГАТЭ разработало программные инструменты, такие как Программа экономической оценки водорода (HEEP) и Калькулятор водорода, для оценки вариантов производства водорода. Ссылки для загрузки обоих инструментов доступны здесь.
Для оценки ядерного опреснения МАГАТЭ разработало Программу экономической оценки опреснения (DEEP) и Программу термодинамической оптимизации опреснения (DE-TOP) для проведения экономического, термодинамического и оптимизационного анализа различных энергетических ресурсов в сочетании с различными процессами опреснения. Программное обеспечение доступно для скачивания здесь.
МАГАТЭ координирует технико-экономические обоснования ядерного опреснения с 1989 года.Техническая рабочая группа МАГАТЭ по ядерному опреснению представляет собой глобальную сеть экспертов, которая поддерживает оценку программ и планирование, исследования, разработки, проектирование, строительство, экономику, аспекты безопасности, международное сотрудничество в демонстрационных проектах, а также эксплуатацию и техническое обслуживание ядерных опреснительных установок.

Статья в тему: Как остановить атомную электростанцию

Связанные ресурсы

Неэлектрические приложения
Промышленное применение и ядерная когенерация
Ядерно-возобновляемые гибридные энергетические системы для производства обезуглероженной энергии и когенерации
Решения для изменения климата: МАГАТЭ и CoP26
Ядерная энергия для чистого нулевого мира
Ядерное объяснение

голоса

Рейтинг статьи