3. Типы утилизаторов энергии и их использование в народном хозяйстве и сельскохозяйственном производстве.

Физическая теплота основной и побочной продукции используется в консервной и других отраслях пищевой промышленности посредством спиральных теплообменников и теплонасосных установок. Последние, используют и для утилизации тепла охлаждаемого молока. Тепловая энергия отработанного воздуха, полученная при охлаждении 1л молока, позволяет нагреть 0,52 л воды до температуры 55°.

Экономия энергии при регенерации тепла из молока окупает применение тепловых насосов в коровниках даже на 10-20 голов. В Германии, например, тепловые насосы применяют в основном на фермах, рассчитанных на содержание не менее 30-40 коров. При 70 дойных коровах с продуктивностью 5000 кг молока в год они окупаются за 6-7 лет при сроке службы 10-12 лет.

При годовом удое 5000 кг молока от одной коровы теплоотвод от охлаждаемого молока превышает примерно вдвое потребность фермы в горячей воде. Теоретически горячим водоснабжением можно обеспечить коровник на 30-40 голов и жилой дом на 4-6 человек.

Утилизация тепла охлаждаемого молока с помощью теплонасосных установок снижает на 25% удельные приведенные затраты теплоснабжением ферм. При этом потребление энергии при первичной обработке молока сни­жается в 2 раза, а эксплуатационные расходы на 15%.

Низкотемпературные вентиляционные выбросы используются на обеспечение микроклимата животноводческих помещений путем подогрева вентиляционного воздуха, для подсушки помета, для обогрева жилых помещений и теплиц. Для этих целей применяют рекуперационные и регенера­тивные теплообменные аппараты разной модификации, а также их сочетание с тепловыми насосами. Теплообменники требуют меньше, чем тепловые насосы, капиталовложений, но не всегда обеспечивают необходимое повы­шение температуры подаваемого в помещение наружного воздуха и доста­точно высокий уровень регенерации тепловой энергии. Поэтому к перспек­тивным техническим решениям относят регенерационные системы с последующим включением теплообменника и теплового насоса, который дополнительно отбирает тепло отработанного воздуха.

Из рекуперативных теплообменников наибольшее применение получили пластинчатые, которые целесообразно выполнять по схеме "прямотока". Для утилизации теплоты удаляемого воздуха применяют также рекупе­ративные теплообменники из тепловых трубок - термосифонов, вращающиеся теплообменники и др.

4.Ядерная энергетика и перспективы ее использования. Ядерная энергия – наиболее концентрированная форма энергии, используемая человеком. Атомные реакторы могут быть классифицированы по поколениям. Реакторы первого поколения были разработаны в 50-х и 60-х годах XX в. Работа реакторов, главным образом основана на использовании природного урана в качестве топлива, и графита - в качестве замедлителя, что оз­начает, что им не присуща внутренняя безопасность. Большинство ис­пользуемых ныне реакторов являются реакторами второго поколения: реакторы с кипящей водой (РКВ) и реакторы с водой под давлением (РВД). В них в большинстве случаев используется обогащенный уран в качестве топлива, и вода — в качестве охлаждающей жидкости и за­медлителя. Реакторы третьего поколения с повышенным уровнем безопасности и эффективности в настоящее время дорабатываются с целью достижения более высокой конкурентоспособности по стоимо­сти. Первые такие реакторы уже работают в Японии. Более новое по­коление реакторов — четвертое сейчас находится на этапе планирования. Их использование начнется не раньше 2025 г.

По всему миру сейчас используется около 440 реакторов второго поколения. Около половины установлено в Европе, включая и страны бывшего Советского Союза. Большинство из них является либо реак­торами с кипящей водой (РКВ), либо реакторами с водой под давлени­ем (РВД). Эти реакторы совокупно обеспечивают 17% общей мировой выработки электричества. Это представляет менее 5% общих потреб­ностей в энергии.

В России функционируют 30 реакторов на 10 атомных станциях. Срок эксплуатации реактора установлен в 30 лет. 9 реакторов имеют возраст от 25 до 29 лет и должны быть остановлены в ближайшие 5 лет. Следующие 6 реакторов в возрасте от 20 до 24 лет будут останов­лены в течение 10 лет. Получение энергии из атома. Существует два способа извлечения полезной энергии из атомных реакций: расщепление и синтез.

Расщепление - разбиение ядра с большим молекулярным весом (уран) и связанное с этим высвобождение тепловой энергии. Это мед­ленный естественный процесс (например, в урановых рудах), который контролируемо ускоряется в атомном реакторе.

Синтез - объединение ядер с низким молекулярным весом для по­лучения более тяжелого элемента (например, превращение водорода в гелий) с отдачей тепловой энергии. Это реакция, обеспечивающая теп­ло солнца, которая протекает при температуре около 15 млн. °С.

РВД является наиболее используемым типом реактора. В нем обычная вода служит и охлаждающей жидкостью, и замедлителем. Конструкция характеризуется двумя циклами. Первый контур прохо­дит через сердцевину реактора. Во втором контуре посредством теп­лообменника образуется пар, который приводит в действие турбину для генерирования электроэнергии.

Существует два типа РВД: американский Westinghouse и советский VVER.

VVER 440/230 является самым старым реактором серии VVER. У него особая конструкция и система безопасности. Этот реактор, классифицируется как реактор высокого риска. Эксперты Европейского Союза считают, что этот тип реактора не подлежит модернизации и что эксплуатация такого рода реакторов должна быть прекращена в ближайшем будущем [138].

У реакторов с кипящей водой только один контур. Пар переходит непосредственно на турбины, которые, таким образом, являются ча­стью контура реактора. При этой технологии потери тепла могут быть минимальны. Вода вокруг сердцевины реактора всегда несет в себе следы радионуклидов, поэтому турбины необходимо экранировать.

Газоохлаждаемый реактор (Advanced Gas-Cooled Reactor - AGR) является вторым поколением английских газоохлаждаемых реакторов. В качестве замедлителя используется графит, в качестве охлаждающе­го вещества - углекислый газ, а в качестве топлива - оксид урана. Этот тип реактора является военной разработкой (реакторы с графитовым замедлителем используются для производства плутония для ядерного оружия). AGR был разработан на основе реактора Magnox, в котором также используется графит в качестве замедлителя и углекислый газ в качестве охладителя. Несколько таких реакторов работают в Велико­британии и по настоящий день.

Последний, но не менее важный тип реактора, это реактор большой мощности канальный (РБМК), в котором в качестве замедлителя также используется графит. Это советский реактор, разработанный на основе реакторов для производства плутония. Сейчас в мире эксплуатируется 14 таких реакторов, причем все в странах бывшего Советского Союза (например, RBMK 1500 в Игналине (Литва) - второй по величине ре­актор в мире). Это реактор с кипящей водой, напорными трубками, графитовым замедлителем и водой в качестве охлаждающей жидкости. Малообогащенный уран используется в качестве топлива. При замед­лении, осуществляемом в основном стационарным графитом, излиш­нее кипение может ухудшать охлаждение и поглощение нейтронов, не задерживая при этом реакцию деления, что в свою очередь может вы­звать появление проблемы положительной обратной связи. В случае протекания напорных трубок процесс охлаждения останавливается, а цепная реакция продолжается. В результате реактор перегревается и может вызвать серьезные проблемы для безопасности. Подобными об­стоятельствами была вызвана авария на Чернобыльской АЭС, где ис­пользовался реактор РБМК 1000 [138].

Экономическая оценка использования атомной энергии. Открытие управляемого атомного распада привело к популярным заявлениям, что появление атомных электростанций должно дать элек­тричество, которое будет слишком дешевым, чтобы измерять его рас­ход, и это было провозглашено возможным решением нашей зависи­мости от ископаемых видов топлива. Действительность оказалась со­всем иной. Атомные программы были приняты в большинстве индустриальных стран, станции действовал и более 30 лет. За это время вследствие нескольких крупных инцидентов риск атомной энергии стал очевидным, а полные издержки выведения из эксплуатации старых станций и надежного захоронения радиоактивных отходов ста­новятся доступны для оценки только теперь. Даже за это время не найдено удовлетворительного решения для хранения радиоактивных отходов среднего низкого уровня. Полные общественные и экономи­ческие издержки атомной энергии пока не известны [139].

Обсуждение вопроса о строительстве атомных электростанций в последние годы идет особенно активно в связи с необходимостью уменьшения выбросов углекислой газа. Вполне вероятно, что про­изойдет увеличение мировых ядерных мощностей особенно в странах Азии и в России. Что касается Европы, то строительство нового реактора сейчас идет в Финляндии, а во Франции рассматриваем воз­можность строительства реакторов третьего поколения.

Исследование Чикагского университета (2004) делает больший акцент на экономических вопросах, но его результаты подтверждают выводы, сделанные учеными из Массачусетса: при сравнении размеров норми­рованной стоимости электроэнергии, атомная энергия системно ока­зывается более дорогой по сравнению со станциями, работающими на угле или природном газе .

Для того чтобы сравнить издержки различных технологий произ­водства энергии в международном контексте, была разработана модель чистой текущей стоимости. Модель позволяет рассчитать годовую стоимость и результаты в цене за киловатт-час. В общую стоимость включаются необходимые инвестиционные затраты, стоимость топли­ва, рабочей силы, обслуживания и эксплуатации, а также вспомога­тельные издержки и затраты на утилизацию. Дополнительно рассчи­тываются затраты на переработку отработанного ядерного топлива и стоимость полного вывода АЭС из эксплуатации. Кроме финансовых показателей, для каждого типа АЭС необходимо составление техниче­ской спецификации. Финансовые и технические предположения при расчетах основаны на международном опыте и стандартах [138].

АЭС являются неконкурентоспособными по сравнению со станциями, работающими на угле или газе. Используе­мая здесь модель показывает, что стоимость одного киловатт-часа при использовании стандартного ядерного реактора составляет 5,1 центов США против 3,4 и 3,5 центов США при генерировании электроэнергии сжиганием угля и газа. Все исследования основаны на общих предполо­жениях, которые не подходят для конкретных стран [138].

Перспективы атомной энергетики для Беларуси. Проблемы энергетической безопасности Беларуси возникли в связи падением объемов добычи нефти, а также трудностями поставки энергоносителей из соседних стран и возросшей зависимостью импортеров органического топлива от условий импорта.

Строительство атомной электрической станции решит только часть (порядка 20%) проблему энергетической безопасности, поскольку дефицит в Республике обусловлен не электрической, а тепловой энергией.

В общем объеме топливопотребления доля топлива, расходуемого на выработку тепла для промышленного и коммунально-бытового теплоснабжения, составляет 35–40 %.

В настоящее время определены три области широкого применения ядерного тепла: 1) прямое использование тепла для технологических процессов в промышленности, требующих температур свыше 800 град.С; 2) использования технологического пара при температурах 200–300град.С в различных отраслях промышленности; 3) использования температур коммунально-бытового теплоснабжения (для подогрева сетевой воды). При этом высокотемпературное тепло, содержащееся в водяном паре, невыгодно транспортировать дальше 1 км, а промышленное низкотемпературное тепло (температура 320град. С) – далее 5 км. Ядерное горючее, обладая гораздо большей теплотворной способностью по сравнению с обычными горючими материалами, во многих случаях может быть экономически более выгодным источником энергии.

Прогноз структуры топливного баланса, представленный на конфе­ренции по энергетике в Минске в октябре 2005 г., включает сценарий до 2020 г., в котором на атомную энергию приходится 11,3%. Это по­зволит сократить импорт природного газа до 38,7 % в 2020 г.

Экологическая оценка использования атомной энергии. Кроме высокой степени экономической неопределенности, есть и другие факторы, которые могут вызвать серьезные проблемы при ис­пользовании атомной энергии:

Безопасность: обращая внимание на традиционные вопросы безопасности, связанные с эксплуатацией ядерного реактора, вопрос безопасности заводов по переработке то­плива. [138].

Отходы: в настоящее время ни одна страна, использующая атом­ную энергию, не смогла полностью решить вопрос утилизации отхо­дов. Безопасность геологической утилизации в перспективе на тысячи лёт все еще требует достаточных доказательств. Радиоактивные отходы высокого уровня, как, например, использо­ванные топливные стержни или компоненты из ядра остановленного реактора, могут не распадаться до безопасного уровня радиоактивности несколько тысяч лет, и, вероятно, еще значительное время будут оставаться очень горячими (вплоть до 400 °С).

Отходы низкого уровня, включающие инструменты, одежду и т. п., могут потребовать защи­щенное хранение в течение несколько сот лет, прежде чем их можно будет счесть безопасными. Использованные топливные стержни мож­но перерабатывать, что помогает уменьшать количество производи­мых отходов высокого уровня. Разработка пригодных средств, для хране­ния является сложнейшей задачей для ядерщиков-технологов. Вариан­ты включают витрификацию (стеклование) и заключение в глубокие бетонные камеры хранения под землей, а также захоронение в океане. Проходят исследования и дискуссии, а радиоактивные отходы в на­стоящее время содержатся долгое время во временных хранилищах [139].

Атомные электростанции не излучают опасную радиацию в нор­мальном режиме работы. Тем не менее, излучение может быть чрезвычайно опасным и необходимо предпринимать очень тщательные меры предосторожности для рабочих в пределах атомных электростанций при переработке радиоактивных отходов и выполнении ремонта и ос­тановки реакторов [139].

Литература

1.Дашков В.Н. Возобновляемые источники энергии в ресурсосберегающих технологиях. АПК: Монография /В.Н.Дашков. - Барановичи: РУПП « Баранов.укрупн.тип.», 2003.

2.Возможности биоэнергетики в децентрализованном энергообеспечении.Ж-л «Белорусское сельское хозяйство», №2,2011 .г.с.54-58

3.Самойлов М.В. Основы энергосбережения. Мн.- БГЭУ.2003.

4.Яковчик Н.С., Плященко С.И., Лопотко А.М.,Коронец И..Н.Энергосбережение в животноводстве. Мн.:Дэбор,1998.

5.Лысюк Ю.А.Нетрадиционные источники энергии. Уч.пособ. Мн.: -Технопринт,2005.

6.Ермашкевич В.Н. Возобновляемые источники энергии Беларуси: прогноз, реализация. Уч. пособ. Мн.: БИП.2004.