Реакторы с водяным теплоносителем могут работать в водном или паровом режиме. Во втором случае пар получается непосредственно в активной зоне реактора.
В действующем реакторе имеют место интенсивные потоки нейронов, образующихся при реакции деления. Облучая вещества нейтронами внутри реактора, получают различные искусственно-радиоактивные изотопы. Другим источником радиоактивности в реакторе является осколки деления урана, большинство которых неустойчиво.
При получении радиоактивных веществ, встает проблема реализации, которая сводится к трем задачам:
1) усовершенствовать технологию с целью уменьшения образования отходов;
2) к переработке отходов для их скрепления и уменьшение опасности распространения в окружающей среде;
3) к надежной изоляции от биосферы и человека.
При работе АЭС образуется три вида радиоактивных отходов - твердые, жидкие и газообразные.
Твердыми отходами АЭС являются детали загрязненного радиоактивными веществами демонтированного оборудования, отработанные фильтры для очистки воздуха, спецодежда, мусор, отработанные ионообменные смолы и т.д. Их захоронение осуществляется в специальных траншеях, ионообменные смолы хранят в емкостях высокоактивных и низкоактивных сорбентов. Объем твердых отходов может быть значительным.
Жидкими отходами АЭС являются кубовый остаток, образующийся при выпарке высокоминерализованных трапных вод и дезактивационных растворов, дебалансные воды. Первые два вида жидких отходов хранятся в специальных хранилищах на территории АЭС и практически не оказывают воздействия на окружающую среду. Сбрасываемые АЭС дебалансные воды предварительно очищаются до такой степени, что концентрация радиоактивных загрязнений в них соответствует нормам для питьевой воды.
Выбрасываемые в атмосферу газовоздушные потоки также подвергаются тщательной очистке. В состав газообразных выбросов АЭС входят радиоактивные газы и аэрозоли. Особое место принадлежит изотопам йода, которые обладают высокой химической активностью и могут быть как газообразными, так и виде аэрозолей в зависимости от окружающих условий.
Энергия солнечного излучения, поступающая на земную поверхность, почти в 40 раз превышает всю энергию, потребляемую человечеством. Солнце ежесекундно дает Земле 80 тысяч млрд кВт, что в несколько тысяч раз больше, чем все электростанции мира.
Привлекательность солнечной энергетики обусловлена неисчерпаемостью, доступностью в каждой точке нашей планеты, экологической чистотой, но солнечное излучение непостоянно во времени суток и зависит от погодных условий. Из-за этого каждая установка должна иметь либо устройство для аккумулирования энергии, либо дублирующую установку с другим источником энергии. Потенциальные ресурсы энергии Солнца в России в год оцениваются в 2300 млрд т у. т. Но при всем при этом используется ничтожная доля поступающей на Землю солнечной энергии ~ около 0,0003%.
Но, несмотря на экологическую чистоту получаемой энергии, сами фотоэлементы, с помощью которых ее получают, содержат ядовитые вещества, например, свинец, кадмий, галлий, мышьяк и т.д., а их производство потребляет массу других опасных веществ. Современные фотоэлементы имеют ограниченный срок службы (30-50 лет), и массовое применение поставит в ближайшее же время сложный вопрос их утилизации, который тоже не имеет пока приемлемого с экологической точки зрения решения.
Тепловая энергия вулканических источников используется в 62 странах, за последние годы рост использования геотермальной энергии для производства электричества и теплового потребления составляет 4% в год. В настоящее время в мире строятся ГеоТЭС общей мощностью более 2 ГВт, в ближайшие годы проектируются ГеоТЭС мощностью 11,5 ГВт. Активное использование геотермальных ресурсов ведется в 58 странах мира, в т. ч. в Новой Зеландии, Франции, Исландии, США, Венгрии. Среди нетрадиционных способов получения энергии - ветрового, солнечного, приливного и пр. геотермальная энергетика занимает самое значительное место - ее вес в балансе альтернативных источников сейчас превышает 60%.
В США установленная мощность подходит к отметке 3000 МВт. В Мексике геотермальная составляющая в энергобалансе страны превышает 4%, но лидером являются Филиппины - десятки ГеоЭС совокупной мощностью 2000 МВт вырабатывают пятую часть всей электроэнергии страны. Россия располагает обширными запасами геотермальных ресурсов, энергия которых в 10-12 раз превышает потенциал органического топлива. Пока в нашей стране действуют 3 геотермальные электростанции на Камчатке: Паужетская, Верхне-Мутновская и Мутновская ГеоЭС. Их суммарная мощность составляет 70 МВт. Используя геотермальную энергию для теплоснабжения городов и поселков, Россия могла бы экономить 20-30% ископаемого топлива в течение ближайших 5‑10 лет. Например, до сих пор почти три миллиона человек в Краснодарском крае пользуются горячей водой, нагретой с помощью геотермальной энергии.
Общий объем энергии приливов на Земле оценивается примерно в 3 млрд кВт*ч в год, что составляет примерно 15% всей потребляемой людьми электроэнергии, однако имеются только около 100 мест, где сооружение приливных электростанций может оказаться экономически эффективным. Сегодня действуют промышленная ПЭС Ранс во Франции - 240 МВт, опытная ГЭС в Канаде - 20 МВт, экспериментальная Кислогубская ПЭС на Кольском полуострове в РФ - 450 кВт. Планируется создание новых мощных приливных станций в России, Норвегии и других странах.
Приливная электростанция (ПЭС) - электростанция, преобразующая энергию морских приливов в электрическую. ПЭС использует перепад уровней "полной" и "малой" воды во время прилива и отлива. Перекрыв плотиной, залив или устье впадающей с море (океан) реки (образовав водоём, называют бассейном ПЭС), можно при достаточно высокой амплитуде прилива (>4 м) создать напор, достаточный для вращения гидротурбин и соединённых с ними гидрогенераторов,размещенных в теле плотины. При одном бассейне и правильном полусуточном цикле приливов ПЭС может вырабатывать электроэнергию непрерывно в течение 4-5 ч с перерывами соответственно 2-1 ч четырежды за сутки (такая ПЭС называется однобассейновой двустороннего действия). Для устранения неравномерности выработки электроэнергии бассейн ПЭС можно разделить плотиной на два или три меньших бассейна, в одном из которых поддерживается уровень "малой", а в другом - "полной" воды; третий бассейн - резервный; гидроагрегаты устанавливаются в теле разделительной плотины. Но и эта мера полностью не исключает пульсации энергии, обусловленной цикличностью приливов в течение полумесячного периода. При совместной работе в одной энергосистеме с мощными тепловыми (в т. ч. и атомными) электростанциями, энергия, вырабатываемая ПЭС, может быть использована для участия в покрытии пиков нагрузки энергосистемы, а входящие в эту же систему ГЭС, имеющие водохранилища сезонного регулирования, могут компенсировать внутримесячные колебания энергии приливов.
Одним из чрезвычайно бурно развивающихся в последние годы направлений научно-технического прогресса в энергетике стала ветроэнергетика. Ветроэнергетика во многих странах является приоритетным направлением энергосбережения и использования экологически чистой возобновляемой энергии. Установленная мощность ветроэлектростанций (ВЭС) в мире за 10 последних лет увеличилась в 10 раз и, по-видимому на конец 2005 г. могла составлять около 50000 МВт.
С 1996 г. установленная мощность ветроэнергетических установок росла во всем мире со среднегодовым темпом роста, близким к 20‑40%. В течение последнего десятилетия объем установленной мощности удваивался примерно каждые два с половиной года. В течение 2004 г. введено в эксплуатацию более 10000 МВт новых генерирующих мощностей. В 2000 г. суммарная установленная мощность ветроэнергетических установок (ВЭУ) в 55 странах мира составляла примерно 17700 МВт, из них в Германии - 6100 МВт, в США и Испании - 2500 МВт, в Дании - 23 МВт, в Индии - 1100 МВт. На долю этих 5 ведущих стран приходилось свыше 82%, а на долю 10 ведущих стран (включая Нидерланды, Италию, Великобританию, Китай и Швецию) - 92% общей установленной мощности ВЭУ мира.
Средняя мощность устанавливаемых ВЭУ, как ожидается, вырастет в течение следующего десятилетия с сегодняшнего значения в 1300 кВт (1,3 МВт) до 1,5 МВт в 2007 г. и до 2,5 МВт в 2012 г. Модульная компоновка ВЭС и все возрастающая единичная мощность ВЭУ с 2,5‑3,0 до 5,0 МВт и более позволяют обеспечивать условия для создания крупных энергосистем в масштабе страны и даже суперэнергосистемы, объединяющей энергосистемы различных стран (транснациональные энергосистемы). Благодаря этому будут существенно улучшены надежность и эффективность функционирования ВЭС. Следовательно, развитие ветроэнергетики за рубежом идет, с одной стороны, по пути увеличения единичной мощности ВЭУ и количества их в составе ВЭС, а с другой стороны, по пути их объединения для создания крупных энергосистем. Все это создает условия для получения дешевой конкурентоспособной электрической и тепловой энергии.
альтернативная энергетика источник энергия
По данным Американского электроэнергетического института (EPRJ) стоимость одного кВт-ч электроэнергии на современных ВЭС за последние десять лет снизилась с 15 - 20 до 4 - 7 центов и сегодня сравнима со стоимостью электроэнергии, получаемой на традиционных электростанциях, - 5 - 9 центов/кВт*ч. на АЭС, 4 - 5 на ТЭС на угле и газе и 5‑20 - на ГЭС различной мощности. Современные ветроэлектростанции по своим основным показателям сравнимы с современными электростанциями традиционных типов.