Войти в мой кабинет
Регистрация
ГОТОВЫЕ РАБОТЫ / ДИПЛОМНАЯ РАБОТА, ЭКОНОМИКА

Повышение экологической безопасности топливного цикла атомной электростанции

cool_lady 396 руб. КУПИТЬ ЭТУ РАБОТУ
Страниц: 33 Заказ написания работы может стоить дешевле
Оригинальность: неизвестно После покупки вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100% с помощью сервиса
Размещено: 26.01.2021
Цель работы: дать технико-экономическую оценку методам и технологиям, предназначенные для повышения экологической безопасности ЯТЦ АЭС. Объект: ядерный топливный цикл АЭС Предмет: экологические и экономические показатели ЯТЦ Задачи: 1. Исследование особенностей топливного цикла современных атомных электростанций 2. Анализ экономических затрат топливного цикла при различных технологиях атомных реакторов 3. Исследование экологических последствий этапов ЯТЦ 4. Оценка экономических и экологических показателей на примере реактора РБМК-1000 ЛАЭС.
Введение

Ядерная энергетика – это не только источник электричества, но и реальный путь решения экологических проблем. Интенсивное развитие ядерной энергетики можно считать одним из средств борьбы с глобальным потеплением. По данным МАГАТЭ, на сегодняшний день в мире действуют 447 энергоблоков, а 52 находятся в статусе строительства. Ядерная энергетика должна развиваться, но только в условиях полной безопасности как для человека, так и для животного и растительного мира. Безопасность, в свою очередь, должна оцениваться с учетом полного топливного цикла: добыча, переработка урана, работа АЭС, хранение, переработка, захоронение, транспортировка топлива. При строительстве, эксплуатации и проектировании АЭС учитываются как производственные (природоохранные) параметры, так и внешние факторы воздействия- вероятность сейсмического риска и риска возникновения гигантских разрушительных волн- цунами. Ядерный топливный цикл (далее ЯТЦ) включает в себя ряд взаимосвязанных видов деятельности, которые вместе и образуют такое понятие, как «топливный цикл». Это следующие технологические составляющие: • добыча и обогащение урановой руды • конверсия регенерированного урана в гексафторид • обогащение урана на заводе по разделению изотопов • производство МОКС-топлива • производство твэльных оболочек, сборка твэлов • производство энергии на АЭС • переработка отработавшего ядерного топлива • захоронение радиоактивных отходов Современный этап развития ядерной энергетики характеризуется использованием унифицированного энергетического оборудования. Основой является реактор- конструктивно выделенный объем, куда загружается ядерное топливо и где в активной зоне протекает управляемая цепная реакция деления с выделением энергии. От типа реактора, вида ядерного топлива и от того, каким образом реализуется замыкающая часть цикла, зависит ЯТЦ. У каждого реактора есть такие компоненты как система управления и защиты. Последнее служит для быстрого прекращения реакции при возникновении аварийной ситуации. По данным госкорпорации «Росатом», в России на 01.10.19 на 10 АЭС в промышленной эксплуатации находятся 36 энергоблоков с суммарной установленной мощностью 30,25 ГВт: • Энергоблоки с реакторами типа ВВЭР, их всего на данный момент 21 (ВВЭР-1200- три энергоблока, ВВЭР-1000- тринадцать энергоблоков и пять ВВЭР-440 различных модификаций); • Энергоблоки с канальными реакторами (РБМК-1000- десять энергоблоков и всего три ЭГП-6); • Два энергоблока с реакторами на быстрых нейтронах (БН-600 и БН-800). В приложении 1 представлена основная информация (статус, расположение, тип реактора, дата ввода) про российские АЭС.
Содержание

ВВЕДЕНИЕ 4 ГЛАВА I. ТЕНДЕНЦИЯ РАЗВИТИЯ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ТОПЛИВНОГО ЦИКЛА 6 1.1 Ядерное топливо, основные свойства 6 1.2 Топливные циклы атомных электростанций 11 1.3 Виды АЭС с атомными реакторами на тепловых нейтронах 16 1.4 Экономика топливных циклов АЭС 21 1.5 Нормативные требования и документации при эксплуатации АЭС 25 ГЛАВА II. АНАЛИЗ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА АЭС С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ЭКОЛОГИИ 29 2.1 Исследования жизненного цикла АЭС (с реакторами типа РБМК) 29 2.2 Анализ экологических параметров АЭС 29 2.3 Характеристика топливных элементов на современных АЭС 29 ГЛАВА III. ЭКОНОМИКО-ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЯДЕРНОГО ТОПЛИВНОГО ЦИКЛА 30 3.1 Структура затрат и экологическая оценка этапов ЯТЦ 30 3.2 Затраты по обращению с топливом на АЭС 30 3.3 Затраты на захоронение отработавшего ядерного топлива 30 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 31 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 32 Приложение АЭС России (на 01.10.19) 33
Список литературы

1. http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=5215 2. http://www.proatom.ru/modules.php?file=print&name=News&sid=4045 3. https://www.rosatom.ru/journalist/smi-about-industry/zamykaya-tsikl-mechty-i-realnosti/ 4. https://www-pub.iaea.org/mtcd/publications/pdf/te_1450_web.pdf 5. https://polar.mephi.ru/ru/conf/2000/3/1.html 6. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009), 2009. 7. Закон № 3-ФЗ от 09 января 1996 г. «О радиационной безопасности населения», 1996. – 11 с.
Отрывок из работы

ГЛАВА I. ТЕНДЕНЦИЯ РАЗВИТИЯ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ТОПЛИВНОГО ЦИКЛА 1.1 Ядерное топливо, основные свойства Производство ядерного топлива является важным составляющим для всех станций. Реакция деления ядер как раз-таки и является основой данного процесса. Ядро расщепляющихся материалов под действием нейтронов делится, высвобождает большое количество тепловой энергии, образуется два-три новых нейтрона. Благодаря этому процесс деления может само поддерживаться. Делящиеся материалы: Изотопы урана U-235; U-238 Изотопы плутония Pu-239; Pu-241 Нужно обратить внимание на то, что из всех перечисленных изотопов в природе встречается только один -это U-235. Этот изотоп называют первичным. Остальные образуется искусственно в реакторе при помощи облучения природного урана или тория нейтронами, они вторничные. Почти во всех мировых АЭС используют урановое топливо. Наиболее распространенным топливом является не естественный уран, а уран, обогащенный по изотопу U-235, с содержанием последнего до 2…4% или несколько выше. Газодиффузионный метод- метод при помощи которого происходит обогащение. Стоимость процесса обогащения существенно влияет на итоговую цену ядерного топлива. Что касается тория, на данный момент применение его ограничено, но в будущем при уменьшении использования относительного дешевых запасов природного урана, торий станет перспективным видом топлива. Мировой лидер по производству ядерного топлива и обогащению урана является Топливная компания «ТВЭЛ», которая входит в состав госкорпорации Росатом. Оно объединила целый комплекс предприятий, которые занимаются добычей и переработкой урана, выпуском самого ядерного топлива и его компонентов. В состав этой Корпорации входят следующие известные и популярные предприятия: "Машиностроительный завод" Московской области в городе Электросталь; "Чепецкий механический завод" Удмуртской республики города Глазов ОАО "Химико-металлургический завод", находящийся в городе Красноярск ОАО "Московский завод полиметаллов" "Новосибирский завод химических концентратов". Таблица 1- Сравнительная характеристика ядерного топлива на основе соединений урана, тория, плутония Соединение Температура плавления Содержание урана (плутония, тория) % г/см? UO_2 2880 88,2 9,68 U_3 O_8 2500 84,8 7,11 PuO_2 2240 88,0 10,11 ThO_2 3300 87,8 8,62 UC 2370 95,2 13,0 PuC 1850 95,0 12,91 ThC 2625 95,1 10,11 UN 2850 94,4 13,50 Основные виды ядерного топлива, используемые в ректоре: металлы, сплавы, окислы, другие топливные комбинации (табл. 1) в герметичной оболочке из металла, графита или другого вещества. Твэлы или топливные элементы, как раз и есть данная конструкция. Совместимость с материалом оболочки является одним из важных характеристик ядерного топлива. Свойства некоторых материалов описаны в таблице 2. Цилиндрические таблетки топлива 7,58*10 мм с центральным отверстием 1,4*0,6 используют для реакторов типа ВВЭР, а цилиндрические таблетки двуокиси урана 11,5*11—13 мм для реакторов типа РБМК. Таблица 2- Конструкционные материалы, используемые в качестве оболочек твэлов ядерных реакторов Материал Максимальная рабочая температура Область применения Сплавы циркония 400 Реакторы с водным теплоносителем Аустенитные легированные стали 700 Реакторы на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем В течение всего периода в реакторе конструкция твэлов надежно обеспечивает передачу тепловой энергии, которая выделяется в сердечнике при делении ядер, и защиту от контакта топлива с теплоносителем. Важным фактором при этом является требование герметичности. Конструкция твэлов при объедении образует топливные сборки, которые представляют собой активную зону ректора. Следовательно, ядерное топливо- это элемент конструкции активной зоны реактора, время от времени которое подлежит замене (полной или частичной) по мере «выгорания». Для активной зоны с входящими в нее компонентами топливных сборок характерны короткие сроки службы и малое время полной амортизации. В силу этой особенности некоторые исследователи относят стоимость первой топливной загрузки к капиталовложениям в АЭС, другие — к эксплуатационным издержкам. Свойства ядерного топлива, а именно их особенности во многом определяют перспективы развития АЭС, их условия эксплуатации и технико-экономические характеристики. Наиболее существенные свойства представлены в таблице 3. Таблица 3- Свойства ядерного топлива Свойство Описание 1. Высокая теплотворная способность Большое количество внутриядерной энергии. Высвобождается в каждом акте деления атома урана или плутония. Если 15% уносят неделящиеся изотопы, то теплотворная способность урана 16*?10?^9 ккал/кг. Это в 2-3 млн раз выше, чем у лучших видов органического топлива, предназначенные для ТЭС. 2. Возможность повторного использования Выгруженном из реакторов топливе содержится большое количество делящихся веществ, которые после химической очистки от продуктов деления и примесей могут быть снова возвращены для повторного использования. 3. Отсутствие окислительных процессов при «выгорании» Отсутствуют выбросы в атмосферу продуктов сгорания, так как не расходуется кислород из атмосферы. Это в свою очередь дает огромное экологическое преимущество для АЭС по сравнению с ТЭС. 4.Воспроизводство ядерного топлива Частичное, полное или расширенное воспроизводство ядерного топлива, так как обладает столь же высокой теплотворной способностью, что и исходное. 5. Необходимость периодических загрузок Перезагрузка топлива- замена «выгоревшего» в реакторах топлива свежим. Осуществляется после исчерпания расчетного ресурса работы твэлами. В настоящее время в качестве топлива используется обогащённый уран, при этом расход природного урана становится менее выгодным. Стоимость топлива формируется путем учета двух стадий: первая, начальная- это добыча, загрузка топливных сборок в реактор АЭС; а вторая, конечная- выгрузка сборок, временное хранение, перевозка, переработка и долговременное хранение отходов. Примерно 25% стоимости формируется на начальной стадии, 75% - на конечной. На мировом рынке продают концентрированные материалы. В 2016 году цена урана упала на 40%. За 1 кг U-238 необходимо было отдать 17,3 доллара. Уран в слитках изотопного состава 0,711 U-235 стоил 40 долларов за кг. Высоко обогащенный уран U-235 стоит 21000 долларов за килограмм. Спотовая стоимость урана на 2019 год составляла 1155,3 руб. за фунт, 1 грамм стоит 2,5 руб., а килограмм — 2500 рублей. Через пару лет она будет составлять около 3712 руб. за фунт, т.е., за 1 грамм металла будут платить 8,2 рубля, а за 1 кг — 8200 руб. Что касается тория, то в отчете МАГАТЭ сформулировано, пока стоимость урана не дойдет до отметки выше 300 долларов, этот химический элемент будет экономически не интересен как России, так и другим странам. Основные уранодобывающие компании мира представлены в таблице 4. Таблица 4- Уранодобывающие компании Компания Страна Расположение основных месторождений АРМЗ Россия Россия Uranium One Россия Казахстан, США Cameco Канада Канада, Казахстан, Австралия, США Areva Франция Канада, Казахстан, Нигер, Намибия Казатомпром Казахстан Казахстан BHP Bilition Австралия Австралия Paladin Energy Австралия Намибия, Малави Rio Tinto Австралия, Великобритания Австралия, Намибия AngloGold Ashanti ЮАР Южная Африка Казахстан сократил производство на 10%. В принципе в будущем аналитики прогнозируют спад по добычи урана. Ну а что касается цены, то она соответственно возрастет по мере истощения урановых месторождений. 1.2 Топливные циклы атомных электростанций Производство исходного топлива, переработка облученного топлива и захоронение радиоактивных отходов все это те отрасли, которые появились благодаря использованию ядерной энергии на АЭС. В введение было уже сказано пару слов про топливный цикл, но хотелось бы еще раз, более подробно определить, что это такое, и обратить внимание на некоторые нюансы, связанные с обогащением урана. Топливный цикл (ТЦ)- комплекс производств, включающих технологические процессы по добыче и переработке урановой руды, получению топливного материала и изготовлению топливных элементов (твэлов), производству ядерной энергии на АЭС, радиохимической переработке отработавшего топлива, удалению и хранению радиоактивных отводов. ТЦ АЭС подразделяют на несколько характерных групп в зависимости от типа ядерных реакторов, от вида ядерного топлива (природный уран, обогащённый уран, торий, плутоний), от базового делящегося материала. Таблица 5- Характерные группы ТЦ АЭС ТЦ Свойства 1. Урановый Делящийся материал: U-235 Сырьевой материал: U-238 Топливо: из природного (0,7%), низкого-обогащённого (1-5%), высокообогащённого урана. Реакторы: первые два вида на тепловых нейтронах, третий- на БН. Продолжение 5 таблицы 2. Уран-плутониевый Топливо: из природного, обедненного (0,2-0,3%) с добавлением плутония-239 (МОКС-топливо). Ректоры: и на тепловых нейтронах, и БН. 3. Уран-ториевый Делящийся материал: U-235 или U-233 Сырьевой материал: торий-232 Урановое топливо во всем мире используют больше. Но ЯТЦ подразделяют на два вида: Открытый (разомкнутый) ТЦ, с захоронением отработавшего топлива Закрытый (замкнутый), предусматривающий достаточно полую переработку отработавшего в реакторе топлива. Для каждого вида существует своя схема работы, которая в свою очередь влияет на формирование экономических показателей. Топливные циклы АЭС с реакторами на тепловых нейтронах: Такие циклы называются открытыми, характерны для начального этапа развития атомной энергетики. Также данная последовательность точно представлена на рисунке 1. Рисунок 1- Схема топливного цикла с однократным использованием топлива (разомкнутый цикл) Зависимость экономических показателей у данного цикла следующая: Зя т= Зд п+ Зоб+ Зтв+ Зтр+ Звыд+ Зхр, где последовательно учитываются удельные затраты на добычу, переработку, обогащение, изготовление топливных элементов, транспортировку, выдержку и хранение отработавшего топлива (руб/кг в твэлах). Каждое слагаемое отражает капиталовложения и издержки (себестоимость), необходимые для эксплуатации станции. Следует отметить, с точки зрения экономики, себестоимость добычи 1 т урановой руды зависит от многих факторов (способ добычи). Именно поэтому, оптовая цена урана, которая поступает на обогащение, рассчитывается на основе средневзвешенной себестоимости многих горнометаллургических производств. Показатели, которые влияют на уровень цен: содержание урана в рудах, трудоемкость, энергоемкость процессов добычи и переработки, наличие сопутствующих ценных компонентов. 2. Топливные циклы АЭС (ТН) с регенерацией облученного топлива: главное- способность ядерных реакторов воспроизводить наработки вторичного топлива. Для использования вторичного топлива (регенерация) в ТЦ АЭС должны быть включены заводы по радиохимической переработке облученного топлива. Плутоний и невыгоревший уран-235 являются продуктами переработки и могут быть возвращены в реакторы АЭС. Схема представлена на рисунке 2. Рисунок 2- Схема топливного цикла АЭС (ТН) с оборотом регенерированного урана В данной схеме количество природного урана требуется меньше, чем в той, которая была рассмотрена ранее. Но регенерация на радиохимических заводах является одной из сложнейших задач ТЦ. Что касается оценки стоимости выгружаемого облученного топлива, то она представляет трудность. Возможны два подхода к формированию цены: По потребительской стоимости извлекаемых продуктов «Равная цена за равный эффект» По стоимости производства облученного топлива. 3. Топливный цикл АЭС с ректорами на БН: Важная особенность состоит в том, что этот реактор способен нарабатывать вторичное топливо с коэффициентом воспроизводства больше единицы, регенерация топлива и возврат его в реакторы приводит к ЗТЦ (рис. 3). Плутоний- наилучший вид топлива для реактора этого типа. Важная особенность состоит в том, что этот реактор способен нарабатывать вторичное топливо с коэффициентом воспроизводства больше единицы. Рисунок 3- Схема топливного цикла АЭС с реактором на быстрых нейтронах Продолжительность ТЦ приводит к потребности в дополнительном топливе, а это экономически затратно. Время, необходимое для ЗТЦ, определяется следующим образом: Ттц= Тоб+ Ттв+ Таэс+ Твыд+ Ттр+ Тхр+ Тхп+ Тпер, где Тоб- время на обогащение, Ттв- для изготовления твэлов, Таэс- время пребывания топлива на АЭС, Твыд- время выдержки до снижения уровня активности, Тхп- химическая переработка топлива, Тпер- календарное время между перегрузками реактора. Существуют два подхода к определению затрат: Рисунок 4- Распределение затрат 1.3 Виды АЭС с атомными реакторами на тепловых нейтронах На конструировании ЯР благотворно влияет накопленный опыт их эксплуатации. Американские, японские, европейские, а также российские производители реакторов уже разработали ряд проектов касаемо новых ЯР. Некоторые из них уже внедрили в производство, некоторые находятся на финальном этапе проектирования или на этапе научно-исследовательских разработок. Эти реакторы функциональны, обладают конструктивными особенностями, благодаря которым просты в эксплуатации, надежны и доступны в обслуживании и текущем ремонте, более того такие новейшие ЯР экономичны и повышают безопасность условий работы. В России за производство энергии преимущественно отвечают два типа реакторов на тепловых нейтронах- РБМК и ВВЭР.
Не смогли найти подходящую работу?
Вы можете заказать учебную работу от 100 рублей у наших авторов.
Оформите заказ и авторы начнут откликаться уже через 5 мин!
Похожие работы
Дипломная работа, Экономика, 76 страниц
1900 руб.
Служба поддержки сервиса
+7(499)346-70-08
Принимаем к оплате
Способы оплаты
© «Препод24»

Все права защищены

Разработка движка сайта

/slider/1.jpg /slider/2.jpg /slider/3.jpg /slider/4.jpg /slider/5.jpg