Основни екологични предимства на ядрената енергетика Г. Василев, В. Ангелов

Производството и потреблението на електроенергия винаги е било свързано с различни екологични проблеми, като радиоекологичните не са водещи, но са с нарастваща степен на обществена значимост, особено след аварията в Чернобилската АЕЦ през 1986 г.

Общата енергийна мощност към началото на XX век, е около 1 TW и нараства до около 14 TW към 2000 г., като се очаква, по най-предпазлива оценка, да достигне 23 TW към 2020 г.

Мястотo на ядрената енергетика към 2000 г. по данни на Международната агенция за енергията (IEA) е показано на таблица 1.

Основният дял в производството и потреблението на енергия се пада на изкопаемите горива (каменни въглища, торф, природен газ, нефт, биомаса). Основен екологичен проблем, свързан с тях, е процесът на горене, при който в атмосферата се изхвърля CO₂. Счита се, че това е основната причина за т.нар. „парников ефект”, който пък е свързан с постепенно бавно затопляне на климата на Земята с всички произтичащи от това последствия. Може само да се отбележи усиленото топене на ледовете от полярните области, като дори само стопяването на ледовете на о-в Гренландия, би повишило нивото на световния океан със 7 метра.

Източниците на енергия най-общо са 4 групи по начините на получаване на енергията:

• 
  процеси на горене: въглища, природен газ, нефт и др. (ТЕЦ);
  
• 
  енергия на движещата се вода (ВЕЦ)
  
• 
  ядрена енергия (АЕЦ);
  
• 
  възстановяеми източници: слънчева енергия и енергия на вятъра;
  

1. Производствена цена: определя се от средствата за построяване, експлоатация, гориво, извеждане от експлоатация;

2. Екологична и здравна цена; определя се от въздействието върху околната среда, а от там и върху здравето на човека;

Оценки за двата вида цени за различните източници на енергия, направени от Световния енергиен съвет (WEC) към 2000 г., са показани на таблица 2. Tе са в условни US центове за един kWh.

На таблица 3 е показано степенуването на основните източници на енергия по общата цена на енергията. Най-ниска е „вятърната енергия” (условно 1), а най-висока е „слънчевата енергия” (условно 7,3). АЕЦ са условно 2,1.

На таблица 4 е дадено степенуването по екологичната цена в същите единици. Най-ниска е отново „вятърната енергия” (условно 1), слънчевата е с условно 2, АЕЦ-2,3, а ТЕЦ на въглища – условно 50.

Съпоставянето на двете таблици 3 и 4 достатъчно ясно очертава предимствата на ядрената енергетика. Вятърната енергия има много добри показатели, но нейните възможности като производствен капацитет са абсолютно недостатъчни за задоволяване на планетарните потребности от енергия, дори на настоящия етап.

Основните показатели с екологична и здравна значимост на ТЕЦ (на каменни въглища) и АЕЦ са показани на таблица 5.

Сравнения по друг показател (брой случаи на преждевременна смърт на персонала на ЕЦ и населението, живеещо в съседните райони) е изпълнено от една независима и консервативна организация: Кралското общество на Великобритания по оценка на риска (RSRA). Резултатите от техните анализи са показани на таблица 6. Сравнението е достатъчно ясно.

Ние ще се спрем малко по-подробно на въпроса относно самостоятелното радиационното въздействие върху околната среда и населението, което в сравнителен аспект оказват ТЕЦ и АЕЦ, функциониращи в България.

Основните параметри на двата вида ЕЦ са показани на таблица 7. Общото годишно производство на ел.енергия от ТЕЦ е средно с около 10 % до 13% по-високо от това на АЕЦ.

Проблемът за радиационното въздействие на ТЕЦ започва от естествената радиоактивност на използваните въглища. Съгласно международните норми, тя се определя от съдържанието на уран-ест., торий-ест., радий-226 и калий-40. [Bq/kg], като се използва един обобщен показател, наречен радиев еквивалент (Raeq). Тези данни от най-големия комплекс у нас – Марица – са показани на таблица 8.

В хода на технологичния процес (горене) се получават различни фракции, които са последователно въглища-подови фракции (шлак и пепел, които отиват в отвали), летящи уловени фракции и изхвърляна в атмосферата пепел.

На фигура 9 е показана промяната на Raeq в различните фракции. Той е най-висок за изхвърляната в атмосферата пепел. Освен Raeq, относно радиационното въздействе върху околната среда, съществено значение има средния разход на въглища за единица произведена енергия. Това е показано на схема 10.

Друг ключов елемент е т.нар. „коефициент на улавяне на летящите фракции” (К). Той е показан на схема 11. За сега ТЕЦ „Марица” спадат към т.нар. междинен тип с К от порядъка на 94%.

Отделно ще отбележим проблема с очистване на серните съединения, който не е радиационен, но много често може да се характеризира като „скандален”.

Има общоприети методи за оценка на радиационните въздействия на различните източници на ел.енергия върху населението. Те са разработени от Научния комитет по изучаване на действието на атомната радиация към ООН (НКДАР/ООН, UNSCEAR). Основна мярка е колективната ефективна годишна доза [man.Sv/a]. Без да се спираме на детайлите, една обобщена оценка е показана на таблица 12.

И така, ТЕЦ на каменни въглища имат 60% принос към облъчване на населението при принос 34% към брутното вътрешно потребление на енергия, т.е. съотношението е  1,76. За АЕЦ това съотношение е 36% към 25% или  1,44, т.е. значително по-благоприятно.

Относно ядрената енергетика, към настоящия момент ключовите елементи са главно относно:

• 
  безопасността (нови поколения ядрени реактори);
  
• 
  перспективите (термоядрения синтез)’
  
• 
  радиоактивните отпадъци и отработеното ядрено гориво (схема 13)’
  

1. Василев Г. Радиоекология, радиация, екология, човек, България, ТИТА КОНСУЛТ, София, 2005 г.

2. Василев Г., В.Близнаков. Влияние на АЕЦ”Козлодуй” върху радиоекологията, облъчването и здравното състояние на населението и работещите. Бал Бок, София, 1994.

3. Влияние на ТЕЦ “Марица-Изток 1, 2 и 3” върху радиационната обстановка на работната и околната среда и здравното състояние на персонала и населението. Авт. колектив. Рък. Г.Василев, В.Близнаков, КНСБ, София, 1995.

4. Изследване на влиянието на ТЕЦ върху околната среда. Определяне на радиоактоивното замърсяванена газове, водните потоци и сгуроотвалите. Експертен доклад, Авт. Колектив с ръководител инж. Ив. Иванов, Енергопроект, 1993 г.

5. International Energy Agency (IEA), World Energy Outlook, 2001 Insight, Paris, IEA, 2001

6. Risk assessment: a study group report The royal society, London, HMSO, 1992

7. United Nations. Sources and Effects of Ionizing Radiation. United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation, 2000 Report to the General Assembly, with scientific annexes. United Nations sales publication E.00.IX.3. New York, 2000

(*) За леководни реактори  100 до 200 t, осреднено за 30 г. период

(**) 1 ha = 10⁴ m² = 10 декара

Таблица 6. Случаи на преждевременна смърт, свързани с работата на ТЕЦ и АЕЦ с електрическа мощност 1,0 GW, в продължение на една година (произведена ел.енергия около 8.10⁹ kW.h)

Ефекти	Топливен цикъл
	Въглищен	Ядрен
Нещастни случаи, свързани с експлоатацията	5,60	0,25
Заболявания с нерадиационна етиология на: - Обслужващия персонал - Населението на съседните райони	6,9 360,0	0,15 0
Облъчване на обслужващия персонал	0,11	0,30
Облъчване на населението от съседните райони	0,06	0,07
Общо	373	0,8

Анализи на RSRA

Радионуклид	Специфична активност (С) [Bq/kg]
	Трояново	Средно за света
Естествен уран	60	20
Радий-226	29	20
Естествен торий	25	20
Калий-40	75	50
Радиев еквивалент (Raeq)
Raeq [Bq/kg]	Трояново 69	Средно за света 52

• 
  Калоричност на въглищата [kJ/kg]
  

- Средно за света – 9.10³

• 
  Пепелно съдържание (%)
  

- Средно за света – 15 - 20

• 
  С
   4:1
  реден разход на въглища за единица ел.енергия [t/(GW.a)]
  

- Средно за света – 3,6.10⁶

• 
  Коефициент на улавяне на летящите фракции (К)
  

- ТЕЦ от нов тип К 99%

• 
  Очистване на серните съединения (феноменът „Стара Загора”)
  

• 
  Фиксиране на отвалите
  

• 
  Емисии на СО₂
  

• 
  Нови поколения реактори
  

• 
  Термоядрен синтез – въпроси на надежди
  

• 
  РАО – проблеми, решения и перспективи