Дүние жүзінің отын-энергетика кешеніне сипаттама

• Шығыс Қазақстанда 4,5 млрд. т жалпы геологиялық қор және 3,04 млрд. т барланған қор;
• Батыс Қазақстанда тиісінше – 2,9 млрд. т және 1,79 млрд. т;
• Солтүстік Қазақстанда 81,8 млрд. т және 18,52 т;
• Оңтүстік Қазақстанда – 33,0 млрд. т және 0,48 млрд. т. Салада 62 өнеркәсіп орны мен өндірістік бірлестік жұмыс істейді (1998), олардың өндіріс көлемі 2698,5 млн. теңге болды. ^[2]

Аса ірі көмір өндіруші елдер

2 тарау. Электр  энергетикасы

Электр энергетикасы-Энергияның экономикалық жағынан ең тиімді, экологиялық жағынан қауіпсіз әмбебап түрі болып саналатын электр энергиясын өндіру үшін алуан түрлі минералды шикізат, су және атом энергиясы пайдаланылады. Минералды отынмен жұмыс істейтін жылу электрстансылары (ЖЭС) шикізат көздерінде және ірі тұтыну орталықтарында орналасады; олардың жалпы электр энергиясының өндірісіндегі үлесі — 63%. Су электрстансылары (СЭС) дүниежүзінде өндірілетін электр энергиясының 1/5-ін береді. Су энергиясы ресурстары, негізінен, дамушы елдерде шоғырланған, сондықтан әзірше толық игерілмей келеді. Мысалы, Латын Америкасында су энергиясы қорынын 10%-ы, Африкада 5%-ы ғана игерілген. Энергияның бұл түрін пайдалануда AҚШ пен Ресей алдыңғы орында, бірақ жан басына шаққандағы көрсеткіш бойынша Норвегия басымдылық көрсетеді.

                                     2.1 Атом электростанциялары

Атом электрстансыларының (АЭС) да маңызы артып келеді. Олар дүниежүзінде өндірілетін электр энергиясының 17%-ын, Францияда 80%-ын береді. Соңғы кездері электр энергиясын сарқылмайтын балама энергия көздерінен (жел, гелио-, геотермалдық, толысу энергиясы) де алатын болды.

Электр энергиясын өндіру жыл сайын артып келеді; соңғы 50 жылда оның көрсеткіші 14 есе  артты. Оның басым бөлігі әлемдегі жетекші  елдер үлесіне тиесілі болды (41-сызбанұсқаға қараңдар). 
Қазақстанда 2008 жылы 80,3 млрд кВт/сағ, яғни жан басына шаққанда 4959 кВт/сағ электр энергиясы өндірілді. Елімізді бұл көрсеткіш бойынша басқа елдермен салыстырып көріңдер (17-кестені қараңдар).

Жан басына шаққанда электр энергиясын өндіру, 2006 жыл (кВт/сағ)

Сонымен электр энергетикасының дамуы аумақтық айырмашылықтарға ие. Халқының саны адамзаттың 20%-ын құрайтын дамыған елдердің үлесіне  өндірілген электр энергиясының 3/4-і  тиесіл^]

Атом электр станциялары

Д. И. Менделеев  жасап шығарған элементтердің периодтық  жүйесі материяны оқып-білудегі бірінші  кезеңді аяқтайды. Оның вегізіне түрлі  материя түрлерінен түратын жай  бөлшектер мен «гомдар» жайындағы  түсінік кіреді.

Атом гректің  бөлінбейтін деген созінен шыққан деп болжаған. Казіргі физика атом жөніндегі бүрынғы түсінікке  түбірлі өзгерістер енгізді, теориялық  және эксперименттік зерттеулер атомның  қүрамында ондаған жай болшектердің бар екенін дәлелдеді. Оған мывалар  жатады: оң зарядты атом ядросын  құрайтын біршама ауыр протондар  және электр зарядтары мүлде жоқ  нейтрондар.

Жеңіл бөлшектерге  мыналар жатады: теріс зарядты  электрондар, позитрондар, нейтрино және басқалары. Аралық типті бөлшектер  де орын алады. Атомдағы барлық бөлшектер  ішкі аралық күш аркылы үсталынып  түрады. Мұндай күштердің болуына  қарамастан, кейбір радиоактивті элементтерде (уран, торий, плутоний) ядроның өздігінен  баяу ыдырауы жүреді, ол бөлшек ядросынан  шығатын сәулелерге ұласады, оларды шартты түрде а, b және ү- сәулеленулері  деп атайды. Басқа атомдардың ядролары олардың сыртқы бөлшектерін атқылау  нәтижесінде ыдырайды, мысалға белгілі  жылдамдықтағы нейтрондар немесе протондарды  алуға болады.

Ядро ыдыраған кезде, ішкі ядролық күштер босайды, мұның өзі көп мөлшерде жылу шығаруға ұласады. Атомдық салмағы 235, 1 кг уран атомдары ыдырағанда жылу энергиясының электр энергиясына айналуы нәтижесінде 25 млн. кВт сағ электр энергиясын алуға болатындығы бөлінеді. Сөйтіп, атом ішіндегі энергия, энергияның сарқылмас  қоры болып саналады. Дүниежүзіндегі алғашқы қуаты 5000 кВт атом электр станциясы бұрынғы Кеңес Одағында 1954 жылы іске қосылды.

Уран қазаны немесе реактор атом электр станциясының негізгі агрегаты болып саналады.

Қазіргі кезде  реакторлардың көптеген құралымдары  зерттеліп жасалынды. Алғашқы атом электр станциясында графитті су реакторы қондырылды.

Отын ретінде 1 радиоактивті заттардың стерженьдері, мысалы, уран U255 қолданылады. Радиоактивті ыдырау кезінде орасан зор жылдамдықпен нейтрондар бөлініп шығады да, олар уранның көршілес атомдарын атқылап, жаңа нейтрондардың бөлініп шығуына  ықпал жасайды. Міне осының нөтижесінде  басқарылатын тізбекті реакция пайда  болады. Алғашқы жағдайда электрондардың қозғалу жолына баяулатқыштар қойылады.

Ауыр судың  құрамына сутектің екі атомының орнына сутектің екі изотопы кіреді. Элементтерде ядроларының құрамьшдағы протондар  саны бірдей болып, ал нейтрондар саны әр түрлі болса, бұл элементтер изотоптар  деп аталады. Мысалы, сутек ядросы (Н) бір протоннан тұрады.

Сутектің  бірінші изотопының ядросы (протий) бір протоннан және электроннан  тұрса, сутектің екінші изотопының ядросы (дейтерий) бір протоннан және бір  нейтроннан тұрады, дейтерий ауыр судың  химиялық формуласына кіреді. Үшінші изотоп - тритий, ол бір протон және нейтроннан тұрады.

Бұл ретте  баяулатқыш ретінде 2 графит, көдімгі  су, ауыр су және басқа заттар қолданылады.

Қазіргі кезде  ауыр су баяулатқыш ретінде сирек  қолданылады, өйткені оны алуға  көп шығын жұмсалады. Ауыр судың 1 тоннасын электролиз немесе химиялық әдіспен алу ұшін 30-40 т. су жұмсалады.

Баяулатқышта  нейтрондар жылдамдығы кемиді, бұл  ретте, энергетикалық атом қондырғыларында  қолданылатын жылудың орасан зор  мөлшері бөлініп шығатынын айта кеткен орынды. Жылу тасушы ретінде  су немесе сұйық металл алынады. Электрондардың бөліну процесін реттеу ұшін бордан, кадмийден  және нейтрондарды қарқынды түрде сіңіретін  басқа да материалдардан жасалынатын  реттеуші стержень 3 қолданылады.

Бүл стержень арқылы ядролық процесті бәсеңдетіп немесе күшейтуге болады. Нейтрондар қазаннан шығып кетпес үшін қазанның ішкі жақтары шағылдырғышпен 4 қапталады.

Шағылдырғыштар  баяулатқыш қасиеттері бар материалдардан мысалы, графитген, берилий тотығынан  және т.б. жасалады.

Жүмыскерлерді адам өміріне қауіпті сәуледен сақтау үшін реактор барлық жағынан қорғасын табағы түріндегі биологиялық қорғаныспен, қалың бетон плиталарымен 5, сонымен  қатар су жейдесімен қапталады. Жылу тасушы 6 ретінде су алынады.

Атом энергетикалық  қондырғысының негізгі сүлбасы  суретте берілген.

1 санымен  реактор белгіленген, онда отын  ретінде уранның изотоптары, сонымен  қатар, плутоний қолданылады.  Бастапқы элементтермен салыстырғанда  изотоптардың радиоактивтігі анағүрлым  жоғары.

Реакторда жылытылған су сорғы 3 арқылы жылу алмастырғышқа 2 құйылады. Бүл биологиялық түрғыдан қауіпті радиоактивті су, ол қондырғының  бірінші контурына жатады. Қазіргі  қондырғылардың бірінші контурындағы су 250°С-та, 100 ат. қысымында болады. Бүл  ретте судың қайнап кетпеуін қадағалау  қажет. Жылу алмастырғыштағы бастапқы су екінші контурлы радиоактивтігі жоқ  суды жылытып, буға айналдырады, ол 30-35 ат қысымды электр генераторын 5 айналдыратын турбинаға 4 келіп түседі. Пайдаланылған  бу конденсаторға 6 қарай жылжиды. Конденсат  сорғы 7 арқылы қайтадан жылу алмастырғышқа  жіберіледі. Бірінші радиоактивті контурдың  барлық агрегаттары адамдардан оқшауландырылып, дистанциялық және автоматты түрде  басқарылады.

Қазіргі ірі  электр станцияларында графитті су реакторларының орнына біршама қуаттылығы аз су реакторлары  қолданылады, мұнда кәдімгі су шапшаң нейтрондардың баяулатқышы болып  саналады.

Атом элетр  станциясының ұстанымдық сұлбасы I. Реактор. 2. Жылу алмастырғыш. 3. Негізгі айналма  насос. 4. Турбина. 5. Электр генераторы. 6. Салқындатқыш (конденсатор). 7. Қоректендіру сорғысы.

Суретте қуаты 210 МВт атом электр станциясының негізгі  технологиялық схемасы бейнеленген. Бірінші кезекті қондырғы қуаты 210 МВт блоктан тұрады, оған бір  реактор, әрқайсысы 70 МВт алты генератор  кіреді. Сөйтіп, әр екі бу генераторы бір турбинаны жабдықгайды. Турбиналар - бір білікті, екі цилиндрлі; төменгі  қысымның бір бөлігі - екі конденсаторлы, екі тасқынды болып келеді.

Бірінші контурға реактор 1 және бассейн 2 жатады, бассейнде  жарты жыл бойында ядролық  жанғыш заттардың пайдаланылған  стерженьдері сақталады. Осы мақсатта бұл стерженьдер арнайы кассеталарға 3 бекітіліп, мұнан соң оларды өңдеу  үшін арнайы зауыттарға жібереді. Бірінші  контурға мыналар жатады: бу генераторлары 4, негізгі айналма насостар 5, жылытқыш насостар 6, арнаулы химиялық су әдісімен тазалау және көрсетілген құрылғыларды байланыстырып тұратын құбырлар. Реактордың биологиялық қорғаны  оларды қоршаған бетон плиталардан, болат табақтар мен су жейдесінен түрады.

Бірінші контурдағы су түйықталған циклде реактор мен  бу генераторы (қазан) арасында айналады, қазаннан шығатын бу турбинаға 7 келіп  түседі. Пайдаланылған бу айналма  насос 11 арқылы айналмалы сумен салқындатылған екі конденсаторға келіп түседі. Екінші контурға насоспен 12 берілетін  конденсат кіреді, ол төменгі қысымдағы 13 қайта қыздырғыш (жылтқыш) арқылы деаэраторға 14 беріледі. Мұнан соң  екінші контурлы су пайдалану насосы 15 арқылы жоғары қысымды жылытқыштардан 16 өтіп, бу генераторына келіп іүседі.

Жылытқыштар мен бойлер конденсаты әуелі анағүрлым  төмем температуралы жылытқьпптарға, сонан соң суретте үзік сызықпен көрсетілгендей деаэраторға келіп  түседі. Тармақты сорғылар 17 жылумен  қамтамасыз ету жүйесіндегі ыстық  судың айналымын жүзеге асырады.

Бірінші коғтурдың  зиянды радиоактивтігін арттыратын коррозия өнімдерінен реакторды  тазалау мақсатында су жылу таратушы химиялық - су әдісімен үздіксіз тазалау 19 процесіне ұштастырылып, жабдықтаушы  сорғы 6 арқылы реакторға түседі.

Атом электр станциясында электр энергиясын өндіру жылу электр станцияларының сұлбаларымен бірдей дерлік.

Экономикалық  көрсеткіштері жағынан атом электр станциялары жылу электр станцияларына  қарағанда біршама төмен; алайда оларды жергілікті отын ресурстарымен  жабдықтай алмайтын жерлерде салғанда, атом электр станциясындағы 1 кВт сағ  энергия құны ЖЭС-тің құнынан  артық емес.

Атом электр станцияларының өзіндік мұқтаждары жұмыс барысында асқан сенімділікті талап етеді. Міне, сондықтан көпшілік мақұлдаған жылу электр станцияларының өзіндік мұқтаж қондырғылары резервтеуден басқа, атом электр станцияларында резервті (сенімділік) дизель - генератор қондырғылары, ол кәдімгі өзіндік мұқтажды қамсыздандыру  жүйесін шапшаң түрде қосуға қол  жетпеген жағдайда іске қосылады. Сонымен  қатар, атом электр станцияларында аккумулятор  батареясын орнату ісі қарастырылды, ал ірі атом электр станцияларында тұрақты ток қозғалтқыштары бар өзіндік мұқтаждың жауапты тұтынушыларын жабдықтайтын екі батареяны қою ісі жүзеге асырылады.