Сравнительный анализ влияния деятельности атомных электростанций на окружающую среду (на примере Калининской АЭС и Ленинградской АЭС)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное Государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

(РГГМУ)

Кафедра социально-гуманитарных наук

Допущен(а) к защите

Зав. Кафедрой, к. ф. н., доцент:

А. А. Алимов

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА БАКАЛАВРА

Сравнительный анализ влияния деятельности атомных электростанций на окружающую среду (на примере Калининской АЭС и Ленинградской АЭС)

Выполнила: С. И. Арсеньева

гр. Э-478

Руководитель: доцент, к.ф.н.

А. А. Алимов

Санкт-Петербург 2015



Оглавление

Введение

1. Характеристика деятельности атомных электростанций и их влияние на окружающую среду

1.1 Понятие атомной электроэнергетики

1.2 Характеристика деятельности атомных электростанций

1.3 Воздействие атомных станций на окружающую среду

1.4 Управление экологическими проблемами загрязнения окружающей среды радиоактивными отходами

2. Сравнительный анализ деятельности Калининской атомной электростанции и Ленинградской атомной электростанции

2.1 Общая характеристика деятельности КАЭС и ЛАЭС

2.2 Воздействие КАЭС и ЛАЭС на окружающую среду

2.3 Оценка природоохранной деятельности на КАЭС и ЛАЭС

Заключение

Список использованных источников



Введение

Современная эпоха - это эпоха бурного развития науки и техники, гигантского увеличения ее активной творческой деятельности, демографического взрыва - неконтролируемого роста населения Земли, количество которого превысило критическую черту, поэтому чрезвычайно обострились многие проблемы, а среди них одна из главных - проблема взаимосвязи общества и природы, человека и окружающей среды.

Растущее с каждым годом антропогенное воздействие на окружающую среду, ее загрязнение различными отходами производства, наряду с чрезмерным использованием природных ресурсов, стали предметом широкого обсуждения и всестороннего изучения. Это проблема пристального внимания таких международных организаций, как ООН, ЮНЕСКО, Всемирной организации по охране окружающей среды (ЮНЕП), Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ).

Самое существенное антропогенное воздействие на окружающую среду в современную эпоху оказывает промышленность, энергетика, сельское хозяйство и транспорт.

Основой развития человеческой цивилизации является энергетика. От ее состояния зависят темпы научно-технического прогресса и производства и жизненного уровня населения. Но, как свидетельствуют статистические данные, примерно 80% всех видов загрязнения воздуха - следствие энергетических процессов (добыча, переработка и использование энергоресурсов).

Рывок в развитии науки и технологий, вызванный созданием ядерного оружия, позволил существенно расширить сферы энергетического применения. Были созданы атомные электростанции, ядерно-энергетические установки для подводных и надводных кораблей, космоса.

Всего за сто лет атомная энергетика прошла путь от первых лабораторных экспериментов и установок (1890-1940 гг.) до строительства и эксплуатации крупных атомных электростанций (АЭС) различных типов и мощностей (с 1954 г. до настоящего времени).

Атомная энергетика, как и любая другая современная сложная технология, воплощенная в технику, используемую человеком, связана с определенным риском для отдельной личности, общества и окружающей среды. На ряде объектов ядерной энергетики и ядерно-топливного цикла, произошли тяжелые аварии, которые явились следствием переоценки «зрелости» технологии на этапе ее ускоренного развития.

В 1990-2000 гг. в результате Чернобыльской катастрофы, а также трагических событий на японской станции Фукусимы в мире резко сокращается строительство новых блоков АЭС, а в большинстве стран вообще был объявлен мораторий на их строительство. Однако предпринятые серьезные усилия по обеспечению безопасности эксплуатируемых АЭС позволили в начале XXI в. в значительной мере восстановить доверие общества к атомной энергетике. В частности, по заявлению правительства ФРГ эта страна не только не будет строить новые АЭС, но, возможно и выведет и рабочего цикла те, которые на данный момент производят электроэнергию.

Тем не менее, следует подчеркнуть, что кроме двух выше названных катастроф имели место и другие, однако значительно меньшего масштаба. Согласно данным, приведенным В.И. Измалковым и А.В. Измалковым, за последнюю четверть ХХ века произошло восемь серьезных аварий, в том числе с расплавлением активной зоны и повреждением защитной оболочки ядерной установки, а также возникло более 30 пожаров. Общее же число опасных происшествий за этот период, по данным Международной информационной системы базы данных по инцидентам АЭС, составило 247 [1].

Топливно-энергетический цикл АЭС предусматривает добычу урановой руды и извлечения из нее урана, переработку этого сырья на ядерное топливо (обогащение руды), использование топлива в ядерных реакторах, химическую регенерацию отработанного топлива, обработку и захоронение радиоактивных отходов. Все составляющие этого цикла сопровождаются чрезвычайно опасным загрязнением природной среды.

Загрязнение начинается на стадии добычи сырья, то есть на урановых рудниках. После извлечения урана из руд остаются огромные отвалы слабо- радиоактивных пустых пород - до 90% добытой из недр пор руды. Эти отвалы загрязняют атмосферу радиоактивным газом радоном, очень опасным, который вызывает рак легких.

АЭС - это предприятие, которое наряду с электроэнергией вырабатывает большое количество чрезвычайно опасных веществ. Радиация имеет такую особенность: все, что соприкасается с радиоактивным материалом, само становится радиоактивным.

Тем не менее, ядерная физика смогла продемонстрировать свою жизнеспособность, экологическую привлекательность и возможность безопасного и конкурентоспособного обеспечения энергопотребностей общества. Поэтому дальнейшее её развитие возможно лишь при условии создания высоко безопасных, экологически чистых и высокоэкономичных атомных электростанций.

В целом, по сравнению с тепловыми и гидроэлектростанциями АЭС обладают рядом преимуществ:

- АЭС можно строить в любом районе, независимо от его энергетических ресурсов, но с учетом геолого-географических особенностей соответствующего региона;

- атомное топливо отличается большим содержанием энергии (в 1 кг основного ядерного топлива - урана, содержится энергии столько же, сколько в 2500 т угля).

- в условиях безаварийной работы (в отличие от ТЭС), АЭС не дают выбросов в атмосферу и не поглощают кислород.

Но работа АЭС имеет и негативные последствия:

- существуют трудности в захоронении радиоактивных отходов, которое более правильно называть «отработанной ядерное топливо». Для их вывоза со станций сооружаются контейнеры с мощной защитой и системой охлаждения. Захоронение производится в земле на больших глубинах в геологически стабильных пластах;

- катастрофические последствия аварий на наших АЭС как следствие несовершенной системы защиты, или нарушения техники безопасности;

- тепловое загрязнение водоемов, используемых АЭС.

Вместе с тем необходимо констатировать, что в практике эксплуатации энергетических и промышленных объектов не существует технических систем со стопроцентной надежностью и у каждой из них есть своя доля риска. Анализ риска в виде возможных отрицательных последствий требует учета и соизмеримости с ним пользы, которую приносит тот или иной процесс хозяйственной деятельности. Все познается в сравнении, поэтому мы можем оценить лишь сравнительную безопасность какой-либо деятельности по отношению к другим видам, принятым обществом.

На современном этапе развития общества уже практически всем стало очевидно, что «экологически чистых» или «абсолютно безопасных» энергетических технологий быть не может. Использование каждой из них для выработки электроэнергии неизбежно сопровождается тем или иным видом отрицательных воздействий.

Поэтому, как любой крупный энергетический или промышленный комплекс, АЭС и другие объекты инфраструктуры ядерно-топливного цикла (ЯТЦ) при их эксплуатации выступают источниками определенного техногенного влияния на природную среду и системы жизнедеятельности человека. Этим и определяется актуальность данной проблемы.

Исследованию проблемы воздействия деятельности атомных электростанций на окружающую среду и человека в последнее время посвящено много публикаций, выпущено достаточно научного материала - книг, статей и пр., которые составили теоретическую основу для нашей работы:

- в области атомной энергетики: В.В. Бадева, Ю.А. Егорова, С.В. Казакова, А.М. Букринского, В.А. Сидоренко, Н.А. Штейнберга, В.А. Чуяновой [6, 7, 10];

- в области радиоэкологии: В.С. Савенко, Р.М. Алексахина, И.И. Крышева, С.В. Фесенко, Н.И. Санжаровой, В.К. Сахарова [3, 8];

- в области экологической безопасности и управления риском: В. И. Измалкова, А. В. Измалкова [1].

Целью работы является выявление степени воздействия деятельности атомных электростанций на состояние окружающей среды и человека на примере Калининской АЭС и Ленинградской АЭС.

Наша цель может быть достигнута решением следующих задач:

а) дать понятие энергетики как отрасли промышленности;

б) представить общую характеристику деятельности атомных электростанций;

в) выявить проблемы воздействия атомной энергетики на окружающую среду и человека;

г) оценить степень воздействия КАЭС И ЛАЭС на окружающую среду и человека;

д) осуществить сравнительный анализ влияния деятельности двух электростанций на окружающую среду и человека;

е) оценить степень природоохранной деятельности на станциях и состояние территорий расположения КАЭС и ЛАЭС.

Объектом исследования в данной работе является состояние окружающей среды и система жизнедеятельности человека с учетом определенного влияния АЭС на окружающую среду и человека.

Предмет исследования - механизм управления деятельности атомных электростанций, в частности, Калининской АЭС и Ленинградской АЭС.

Для решения поставленных задач в работе применялись такие общенаучные методы, как системный анализ и сравнительный метод, что дало возможность выявить обратные связи в рамках деятельности АЭС на соответствующих территориях.

Новизна исследования заключается в том, что мы обратились к документам, ранее не входившим в научные работы в комплексном подходе, поскольку сама проблема зависит от действий различных факторов (климатических, химических, физических, биотических).

Работа состоит двух глав, введения и заключения. В тексте представлено достаточно таблиц и диаграмм, характеризующих воздействие исследуемых атомных электростанций на окружающую среду.

Глава 1. Посвящена общей характеристике деятельности атомных электростанций и их влиянию на окружающую среду. Более подробно рассмотрено понятие электроэнергетики, устройство атомных электростанций, потенциальное воздействие АЭС на окружающую среду (сбросы и выбросы загрязняющих веществ, отходы).

Глава 2. Посвящена сравнительному анализу влияния деятельности КАЭС и ЛАЭС на окружающую среду и человека по следующим аспектам: характеристика станций, обеспечение экологической безопасности на объектах, забор воды из водных источников, сбросы в открытую гидрографическую сеть, выбросы в атмосферный воздух, отходы, реализация экологической политики, состояние территории расположения станций и состояние здоровья населения.



1. Характеристика деятельности атомных электростанций и их влияния на окружающую среду

1.1 Понятие атомной электроэнергетики

Энергия - это основа основ. Все блага цивилизации, все материальные сферы деятельности человека требуют расхода энергии. И чем дальше, тем больше.

Электроэнергетика -- это подсистема энергетики, охватывающая производство электроэнергии на электростанциях и её доставку потребителям по линии электропередачи. Центральными её элементами являются электростанции, которые принято классифицировать по виду используемой первичной энергии и виду применяемых для этого преобразователей. Необходимо отметить, что преобладание того или иного вида электростанций в определённом государстве зависит в первую очередь от наличия соответствующих ресурсов. Электроэнергетику принято делить на традиционную и нетрадиционную. [2]

К числу традиционных видов энергетики относятся:

а) Тепловая электроэнергетика. В данном случае в электрическую энергию преобразуется тепловая энергия сгорания органических топлив.

б) Гидроэнергетика. К ней относятся гидроэлектростанции (ГЭС). В гидроэнергетике в электрическую энергию преобразуется кинетическая энергия течения воды. Для этого при помощи плотин на реках искусственно создаётся перепад уровней водяной поверхности.

в) Ядерная энергетика. К ней относятся атомные электростанции (АЭС). На практике ядерную энергетику часто считают подвидом тепловой электроэнергетики, так как, в целом, принцип выработки электроэнергии на АЭС тот же, что и на ТЭС. Только в данном случае тепловая энергия выделяется не при сжигании топлива, а при делении атомных ядер в ядерном реакторе [3].

К числу нетрадиционных видов энергетики относятся:

а) ветроэнергетическая установка;

б) приливная энергетика;

в) гелиоэнергетика (энергия Солнца),

г) геотермальная энергетика;

д) биологическое топливо;

е) водородная энергетика.

На сегодняшний день энергия атома широко используется во многих отраслях экономики. Строятся мощные подводные лодки и надводные корабли с ядерными энергетическими установками. С помощью мирного атома осуществляется поиск полезных ископаемых. Массовое применение в биологии, сельском хозяйстве, медицине, в освоении космоса нашли радиоактивные изотопы.

В России имеется 10 атомных электростанций (АЭС), и практически все они расположены в густонаселенной европейской части страны.

Положительное значение атомных электростанций в энергобалансе очевидно. Гидроэнергетика для своей работы требует создание крупных водохранилищ, под которыми затапливаются большие площади плодородных земель по берегам рек. Вода в них застаивается и теряет свое качество, что в свою очередь обостряет проблемы водоснабжения, рыбного хозяйства и индустрии досуга.

Теплоэнергетические станции в наибольшей степени способствуют разрушению биосферы и природной среды Земли. Они уже использовали многие десятки тонн органического топлива, в том числе и невозобновляемых природных ресурсов. Для его добычи из сельского хозяйства и других сфер изымаются огромные земельные площади. А повышенное содержание золы в топливе является основной причиной выброса в воздух десятков миллионов тонн.

Атомные электростанции - третий “кит” в системе современной мировой энергетики. Техника АЭС, бесспорно, является крупным достижением научно-технического прогресса. В случае безаварийной работы атомные электростанции не производят практически никакого загрязнения окружающей среды, кроме теплового.

Правда в результате работы АЭС (и предприятий атомного топливного цикла) образуются радиоактивные отходы или отработанное ядерное топливо, представляющие потенциальную опасность. Однако объем радиоактивных отходов очень мал, они весьма компактны, и их можно хранить в условиях, гарантирующих отсутствие утечки наружу.

АЭС экономичнее обычных тепловых станций, а, самое главное, при правильной их эксплуатации - это чистые источники энергии.

Вместе с тем, развивая ядерную энергетику в интересах экономики, нельзя забывать о безопасности и здоровье людей, так как ошибки могут привести к катастрофическим последствиям.

Всего с момента начала эксплуатации атомных станций как мы отмечали, во Введении в 14 странах мира произошло более 300 инцидентов и аварий различной степени сложности. Наиболее характерные из них: в 1957 г. - в Уиндскейле (Англия), в 1959 г. - в Санта-Сюзанне (США), в 1961 г. - в Айдахо-Фолсе (США), в 1979 г. - на АЭС Три-Майл-Айленд (США), и особенно в 1986 г. - на Чернобыльской АЭС (СССР) а также крупная авария на японской станции Фукусима, которая, пожалуй, с точки зрения неблагоприятного воздействия на окружающую среду, включая прибрежные морские воды [1].

1.2 Характеристика деятельности атомных электростанций

Атомная электростанция (АЭС) -- ядерная установка для производства энергии в заданных режимах и условиях применения, располагающаяся в пределах определённой проектом территории, на которой для осуществления этой цели используются ядерный реактор (реакторы) и комплекс необходимых систем, устройств, оборудования и сооружений с необходимыми работниками (персоналом) [4].

Атомные электростанции являются лишь частью ядерного топливного цикла, который начинается с добычи и обогащения урановой руды. Следующий этап - производство ядерного топлива. Отработанное в АЭС ядерное топливо иногда подвергают вторичной обработке, чтобы извлечь из него уран и плутоний. Заканчивается цикл, как правило, захоронением радиоактивных отходов.

На каждой стадии ядерного топливного цикла в окружающую среду попадают радиоактивные вещества. Каждый реактор выбрасывает в окружающую среду целый ряд радионуклидов с разными периодами полураспада. Большинство радионуклидов распадается быстро и поэтому имеет лишь местное значение. Однако некоторые из них живут достаточно долго и могут распространяться по всему земному шару, а определенная часть изотопов остается в окружающей среде практически бесконечно. При этом различные радионуклиды также ведут себя по-разному: одни распространяются в окружающей среде быстро, другие - чрезвычайно медленно. Урановый концентрат, поступающий с обогатительной фабрики, подвергается дальнейшей переработке и очистке и на специальных заводах превращается в ядерное топливо. В результате такой переработки образуются газообразные и жидкие радиоактивные отходы, однако дозы облучения от них намного меньше, чем на других стадиях ядерного топливного цикла.

Теперь ядерное топливо готово к использованию в ядерном реакторе. Существует пять основных типов энергетических реакторов: водо-водяные реакторы с водой под давлением, водо-водяные кипящие реакторы, разработанные в США и наиболее распространенные в настоящее время; реакторы с газовым охлаждением, разработанные и применяющиеся в Великобритании и Франции; реакторы с тяжелой водой, широко распространенные в Канаде; водо-графитовые канальные реакторы, которые эксплуатируются только в России и странах бывшего СССР. Кроме реакторов этих пяти типов имеются также четыре реактора-размножителя на быстрых нейтронах, которые представляют собой ядерные реакторы следующего поколения.

Величина радиоактивных выбросов у разных реакторов колеблется в широких пределах: не только от одного типа реактора к другому и не только для разных конструкций реактора одного и того же типа, но также и для двух разных реакторов одной конструкции. Выбросы могут существенно различаться даже для одного и того же реактора в разные годы, потому что различаются объемы текущих ремонтных работ, во время которых и происходит большая часть выбросов [3].

На основе изученной литературы автор стоит на точке зрения, что в последнее время наблюдается тенденция к уменьшению количества выбросов из ядерных реакторов, несмотря на увеличение мощности АЭС. Частично это связано с техническими усовершенствованиями, частично - с введением более строгих мер по радиационной защите.

В мировом масштабе примерно 10% использованного на АЭС ядерного топлива направляется на переработку для извлечения урана и плутония с целью повторного их использования. Сейчас имеются лишь три завода, где занимаются такой переработкой в промышленном масштабе: в Маркуле и Ла-Аге (Франция) и в Уиндскейле (Великобритания). Самым «чистым», по мнению ряда специалистов, является завод в Маркуле, на котором осуществляется особенно строгий контроль, поскольку его стоки попадают в реку Рону. Отходы двух других заводов попадают в море, причем завод в Уиндскейле является гораздо большим источником загрязнения, хотя основная часть радиоактивных материалов попадает в окружающую среду не при переработке, а в результате коррозии емкостей, в которых ядерное топливо хранится до переработки. Ядерный топливный цикл сопровождается также образованием большого количества долгоживущих радионуклидов, которые распространяются по всему земному шару [5].



1.3 Воздействие атомных станций на окружающую среду

Как в любом другом случае, АЭС, будучи предметом высоких технологий, обладают рядом характеристик, которые автор считает нужным назвать.

Техногенные воздействия на окружающую среду при строительстве и эксплуатации атомных электростанций многообразны. Обычно говорят, что имеются физические, химические, радиационные и другие факторы техногенного воздействия эксплуатации АЭС на объекты окружающей среды. Наиболее существенные факторы:

а) локальное механическое воздействие на рельеф - при строительстве;

б) повреждение особей в технологических системах - при эксплуатации;

в) сток поверхностных и грунтовых вод, содержащих химические и радиоактивные компоненты;

г) изменение характера землепользования и обменных процессов в непосредственной близости от АЭС;

д) изменение микроклиматических характеристик прилежащих районов.

Возникновение мощных источников тепла в виде градирен, водоемов - охладителей при эксплуатации АЭС, обычно заметным образом изменяет микроклиматические характеристики прилежащих районов. Движение воды в системе внешнего теплоотвода, сбросы технологических вод, содержащих разнообразные химические компоненты оказывают травмирующее воздействие на популяции, флору и фауну экосистем.

Особое значение имеет распространение радиоактивных веществ в окружающем пространстве. В комплексе сложных вопросов по защите окружающей среды большую общественную значимость имеют проблемы безопасности атомных станций (АС), идущих на смену тепловым станциям на органическом ископаемом топливе. Общепризнанно, что АС при их нормальной эксплуатации намного - не менее чем в 5-10 раз "чище" в экологическом отношении тепловых электростанций (ТЭС) на угле [6]. Однако при авариях АС могут оказывать существенное радиационное воздействие на людей, экосистемы. Поэтому обеспечение безопасности экосферы и защиты окружающей среды от вредных воздействий АС - крупная научная и технологическая задача ядерной энергетики, обеспечивающая ее будущее.

Отметим важность не только радиационных факторов возможных вредных воздействий АС на экосистемы, но и тепловое и химическое загрязнение окружающей среды, механическое воздействие на обитателей водоемов-охладителей, изменения гидрологических характеристик прилежащих к АС районов, т.е. весь комплекс техногенных воздействий, влияющих на экологическое благополучие окружающей среды. [6]

Атомная электростанция (АЭС) -- новый современный тип предприятий по производству электроэнергии. В основе ее производства лежат цепные реакции деления тяжелых ядер.

Ядерным горючим служат изотопы урана U-235 и U-238, Рu-239, Th -232, но для большинства АЭС используется только U-235 и U-238, получаемые из урановой руды.

При распаде этих элементов выделяется значительная энергия и, что особенно важно, освобождаются два-три нейтрона, обладающих кинетической энергией порядка нескольких МэВ; их называют "быстрыми".

Испускание при делении ядер урана и плутония нескольких нейтронов делает возможным осуществление цепной реакции. Каждый из нейтронов, образовавшихся при одном акте деления, если он будет захвачен ядром, вызовет появление новых нейтронов, способных, в свою очередь, вызвать реакции деления и т.д. Таким образом, будет происходить лавинообразное нарастание нейтронов деления и развивается цепочка делящихся ядер (цепная реакция). Приведенные нами процессы основаны на изученной работы Савенко В.С. «Радиоэкология» [5].

На взгляд автора, следует обозначить данные по АЭС в историко-географическом аспекте.

На территории бывшего Советского Союза используются гетерогенные реакторы двух типов -- ВВЭР и РБМК. Это реакторы на тепловых нейтронах.

Аббревиатура ВВЭР расшифровывается как водо-водяной энергетический реактор. В данном случае это означает, что теплоносителем и замедлителем является вода.

РБМК -- реактор большой мощности канальный (или кипящий). В реакторах этого типа замедлителем служит графит, а теплоносителем -- вода.

В качестве исходного топлива в реакторах РБМК используется обогащенный уран. Реактор РБМК использовался и на Чернобыльской АЭС.

Кроме электроэнергии указанный тип реакторов, использующий смесь изотопов урана U-235 и U-238, производит Рu-239 -- радиоактивный элемент, практически не встречающийся в природе.

Половину от общего количества урановой руды добывают открытым способом. Затем ее обогащают на фабрике, обычно расположенной неподалеку. Фабрики и создают проблему долговременного загрязнения, образуя огромное количество отходов, которые будут радиоактивны миллионы лет.

Отходы являются главным долгоживущим источником облучения населения, связанным с развитием ядерной энергетики. В результате переработки образуются газообразные и жидкие радиоактивные отходы, но они дают относительно небольшой вклад в дозы облучения по сравнению с другими этапами топливного цикла.

После обогащения ядерное топливо готово для сжигания. Величина радиоактивных выбросов при этом зависит от типа реактора и колеблется в широких пределах.

Последний этап топливного ядерного цикла - захоронение высокоактивных отходов, которые представляют наибольшую опасность для экологии. Цикл захоронения требует огромных средств, нуждается в совершенстве технологии утилизации отходов. Причем захоронению подлежит только часть отходов, другая часть - транспортируется в места их переработки. Таким образом, еще одну опасность представляет транспортировка, которая не должна осуществляться через населенные пункты.

В качестве ядерных отходов следует рассматривать и сами ядерные электростанции отслужившие свой срок.

Реальные выбросы и сбросы радиоактивных веществ при нормальной эксплуатации АЭС обычно много ниже допустимых, так что нормы по концентрация радионуклидов в окружающей среде вблизи АЭС безусловно выполняются [5].

Любая работающая АЭС оказывает влияние на окружающую среду по трём направлениям:

- газообразные (в том числе радиоактивные) выбросы в атмосферу;

- выбросы большого количества тепла;

- распространение вокруг АЭС жидких радиоактивных отходов.

В процессе работы реактора АЭС суммарная активность делящихся материалов возрастает в миллионы раз. Количество и состав газоаэрозольных выбросов радионуклидов в атмосферу зависит от типа реактора, продолжительности эксплуатации, мощности реактора, эффективности газо- и водоочистки. Газоаэрозольные выбросы проходят сложную систему очистки, необходимую для снижения их активности, а затем выбрасываются в атмосферу через высокую трубу, предназначенную для снижения их температуры.

Основные компоненты газоаэрозольных выбросов -- радиоактивные инертные газы, аэрозоли радиоактивных продуктов деления и активированных продуктов коррозии, летучие соединения радиоактивного йода. В общей сложности в реакторе АЭС из уранового топлива образуются посредством деления атомов около 300 различных радионуклидов, из которых более 30 могут попасть в атмосферу.

Возникшие газы через микротрещины тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов) попадают в теплоноситель. Согласно статистике один из 5000 ТВЭЛов имеет какие-то серьёзные повреждения оболочки, облегчающие попадание продуктов деления в теплоноситель [7].

Реактор типа ВВЭР образует в год около 40000 Ku газообразных радиоактивных выбросов. Большинство из них удерживается фильтрами или быстро распадаются, теряя радиоактивность. При этом реакторы типа РБМК дают на порядок больше газообразных выбросов, чем реакторы типа ВВЭР. [6].

Большая часть радиоактивности газоаэрозольных выбросов генерируется короткоживущими радионуклидами и без ущерба для окружающей среды распадается за несколько часов или дней. Кроме обычных газообразных выбросов время от времени АЭС выбрасывает в атмосферу небольшое количество радионуклидов -- продуктов коррозии реактора и первого контура, а также осколков деления ядер урана. Они прослеживаются на несколько десятков километров вокруг любой АЭС [6].

В зависимости от характера аварии на атомной электростанции, радиоактивные вещества, выброшенные в атмосферу в результате взрыва или нештатной ситуации, попадают в окружающую среду и переносятся воздушными потоками, в зависимости от погодных условий, на различные расстояния от эпицентра аварии. Вся среда обитания, флора, фауна, находящаяся в зоне взрыва, будет подвергаться облучению. Концентрация и качественный состав радионуклидов, находящихся в радиоактивном облаке, зависят от характера взрыва. Если выброс радиоактивных элементов произошел в результате взрыва активной зоны реактора, то радиоактивные вещества поднимаются достаточно высоко в атмосферу и возможно их перемещение с воздушными массами воздуха на большие расстояния. Важным фактором выброса является температура и состояние реактора в момент аварии. Если реактор в момент аварии находился не в рабочем состоянии, то выброс короткоживущих радионуклидов мало вероятен, и наоборот, авария в момент ядерной реакции сопровождается образованием и выбросом короткоживущих элементов. Наряду с выбросом газообразной фракции радионуклидов из активной зоны реактора Чернобыльской АЭС были выброшены осколки топлива, графит, элементы конструкции и другие материалы с более высокой температурой плавления. Радиоактивное облако, распространяющееся на большие расстояния от места аварии, осаждается на землю с дождевыми осадками, абсорбируется на взвешенных пылинках воздуха, изменяет свою концентрацию и состав. В начальный период аварии короткоживущие радионуклиды, переносящиеся воздушными потоками, являются основными дозообразующими факторами внешнего облучения. В дальнейшем основной вклад в интегральную дозу облучения вносят долгоживущие радионуклиды цезий-134 и -137, церий-134, стронций-90 и другие, которые осаждаясь на землю, растения, водоемы, здания и обладая большими периодами полураспада, являются источниками гамма-излучения [5].

Выбросы могут быть как постоянными, находящимися под контролем эксплуатационного персонала, так и аварийными, залповыми. Включаясь в многообразные движения атмосферы, поверхностных и подземных потоков, радиоактивные и токсические вещества распространяются в окружающей среде, попадают в растения, в организмы животных и человека.

Рассматривая механизм воздействия радиации на организм человека, выделим следующие положения: пути воздействия различных радиоактивных веществ на организм, их распространение в организме, депонирование, воздействие на различные органы и системы организма и последствия этого воздействия. Существует термин "входные ворота радиации", обозначающий пути попадания радиоактивных веществ и излучений изотопов в организм. Различные радиоактивные вещества по-разному проникают в организм человека. Это зависит от химических свойств радиоактивного элемента [8].

Радиоактивные изотопы могут проникать в организм вместе с пищей или водой. Через органы пищеварения они распространяются по всему организму. Радиоактивные частицы, находящиеся в воздухе, проникают в легкие во время дыхания человека. Далее вместе с кровью распространяются по всему организму. Изотопы, находящиеся в земле или на ее поверхности, испуская гамма-излучение, способны облучить организм снаружи. Эти изотопы в значительной степени переносятся воздушными течениями и могут выпадать вместе с атмосферными осадками [8].

Высокой чувствительностью к радиации обладают у человека легкие, кишечник, желудок и яичники. Средней восприимчивостью к поглощению радиации обладают щитовидная железа, трахея, печень и селезенка. Менее чувствительными к радиации являются кожные покровы, костная ткань и костный мозг.

Таким образом, автор пришел к выводу о том, что любая работающая атомная электростанция оказывает многостороннее влияние на окружающую среду и здоровье человека, а для предотвращения негативных последствий нужны природоохранные меры и обеспечение экологической безопасности на данных объектах.

1.4 Управление экологическими проблемами загрязнения окружающей среды радиоактивными отходами

атомный электростанция загрязнение радиоактивный

Практика использования АЭС показала, что наибольшее вредное воздействие на окружающую среду от деятельности АЭС оказывают отходы, которые подразделяются на отходы производства и потребления (нерадиоактивные) и собственно радиоактивные.

Основным направлением повышения безопасности обращения с радиоактивными отходами является их перевод в безопасную физико-химическую форму и хранение в кондиционированном виде с возможностью извлечения и размещения в местах окончательной изоляции.

К проблемам атомных станций относятся:

- отсутствие на АЭС комплексов по переработке РАО и низкая степень унификации существующего оборудования; отсюда следует, что в данном случае можно назвать:

- большие объемы РАО, накопленных в предыдущие периоды и поступающих в процессе эксплуатации;

- большое количество труднорастворимых солевых осадков в емкостях хранения жидких отходов;

- несовершенство законодательной базы в области обращения с РАО, в частности, по финансированию;

- отсутствие механизма окончательного удаления РАО с площадок АЭС [9].

До недавнего времени системы переработки радиоактивных сред на АЭС России отвечали проектным решениям, разработанным в 50-60 годы прошлого века. В соответствии с существовавшими в то время требованиями и, главное, техническими возможностями, была принята схема переработки РАО со следующими подходами:

- жидкие радиоактивные среды подлежали переработке посредством выпаривания с последующим хранением кубовых остатков и отработавших ионообменных смол в хранилище ЖРО;

- твердые РАО сортировались по уровню активности и направлялись на хранение навалом в хранилище сухих (твердых) отходов;

- кондиционирование РАО должно было производиться по мере внедрения необходимых технологий и оборудования или на стадии вывода АЭС из эксплуатации [9].

Таким образом, основной целью принятых проектных решений было исключение неконтролируемого распространения радионуклидов за пределы АЭС, а безопасность и надежность хранилищ РАО обеспечивалась их конструкцией.

Однако, как можно оценить по современной литературе по рассматриваемой нами проблеме отечественный и зарубежный опыт обусловил пересмотр и ужесточение требований по безопасному обращению с РАО. В соответствии с рекомендациями МАГАТЭ атомная энергетика во всем мире сегодня ориентируется на хранение РАО в кондиционированном виде, позволяющем производить вывоз и последующее захоронение отходов без дополнительной переработки. Основной целью такого подхода является повышение безопасности краткосрочного и длительного хранения РАО.

В то же время в России в последнее время разработан ряд технологий дезактивации и переработки РАО, позволяющих выделить из радиоактивных сред нерадиоактивную составляющую, которая может быть использована на АЭС, в народном хозяйстве или направлена на захоронение как промышленные отходы.

Начиная с конца 70-х годов, в связи с возросшими требованиями по безопасности, в экономике обращения с отходами низкого и среднего уровня активности произошли существенные изменения - цены на услуги по переработке РАО растут почти экспоненциально [9].

В последнее время, в связи с реализацией программы продления срока службы АЭС, проблема обращения с РАО приобрела особую остроту, поскольку проектные хранилища жидких и твердых отходов, емкость которых рассчитана на установленный срок эксплуатации энергоблоков (30 лет), к концу этого периода оказываются заполненными [9]. Поэтому мы смеем сделать вывод о том, что задачи своевременного обращения с РАО становятся все более очевидными, поскольку перенос их решения на будущее чреват нежелательными последствиями - не будет обеспечена безопасность, а значит, и устойчивое развитие атомной энергетики.

Хранилища РАО (в том числе кондиционированных), размещенные на территории станций, все больше и больше заполняют свободные площади в пределах периметра АЭС. Кроме того, работа с возросшим количеством РАО приводит к привлечению к этому процессу все большего количества персонала и ухудшению экологической обстановки как на промышленных площадках АЭС, так и в регионах их размещения.

Атомные станции и другие промышленные предприятия региона оказывают разнообразные воздействия на совокупность природных экосистем, составляющих экосферный регион АС. Под влиянием этих постоянно действующих или аварийных воздействий АС, других техногенных нагрузок происходит эволюция экосистем во времени, накапливаются и закрепляются изменения состояний динамического равновесия. Нормирование антропогенных нагрузок на экосистемы и предназначено для того, чтобы предотвращать все неблагоприятные изменения в них, а в лучшем варианте направлять эти изменения в благоприятную сторону

Чтобы избежать травмирования экосистем должны быть определены и нормативно зафиксированы некоторые предельные поступления вредных веществ в организмы особей, другие пределы воздействий, которые могли бы вызвать неприемлемые последствия на уровне популяций. Другими словами должны быть известны экологические емкости экосистем, величины которых не должны превышаться при техногенных воздействиях.

Ущерб от эксплуатации АС есть количественная характеристика вредных последствий эксплуатации АС, в том числе в результате аварийных воздействий. Обычно различают материальные, радиационные, социальные и экологические компоненты ущерба. Наиболее сложной является задача определения экологического ущерба, под которым следует понимать неблагоприятные изменения в экосистемах - потери их продуктивности, свойств саморегулирования, существенные изменения их видового разнообразия. Можно говорить о радиоэкологическом ущербе как результате облучения элементов экосистем, приводящего к потерям популяций, сдвигам в экологическом равновесии или жизненных циклах компонентов [10].

Наиболее зримый ущерб - это физические потери, гибель компонентов популяций. К таким последствиям можно относить и болезни, приводящие к потерям функции воспроизводства.

Поэтому можно сказать, что оптимизация безопасности АС - это комплексная задача, цель которой найти оптимальные условия функционирования АС по всем значимым ее компонентам - техническим схемам и параметрам оборудования, защитным системам, правилам эксплуатации и обслуживания, с учетом характеристик площадки и внешнего окружения.

Желательно, чтобы в проектах АС были предусмотрены средства борьбы с чрезмерным загрязнением окружающей среды и для эффективного восстановления качества окружающей среды. Такие меры как фильтрационная очистка водоемов, промывка загрязненных участков с последующим сбором и очисткой всех сливов с загрязненных участков, временные укрытия особо ценных участков могут быть вполне экономически целесообразны и эффективны. Цель этих мероприятий - недопущение поступлений в элементы экосистем вредных веществ в количествах, превышающих возможности их экологических емкостей. Эти мероприятия составляют тот комплекс, который соответствующей литературе называют управлением состояния системы «Атомная станция + Окружающая среда» [10].

2. Сравнительный анализ деятельности Калининской атомной электростанции и Ленинградской атомной электростанции

Как было показано в первой главе, АЭС имеют свои положительные и негативные характеристики. Однако по их географическому месторасположению, отдельным показателям и другим путям воздействия на окружающую природную среду можно сопоставить отдельные станции, расположенные в разных регионах, а соответственно, далеко не одинаково могут быть оценены. Именно на сравнение двух атомных станций и была одна из наиболее значимых задач. Результат же этого сравнения и является целью написания представленной к защите квалификационно бакалаврской работы.

2.1 Общая характеристика деятельности КАЭС и ЛАЭС

Калининская атомная электростанция (КАЭС) -- атомная электростанция, расположенная на севере Тверской области в 120 км от города Тверь. Расстояние до Москвы -- 360 км, до Санкт-Петербурга -- 320 км, расстояние до города спутника Удомля - 4км, ближайшая АЭС к Москве. Площадка АЭС находится на южном берегу озера Удомля и около одноимённого города. Общая площадь, занимаемая КАЭС, составляет 287,37 га [11].

Калининская АЭС вырабатывает 70 % от всего объема электроэнергии, производимой в Тверской области. Атомная станция выдает мощность в Единую энергосистему Центра России и далее по высоковольтным линиям - на Тверь, Москву, Санкт-Петербург, Владимир, Череповец.

Благодаря своему географическому расположению, Калининская АЭС осуществляет высоковольтный транзит электроэнергии.

В состав атомной станции входят четыре действующих энергоблока с водо-водяными реакторами (ВВЭР-1000) мощностью 1000 МВт каждый.[12]

Калининская АЭС состоит из двух очередей. Первая очередь включает в себя два энергоблока установленной мощностью по 1 000 МВт каждый. Энергоблоки № 1 и № 2 были сооружены в 1984 и 1986 гг. Строительство второй очереди в составе энергоблоков № 3 и № 4 начато в 1984 г. Энергопуск блока № 3 Калининской АЭС состоялся 16 декабря 2004 г., пуск в промышленную эксплуатацию - 8 ноября 2005 г. Энергоблок № 3 построен отдельно стоящим специальным корпусом с соответствующими расширениями вспомогательных производств первой очереди. В 2007 г. получена лицензия Ростехнадзора, возобновлены работы по строительству энергоблока № 4 Калининской АЭС. 12 сентября 2012 г. КАЭС выдано заключение Ростехнадзора о соответствии построенного энергоблока №4 требованиям технических регламентов, нормативных правовых актов и проектной документации [11].

С начала эксплуатации на КАЭС выработано свыше 400 млрд кВт/ч электроэнергии [12]. Предприятие по праву мы можем считать крупнейшим производителем электроэнергии в Центральной части России.

На долю станции приходится 74,7% всей вырабатываемой в Тверской области электроэнергии, 25% от объема товарной продукции Тверской области, 98% объема промышленного производства Удомельского района [12]. На основе этих данных мы можем утверждать, что Калининская атомная станция вносит существенный вклад в социальную стабильность района, влияет на стандарты жизни населения, служит дополнительным гарантом благополучия жителей региона.

Достижения КАЭС в области организации и выполнения природоохранной деятельности ежегодно признаются не только на уровне общественности, а, что важнее, компетентно оцениваются государственными организациями. Так, по итогам Всероссийского конкурса «100 лучших предприятий России-2012 в области охраны окружающей среды и экологического менеджмента», на который Калининскую АЭС номинировало Министерство природных ресурсов и экологии Тверской области, предприятие стало лауреатом [12].

Ленинградская АЭС расположена в Ломоносовском районе Ленинградской области на берегу Копорской губы Финского залива, на 95-98 км автодороги А-121 (Санкт-Петербург - Ропша), в 4-х км к юго-западу от г. Сосновый Бор в промышленной зоне города. Пуск первого энергоблока произошел 23 декабря 1973 года, что дало старт развитию атомной энергетики. В 2002 году Ленинградская АЭС вошла в качестве филиала в состав Государственного предприятия «Российский государственный концерн по производству электрической и тепловой энергии на атомных станциях», а в ноябре 2009 года переименована в филиал ОАО «Концерн Росэнергоатом» «Ленинградская атомная станция» [13].

Ленинградская АЭС предназначена для выработки электроэнергии с выдачей ее в объединенную энергосистему. Общая электрическая мощность - 4 000 МВт, проектная годовая выработка электроэнергии - 28 млрд кВт/ч. Выработка электроэнергии осуществляется на четырех энергоблоках с реакторами типа РБМК-1000. Первый блок введен в эксплуатацию в 1973 году, второй - в 1975 г., третий - в 1979 г., четвертый - в 1981 г. [13].

В августе 2007 года был дан старт подготовительным работам по возведению ЛАЭС-2. Замещающие мощности с водо-водяными энергетическими реакторами усовершенствованного типа (ВВЭР) установленной мощностью 1 200 МВт каждый сменят существующие энергоблоки ЛАЭС с реакторами РБМК и станут надежным источником электроэнергии для Санкт-Петербурга, Ленинградской области, других регионов Северо-Запада России до конца XXI века [14].

По итогам 2013 года Ленинградская АЭС выработала 19 млрд 262,7 млн кВт/час электроэнергии, а за все время эксплуатации Ленинградской атомной станцией произведено более 890 млрд кВт/час электроэнергии [14].

Ленинградская АЭС - крупнейший производитель электроэнергии в Северо-Западном Федеральном округе. Доля ЛАЭС в совокупной электроэнергии в регионе в 2013 г. составила 27% [14]. Приведенные ранее данные отражены на рисунке 2.1, источником которого является отчет об экологической безопасности на ЛАЭС за 2013 год.

Рисунок 2.1 - Доля ЛАЭС в совокупной электроэнергии в регионе в 2013 году

К положительным характеристикам работы Ленинградской АЭС можно отнести к таким показателям, как:

а) производство тепловой энергии для населения и промышленных предприятий г. Сосновый Бор осуществляется бойлерной районного теплоснабжения;

б) цех водоснабжения, являющийся структурным подразделением Ленинградской АЭС, обеспечивает предприятия и население г. Сосновый Бор водой питьевого качества.

Водоподготовка осуществляется на фильтровально-отстойных сооружениях (ФОС), расположенных на р. Систа (основной источник водоснабжения) и р. Коваши (резервный источник водоснабжения). Санаторий-профилакторий «Копанское», являющийся структурным подразделением Ленинградской АЭС, осуществляет круглогодичное лечение и проведение комплекса профилактико-оздоровительных мероприятий работников станции. Санаторий-профилакторий расположен в 30-ти км к юго-западу от г. Сосновый Бор на берегу озера Копанское [14].

В отчете об экологической безопасности на ЛАЭС говорится, что в 2013 году станция совместно со специалистами ОАО «Концерн Росэнергоатом» и учеными удалось решить сложнейшую задачу обоснования возможности и выполнения программы мероприятий по восстановлению ресурсных характеристик блоков РБМК, что обеспечило дальнейшую безопасную работу российских атомных станций с блоками РБМК в течение планировавшегося срока службы, а также состоялось завершение строительно-монтажных работ на комплексе контейнерного хранения отработавшего ядерного топлива (ХОЯТ), предназначенного для перевода накопленных отработавших топливных сборок на более безопасное «сухое» хранение, что позволит существенно сократить сроки вывоза отработавшего ядерного топлива.

Концепция безопасности Ленинградской АЭС базируется на применении принципа глубокоэшелонированной защиты. Основной смысл безопасной работы станции - предупреждение неконтролируемого выхода радиоактивных продуктов за пределы защитных барьеров [14].

Таким образом, Калининская АЭС и Ленинградская АЭС расположены на территории Центрального и Северо-Западного Федерального округа соответственно и являются ведущими в своих регионах. ЛАЭС - первая атомная электростанция в России (первый энергоблок введен в эксплуатацию в 1973 году). Так как срок службы каждого энергоблока составляет 40 лет, она нуждается в замене энергоблоков, поэтому в августе 2007 года был дан старт подготовительным работам по возведению ЛАЭС-2. Тогда как КАЭС была запущена на 11 лет позже, следовательно, можно сказать, что КАЭС более надежная из двух в данный момент.

Приведем сравнение станций: обе АЭС имеют по 4 энергоблока разной мощностью: у КАЭС - 1000 МВт каждый, у ЛАЭС - 1200 МВт каждый. За все время эксплуатации, начиная с декабря 1973 года, Ленинградской атомной станцией произведено более 890 млрд кВт/час электроэнергии, а КАЭС выработано свыше 400 млрд кВт/ч электроэнергии, что в 2 раза меньше ЛАЭС ( это объясняется меньшим сроком ее эксплуатации и меньшей мощностью). Но предприятие Тверской области по праву считается крупнейшим производителем электроэнергии в Центральной части России, на его долю приходится 70% вырабатываемой регионом электроэнергии, тогда как доля ЛАЭС в совокупной электроэнергии в регионе составляет лишь 27%.

На основании сопоставления рассматриваемых двух АЭС, автор пришел к выводу, что основными приоритетами при осуществлении производственной деятельности как Ленинградской, так и Калининской АЭС являются:

- обеспечение экологической безопасности;

- охрана окружающей среды;

- поддержание здоровья персонала и населения.

Главной целью станций является обеспечение такого уровня безопасности атомной станции, при котором воздействие на окружающую среду, персонал и население не превышает установленных нормативов, а риск возникновения аварийных ситуаций сведен к минимуму.

В соответствии с международными стандартами в области охраны окружающей среды на КАЭС в 2009 году была введена в действие «Экологическая политика» [13].

Главной задачей «Экологической политики» является создание условий деятельности предприятия, при которых наиболее эффективно обеспечиваются:

- выполнение требований законодательства и нормативных правовых актов РФ, национальных и отраслевых стандартов и правил в области природопользования, охраны окружающей среды, здоровья персонала и населения при эксплуатации энергоблоков АЭС;

- решение ранее накопленных экологических проблем, повышение безопасности хранения на территории АЭС отработавшего ядерного топлива и радиоактивных отходов;

- совершенствование системы обеспечения готовности АЭС к действиям в случае возникновения чрезвычайной ситуации;

- совершенствование и эффективное функционирование системы экологического менеджмента [12], что отвечает основным законодательным документам в этой сфере хозяйственной деятельности.

Реализация экологической политики на обеих АЭС выполняется в полной мере, что указывает на безопасность производства атомной электроэнергии.

Помимо экологической политики для обеспечения безопасности деятельности каждой АЭС осуществляется производственный экологический контроль.

Задачей производственного экологического контроля (ПЭК) является проверка соблюдения требований природоохранного законодательства, принципов рационального природопользования, нормативов качества окружающей среды и выполнения планов и мероприятий в области охраны окружающей среды [14].

Производственный экологический контроль производится в пределах промышленной площадки, санитарно-защитной зоны и зоны наблюдения КАЭС и охватывает все факторы воздействия производственной деятельности КАЭС на окружающую среду: радиационный, химический, тепловой и др.[12].

Санитарно-защитная зона Калининской АЭС установлена распоряжением администрации Удомельского района радиусом в 1,2 км, отсчитываемым от геометрического центра вентиляционных труб энергоблоков №№1,2,3,4. Дополнительно в нее включена территория под сбросной канал на градирни. Зона наблюдения составляет круг вокруг КАЭС радиусом 11 км [12]. Санитарно-защитная зона представлена на рисунке 2.2, источником которого является отчет об экологической безопасности на КАЭС за 2013 год.