Становление, развитие и современное состояние атомной энергетики США

История развития атомной энергетики в США началось примерно в одно время с СССР – 50ые годы двадцатого века. Если первая АЭС мира, СССР и России – Обнинская – появилась в 1954 году, то атомная энергетика США сделала первый шаг – дала первый ток – в 1958. Это была АЭС Шиппингпорт мощностью 60 МВт в Пенсильвании. С 1965 года началось активное строительство атомных электростанций по всей американской территории. Большая часть атомных станций США была построена в последующие после 1965 года 15 лет, до первой крупной аварии на АЭС в мире.

Атомная энергетика США — это 94 действующих реактора (в основном водо-водяные PWR) общей электрической мощностью 96,553 ГВт на АЭС в 28 штатах. Парк сильно разнится по возрасту — первые из работающих сейчас реакторов вступили в строй еще в начале 1970-х, последний, на АЭС «Уоттс-Бар», включен в сеть в июне 2016 года. Сооружаются всего два блока — на АЭС «Вогл».

На долю АЭС приходится порядка 20 % национальной электрогенерации, в абсолютных цифрах — свыше 800 млрд кВт·ч. Конечно, впечатляющий показатель. Но при этом атомная энергетика Штатов стара: технологиям в преобладающей части энергоблоков более 40 лет. Неблагоприятной тенденцией в отрасли становится досрочный, до истечения периода действия лицензий, вывод блоков из эксплуатации.

В преамбуле «Стратегического видения» выражается озабоченность тем, что Россия и Китай становятся ведущими экспортерами ядерных технологий, вытесняя Америку в важнейшем секторе мирового рынка. Цель DOE — возвращение глобального лидерства в этой сфере.

Реализация стратегии, по мнению ее авторов, позволит создавать рабочие места (сейчас в атомной энергетике США занято около 500 тыс. человек), делать экономику более сильной и способствовать оздоровлению окружающей среды, продолжению декарбонизации энергопромышленного комплекса страны — ежегодно американские АЭС предотвращают выбросы 500 млн т углекислого газа.

Цель настоящей работы – изучить становление, развитие и современное состояние атомной энергетики США.

Для достижения поставленной цели необходимо решить несколько задач: рассмотреть историю развития атомной энергетики в США, выявить проблемы на современном этапе. проанализировать меры по их устранению, которые приняты Правительством США.

Структурно работа состоит из введения, основной част, заключения и списка использованной литературы.

1. История развития и становления атомной энергетики США

1.1 Возникновение атомной энергетики

Исследования мирного использования ядерных материалов начались в Соединенных Штатах под эгидой Комиссии по атомной энергии , созданной Законом США об атомной энергии 1946 года . Ученые-медики интересовались влиянием радиации на быстрорастущие раковые клетки, и им давали материалы, в то время как военные проводили исследования в других мирных целях.

Закон об атомной энергии 1954 г. стимулировал частные корпорации к созданию ядерных реакторов, и за этим последовал значительный этап обучения, за которым последовали многие ранние частичные расплавления активной зоны и аварии на экспериментальных реакторах и исследовательских установках.

Это привело к введению в 1957 г. Закона Прайса-Андерсона , который был «... неявным признанием того, что ядерная энергетика сопряжена с рисками, которые производители не желали брать на себя без поддержки со стороны федерального правительства». Закон Прайса-Андерсона «... защищает ядерные коммунальные предприятия, продавцов и поставщиков от исков об ответственности в случае катастрофической аварии, устанавливая верхний предел ответственности частного сектора». Без такой защиты частные компании не хотели вмешиваться. Ни одна другая технология в истории американской промышленности не пользовалась такой постоянной защитой.

Комиссия по атомной энергии США возложила на Аргоннскую национальную лабораторию ведущую роль в развитии коммерческой ядерной энергетики, начиная с 1940-х годов. Между тем и началом XXI века компания Argonne спроектировала, построила и эксплуатировала четырнадцать реакторов на своей площадке к юго-западу от Чикаго и еще четырнадцать реакторов на Национальной испытательной станции реакторов в Айдахо. Эти реакторы включали начальные эксперименты и испытательные реакторы, которые были прародителями сегодняшних реакторов с водой под давлением (включая реакторы для кораблей), реакторов с кипящей водой, реакторов на тяжелой воде, реакторов с графитовым замедлителем и быстрых реакторов с жидкометаллическим теплоносителем, один из которых был первым. реактор в мире для выработки электроэнергии. Argonne и ряд других подрядчиков AEC построили в общей сложности 52 реактора на Национальной испытательной станции реакторов. Двое из них никогда не оперировались; За исключением установки нейтронной радиографии, все остальные реакторы были остановлены к 2000 году.

Днем 20 декабря 1951 года директор компании Argonne Уолтер Зинн и пятнадцать других сотрудников Argonne стали свидетелями того, как в неприметном кирпичном здании в восточной пустыне Айдахо загорелся ряд из четырех лампочек. Электроэнергия от генератора, подключенного к экспериментальному реактору-размножителю I (EBR-I), протекала через них. Это был первый случай, когда в результате ядерного деления было произведено полезное количество электроэнергии. Спустя всего несколько дней реактор произвел всю электроэнергию, необходимую для всего комплекса EBR. Одна тонна природного урана может производить более 40 гигаватт-часов электроэнергии - это эквивалентно сжиганию 16 000 тонн угля или 80 000 баррелей нефти. Однако более важной задачей EBR-I, чем просто выработка электроэнергии, была его роль в доказательстве того, что реактор может производить больше ядерного топлива в качестве побочного продукта, чем он потребляет во время работы. В 1953 году испытания подтвердили, что это так.

Военно- морской флот США взял на себя инициативу, увидев возможность иметь корабли, которые могут летать вокруг света на высоких скоростях в течение нескольких десятилетий без необходимости дозаправки, а также возможность превращения подводных лодок в настоящие постоянно действующие подводные аппараты. Итак, военно-морской флот направил своего «инженера», а затем капитана Хаймана Риковера, известного своими большими техническими талантами в области электротехники и силовых установок, а также своими навыками в управлении проектами, в AEC, чтобы начать проект военно-морских реакторов. Работа Риковера с AEC привела к разработке реактора с водой под давлением (PWR), первая военно-морская модель которого была установлена на подводной лодке USS  Nautilus.

В апреле 1957 года ядерный реактор SM-1 в Форт-Бельвуар, штат Вирджиния, стал первым атомным генератором, который подключился к сети и вырабатывал электроэнергию для энергосистемы США. 26 мая 1958 года президентом Дуайтом Эйзенхауэром была открыта первая коммерческая атомная электростанция в Соединенных Штатах, Атомная электростанция Шиппорт, в рамках своей программы « Атом для мира ». Поскольку ядерная энергетика продолжала расти в течение 1960-х годов, Комиссия по атомной энергии ожидала, что к 2000 году в Соединенных Штатах будет работать более 1000 реакторов.

С 1965 года началось активное строительство атомных электростанций по всей американской территории. Большая часть атомных станций США была построена в последующие после 1965 года 15 лет, до первой крупной аварии на АЭС в мире [2].

Стоит отметить, что случилась она именно в штате Пенсильвания – родине американской атомной энергетики – пострадала станция Три-Майл-Айленд 28 марта 1979 году. Из за нарушения в системе охлаждения реактора и ряда ошибок работников персонала, расплавилось ядерное топливо. Работы по устранению аварии вынули из бюджета США почти миллиард долларов и заняли 14 лет.

Случившаяся авария заставила власти Соединенных штатов Америки внести изменения в условия безопасности работы всех АЭС страны. Это незамедлительно привело к удлинению сроков строительства и удорожанию заложенных объектов атомной энергетики, что замедлило развитие индустрии в США в целом. Великолепная научная атомная школа в США практически разом остановила свое развитие. Тысячи ученых получивших отличное образование смогли продолжить свою работу лишь как операторы на станциях, поддерживающих работоспособность оборудования, придуманного десятилетия назад.

По мере того, как отрасль продолжала расширяться, в 1974 году функции Комиссии по атомной энергии по развитию и регулирования были разделены; Департамент энергетики впитывается научными исследования и разработки, в то время как регуляторная ветвь была выделена и превращена в независимую комиссию , известной как США Комиссия по ядерному регулированию (USNRC или просто NRC).

1.2 Современный этап развития атомной энергетики США

Сейчас именно США с 99 действующими на начало 2017 года реакторами находится на первом месте в мире по количеству ядерных реакторов, а американская АЭС Пало-Верде в ходит в десятку крупнейших в мире. С начала 21 века в США было закрыто 4 реактора в 2013 году и заложено также 4, в том же году. Почему так мало станций было закрыто за почти полтора десятка лет, и лишь в 2013 году начато строительство новых? Тому есть несколько причин. Во первых, сорокалетний срок службы большинства АЭС был продлен на еще 20 лет. Во-вторых, в эпоху разработки добычи сланцевого газа в стране и разработки месторождений на шельфе, внутренние цены на традиционные природные энергоресурсы упали и удешевили конечные электро- и теплоэнергию.

Всего на текущий момент в США действует 99 реакторов на 62 атомных электростанциях, которые вырабатывают 19,5% от всей энергии в стране. В принципе самый новый достроенный реактор в США был запущен в далеком 1996 году на АЭС Уоттс-Бар.

В 2001 году правительство США приняло руководство по новой энергетической политике. В частности, в нее вошло направление развития атомной энергетики, путем разработки новых типов реакторов, с более высоким коэффициентом экономичности, новых способов переработки отработанного ядерного топлива. Планировалось построить к 2020 году несколько десятков новых атомных реакторов, общей мощностью в 50 000 МВт. А также достичь увеличения мощность существующих АЭС на дополнительные 10 000 МВт.

1. Аржаев Ф.И. СЛАНЦЕВАЯ РЕВОЛЮЦИЯ В США: ЭТАПЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ // Скиф. Вопросы студенческой науки.. - 2017. - №14(14). - С. 89-95.
2. Максаковский В.П. Общая экономическая и социальная география. Курс лекций. - М.: Инфра-М, 2010.
3. ПРЯМОЙ РЕПОРТАЖ: Российская энергетическая неделя // Журнал "Нефть - капитал" URL: https://oilcapital.ru/news/markets/04-10-2017/rossiyskaya-energeticheskaya-nedelya-2017-pryamoy-reportazh
4. Трамп объявил о запуске «золотой эры» в энергетической отрасли США // Новостное агентство РБК URL: http://www.rbc.ru/economics/29/06/2017/595566ad9a794743a78998b5
5. Трамп перезапустил нефтяную промышленность США // Журнал "Вести Экономика" URL: http://www.vestifinance.ru/articles/84773
6. Чувахина Л.Г. НОВАЯ ПАРАДИГМА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ США: МИФ ИЛИ РЕАЛЬНОСТЬ? // Горизонты экономики. - 2017. - №1(37). - С. 30-35.
7. Nuclear Power in the USA // world-nuclear.org, September 2017
8. PRIS - Country Details (англ.). www.iaea.org. Дата обращения: 6 июня 2019.
9. Two Half-Finished Nuclear Reactors Scrapped as Costs Balloon (англ.), Bloomberg (31 July 2017).
10. S. Energy Information Administration URL: https://www.eia.gov
11. S. Energy Information Administration [Режим доступа] https://www.eia.gov/todayinenergy/detail.php?id=29932
12. S. Nuclear Generation and Generating Capacity (англ.). www.eia.gov. Дата обращения: 17 марта 2018.
13. S. nuclear capacity and generation expected to decline as existing generators retire - Today in Energy - U.S. Energy Information Administration (EIA) (англ.). www.eia.gov.