§ 33. Атомні електростанції. Атомна енергетика України. Екологічні проблеми атомної енергетики. Альтернативна енергетика

• Назад до змісту

ПОМІРКУЙТЕ І ДАЙТЕ ВІДПОВІДЬ

1. Назвіть послідовні етапи перетворення енергії, що відбуваються на атомній електростанції.

На атомній електростанції відбуваються такі послідовні перетворення енергії:

1. Ядерна енергія — виділяється під час керованої ланцюгової реакції поділу ядер Урану в ядерному реакторі.
2. Теплова (внутрішня) енергія — тепло від реактора нагріває воду першого контуру, яка в парогенераторі передає тепло воді другого контуру і перетворює її на пару високого тиску.
3. Механічна (кінетична) енергія — струмінь пари під високим тиском спрямовується на лопатки турбіни й приводить її вал в обертання.
4. Електрична енергія — електричний генератор, з’єднаний спільним валом із турбіною, трансформує механічну енергію обертання в електричний струм.

1. Чим замінити ядерну енергетику?

Ядерну енергетику можна замінити відновлюваними альтернативними джерелами енергії. До них належать сонячні та вітрові електростанції, малі гідроелектростанції на невеликих річках, а також геотермальні та припливні станції. Вони є невичерпними, поновлюваними та не залишають небезпечних довготривалих радіоактивних відходів.

1. Які ще альтернативні джерела енергії ви знаєте?

Окрім сонячної, вітрової та гідроенергетики, використовують біоенергетику (одержання біогазу й рідкого палива з рослинних та побутових відходів), енергію морських хвиль (хвильові станції), водневу енергетику, а також майбутню термоядерну енергетику, що працюватиме на основі синтезу легких ядер.

ПЕРЕВІРТЕ СЕБЕ

1. Який вид альтернативної енергетики можна використовувати у вашій місцевості?

У нашій місцевості найзручніше й найефективніше використовувати сонячну енергетику (встановлюючи сонячні панелі на дахах будинків і відкритих ділянках), а також вітрові генератори, оскільки вітер і сонячне світло є загальнодоступними. За наявності невеликих місцевих водойм чи річок доцільно також встановлювати малі гідроелектростанції або використовувати теплові помпи для опалення.

2. Що спільного між атомною і тепловою електростанціями?

Спільним для АЕС і ТЕС є однаковий кінцевий принцип отримання електроенергії: на обох типах станцій теплова енергія випаровує воду, пара високого тиску крутить лопатки парової турбіни, а з’єднаний із нею електрогенератор виробляє електричний струм. Крім того, на обох електростанціях відпрацьована пара проходить через однаковий цикл охолодження в конденсаторах і градирнях.

3. Ядерний реактор за рік споживає 25 т урану. Відомо, що 1 г урану під час розпаду виділяє стільки ж теплоти, скільки виділяється під час згоряння 2 т кам’яного вугілля. Скільки вугілля можна зекономити?

Дано:

• $m_{\text{U}} = 25\text{ т} = 2{,}5 \cdot 10^7\text{ г}$
• $m_{0\text{U}} = 1\text{ г}$
• $m_{0\text{в}} = 2\text{ т}$

Знайти:

• $m_{\text{в}} - ?$

Розв’язання:
Знайдемо, у скільки разів спожита маса урану перевищує базову одиницю $1\text{ г}$:
$k = \dfrac{m_{\text{U}}}{m_{0\text{U}}}$

Загальна маса зекономленого вугілля дорівнює:
$m_{\text{в}} = k \cdot m_{0\text{в}} = \dfrac{m_{\text{U}}}{m_{0\text{U}}} \cdot m_{0\text{в}}$

Підставимо числові значення з одиницями вимірювання:
$m_{\text{в}} = \dfrac{2{,}5 \cdot 10^7\text{ г}}{1\text{ г}} \cdot 2\text{ т} = 5 \cdot 10^7\text{ т}$

Відповідь: $m_{\text{в}} = 5 \cdot 10^7\text{ т}$.

4. Використавши дані задачі № 3, визначте потужність атомної електростанції, якщо її ККД 35 %.

Дано:

• $m = 25\text{ т} = 2{,}5 \cdot 10^4\text{ кг}$
• $t = 1\text{ рік} \approx 3{,}15 \cdot 10^7\text{ с}$
• $\eta = 35\ \% = 0{,}35$
• $M = 0{,}235\text{ кг/моль}$
• $N_{\text{A}} = 6{,}02 \cdot 10^{23}\text{ моль}^{-1}$
• $E_0 = 200\text{ МеВ} = 3{,}2 \cdot 10^{-11}\text{ Дж}$

Знайти:

• $P - ?$

Розв’язання:
Кількість атомних ядер Урану-235 у поданій масі:
$N = \dfrac{m}{M} \cdot N_{\text{A}}$

Повна енергія, яка виділяється під час поділу всіх ядер урану за рік:
$E_{\text{повна}} = N \cdot E_0 = \dfrac{m}{M} \cdot N_{\text{A}} \cdot E_0$

Корисна вироблена електрична енергія становить:
$E_{\text{кор}} = \eta \cdot E_{\text{повна}}$

Електрична потужність атомної електростанції:
$P = \dfrac{E_{\text{кор}}}{t} = \dfrac{\eta \cdot m \cdot N_{\text{A}} \cdot E_0}{M \cdot t}$

Підставимо величини з одиницями вимірювання та обчислимо:
$P = \dfrac{0{,}35 \cdot 2{,}5 \cdot 10^4\text{ кг} \cdot 6{,}02 \cdot 10^{23}\text{ моль}^{-1} \cdot 3{,}2 \cdot 10^{-11}\text{ Дж}}{0{,}235\,\dfrac{\text{кг}}{\text{моль}} \cdot 3{,}15 \cdot 10^7\text{ с}} = \dfrac{1{,}6856 \cdot 10^{17}\text{ кг}\cdot\text{Дж}}{7{,}4025 \cdot 10^6\,\dfrac{\text{кг}\cdot\text{с}}{\text{моль}}} \approx 2{,}3 \cdot 10^{10}\,\dfrac{\text{Дж}}{\text{с}} = 2{,}3 \cdot 10^{10}\text{ Вт}$

Відповідь: $P \approx 2{,}3 \cdot 10^{10}\text{ Вт}$.