 |
||
|
Стратегические исследования перспектив развития ядерной генерации Украины в рамках проекта МАГАТЭ INPRO О.В.Годун, В.Н.Кирьянчук, ОПУБЛИКОВАНО 28.05.2014
Экономическая привлекательность стала весомым фактором развития ядерной энергетики, что обусловлено повышением капитальных издержек на ввод новых мощностей, ростом стоимости услуг в ядерно-топливном цикле (обогащение, фабрикация, переработка ОЯТ и др.), а также сравнительно низкой стоимостью строительства новых мощностей неядерной генерации. В рамках проекта МАГАТЭ INPRO (International Project on Innovative Nuclear Reactors and Fuel Cycles) проводятся различные исследования перспектив развития ядерной генерации и ЯТЦ после 2030 года. Оценки проводятся как с использованием методологии INPRO TECDOC 1575 на соответствие критериям "устойчивого" развития, так с помощью расчётных моделей, учитывающих технико-экономические параметры ядерной и неядерной генераций, стоимости ресурсного обеспечения и стоимости услуг в области ЯТЦ. Учитывая значительные временные затраты на развёртывание и эксплуатацию АЭС (десять лет от принятия решения о строительстве РУ и до ввода в эксплуатацию, а также 40-60 лет эксплуатации), аналитические оценки проводятся на средне- и долгосрочную перспективу. Результаты подобных исследований существенным образом определяются корректностью исходных данных. Принимая во внимание "чувствительность" реальных стоимостных показателей, в практике МАГАТЭ принято целесообразным использовать данные открытых источников, не дающих, однако, возможность сравнивать стоимость одного и того же элемента ЯТЦ для различных поставщиков услуг, но позволяющих получить общее понимание средневзвешенной стоимости на данный вид услуги или продукции. С целью анализа возможного развития ядерной генерации Украины после 2030 года, в настоящей работе проведена оценка следующих ЯТЦ: - открытый ЯТЦ с усовершенствованными легководными РУ электрической мощностью 1200 МВт(эл.); - частично-замкнутый ЯТЦ на основе легководных РУ с МОХ-топливом, тяжёловодных РУ типа CANDU на регенерате урана (ReU) (предусмотрена переработка ОЯТ легководных РУ с дальнейшим использованием ценных продуктов переработки); - замкнутый ЯТЦ на базе быстрых РУ на МОХ-топливе. Оценки проведены с использованием кода МАГАТЭ MESSAGE (Model for Energy Supply Strategy Alternatives and their General Environmental Impacts), позволяющего моделировать как топливный цикл, так и энергосистему в целом с учётом различных видов неядерной генерации. При этом доля того или иного вида генерации в производстве электроэнергии определяется моделью исходя из экономической оптимизации. В качестве ограничений для ядерной генерации приняты следующие предположения: - срок эксплуатации действующих РУ составляет 45 лет (проектный срок эксплуатации 30 лет гарантированно будет продлён на 10 лет, на последующие 10 лет консервативно предполагается вероятность продления 50%); - энергоблоки Хмельницкой АЭС №3 и №4 будут введены в эксплуатацию в 2018 и 2020 годах соответственно; срок их эксплуатации составит 60 лет; - ввод усовершенствованных легководных РУ реализуется после 2020 года (среднее по ТВС выгорание принимается равным 60 ГВт×сут/т при обогащении топлива до 4,7 %); - предусматривается долгосрочное хранение (ЦХОЯТ объемом 5560 т ТМ) и, как вариант, геологическое захоронение отработанных тепловыделяющих сборок (ОТВС); - рассматривается переработка отработанного топлива легководных РУ с возвратом в Украину продуктов переработки без их дальнейшего использования. Для всех сценариев запасы природного урана Украины в соответствии с данными МАГАТЭ приняты на основе данных Red Book в размере более 477 тысяч тонн. Основные технико-экономические данные различных реакторов и соответствующих ЯТЦ, принятых к рассмотрению в настоящем исследовании, представлены в отчётах МАГАТЭ, OECD и других источниках. Открытый ЯТЦ При реализации в Украине открытого ЯТЦ на основе существующих РУ типа ВВЭР-320 и усовершенствованных легководных РУ поколения III+ доля ядерной генерации в производстве электроэнергии, вероятно, снизится в период 2040-2050 годов до уровня 40% (Рис.1). Рис.1. Открытый ЯТЦ без переработки ОЯТ.  Это может быть следствием постепенного вывода из эксплуатации действующих РУ и принятого в модели ограничения на ввод новых мощностей ядерной генерации на уровне 1 ГВт/год (ввод в эксплуатацию большего числа энергоблоков представляется экономически затратным). После 2060 года доля АЭС в производстве электроэнергии приблизится до 50% за счёт ввода энергоблоков с улучшенными технико-экономическими характеристиками. При этом в объединённой энергетической системе (ОЭС) Украины будет наблюдаться сохранение значительной доли угольной генерации - более 42%. Результаты моделирования показывают, что для сохранения существующего уровня производства электроэнергии на АЭС (до 50%) потребуется в период с 2030 по 2040 года ввести в эксплуатацию до 7 ГВт новых мощностей РУ, что накладывает непомерную финансовую нагрузку на экономику страны (Рис.2). Данный факт необходимо рассматривать как предпосылку к возможному пересмотру основных положений обновлённой энергостратегии Украины до 2030 года в части развития ядерной генерации. Рис.2. Открытый ЯТЦ без переработки ОЯТ.  При прогнозируемых темпах накопления ОЯТ исчерпание проектного объёма централизованного хранилища отработанного ядерного топлива (ЦХОЯТ) - 5650 тонн ТМ - в случае открытого ЯТЦ можно ожидать к 2035 году, что потребует или ввода второй очереди ЦХОЯТ, или отправки ОТВС на долгосрочное хранение либо переработку. Прогнозные темпы накопления ОЯТ до 2100 года для открытого ЯТЦ составят до 30 тысяч тонн ТМ, что эквивалентно вводу в эксплуатацию шести объектов долгосрочного сухого хранения ОТВС типа ЦХОЯТ, сопровождению их эксплуатации и всё-таки необходимости решения вопроса об окончательном обращении с ОТВС в долгосрочной перспективе. При переработке 30 тысяч тонн ТМ отработавшего топлива суммарный объём регенерата урана может составить до 14 тысяч тонн ТМ, что делает его экономически привлекательным для повторного использования. При этом, в случае отсутствия геологического хранилища, необходима организация инфраструктуры по захоронению продуктов переработки ОЯТ общим объёмом до 1 тысячи тонн ТМ. Рис.3. Открытый ЯТЦ. Прогнозная динамика накопления ОЯТ.  В случае организации переработки для варианта ЯТЦ на легководных РУ, общий объём накопленного ОЯТ составит до 7 тысяч тонн ТМ и определяется числом хранимых кассет в долгосрочных хранилищах отработавшего топлива. Влияние затрат услуг переработки на общую экономику открытого ЯТЦ нуждается в отдельном рассмотрении. Частично-замкнутый ЯТЦ Вариант частично-замкнутого ЯТЦ на основе легководных и тяжеловодных РУ представляется перспективным в случае организации переработки ОЯТ и наличия регенерата урана. Как продукт переработки начинает накапливаться плутоний, использование которого в промышленном масштабе освоено в виде МОХ-топлива для легководных РУ. Результаты моделирования энергосистемы с частично-замкнутом ЯТЦ приведены на Рис.4. Рис.4. Частично-замкнутый ЯТЦ.  Обращает на себя внимание повышение доли АЭС в производстве электроэнергии до 50%, что связано с вводом тяжеловодных РУ и использованием регенерата урана как продукта переработки ОЯТ (стоимость регенерата принимается равной нулю). При этом, при стоимости природного урана менее 300 USD/кг использование МОХ-топлива для легководных РУ нуждается в отдельном рассмотрении и однозначного ответа для данного варианта ЯТЦ нет. Для оценки использования плутония в модели предусмотрено наличие одного легководного реактора на МОХ-топливе в 2050 году. Основным типом реакторов остаются PWR (Рис.5). Рис.5. Частично-замкнутый ЯТЦ.  Учитывая введённые ограничения на накопление ОЯТ легководных РУ (определяются проектными вместимостями ЦХОЯТ и дополнительного хранилища объёмом 2 тысячи тонн ТМ), темпы накопления и необходимость переработки ОЯТ легководных РУ позволяют рассматривать целесообразность ввода в эксплуатацию тяжеловодных РУ уже к 2040 году. В 2050-2060 годах общая установленная мощность тяжеловодных РУ может достигать 3 ГВт (Рис.5), что приведёт к накоплению ОЯТ РУ типа CANDU в объёме до 15 тысяч тонн ТМ и потребует введения соответствующей инфраструктуры хранения и захоронения данного типа ОЯТ. Будет наблюдаться сокращение до 22 тысяч тонн ТМ суммарного объёма накапливаемого системой отработанного топлива (по сравнению с 30 тысяч тонн ТМ для варианта открытого ЯТЦ). Переработка ОЯТ МОХ-топлива и ОЯТ тяжеловодных РУ не предусматривается. Рис.6. Частично-замкнутый ЯТЦ. Прогнозная динамика накопления ОЯТ.  Накопление продуктов переработки ОЯТ для частично-замкнутого ЯТЦ определяется продуктами деления в объёме до 900 тонн ТМ и плутонием до 200 тонн ТМ к 2100 году без накопления значительных объёмов (до 14 тысяч тонн ТМ) регенерата урана. Одновременно обеспечивается достаточность запасов природного урана до 2150 года. Замкнутый ЯТЦ на БН Накопление значительных объёмов ОЯТ в долгосрочной перспективе является главной причиной возможной реализации замкнутого ЯТЦ в Украине с использованием быстрых РУ. В данном случае конфигурация топливного цикла может включать легководные РУ на UOX и МОХ-топливе, тяжеловодные РУ с топливом из регенерата урана (ReU) и БН. Для быстрых РУ формирование топливной загрузки активной зоны предполагается с использованием MOX-топлива на основе плутония ОЯТ легководных РУ. В принятой для данного исследования модели замкнутого ЯТЦ предусматривается наличие с 2015 года ЦХОЯТ и, начиная с 2035 года - геологического хранилища объёмом до 2 тысяч тонн ТМ. В случае замкнутого ЯТЦ общая структура производства электроэнергии до 2100 года в ОЭС Украины существенным образом не изменится по сравнению с открытым ЯТЦ. Наблюдается спад производства электроэнергии до 37% в период с 2035 по 2050 годы с последующим ростом до 50% за счёт ввода тяжеловодных РУ и использования дешёвого регенерата урана (Рис.7). Малая доля БН в производстве электроэнергии главным образом объясняется значительными капитальными затратами на строительство новых РУ на быстрых нейтронах (6000 долларов/кВт) и стоимостью услуг по переработке ОЯТ (2000 долларов/кг ТМ). Рис.7. Замкнутый ЯТЦ.  Рис.8. Замкнутый ЯТЦ.  Суммарное накопление ОЯТ в случае замкнутого ЯТЦ достигнет 22 тысяч тонн ТМ и определяется, главным образом, накоплением отработанного топлива тяжеловодных РУ общим объёмом до 14 тысяч тонн ТМ (Рис.9). Рис.9. Замкнутый ЯТЦ. Прогнозные оценки накопления ОЯТ до 2100 года.  Таким образом, в результате моделирования энергосистемы, с учётом принятых данных по капитальным затратам на строительство новых РУ и стоимости элементов и услуг ЯТЦ можно говорить с определённой долей уверенности, что ядерная генерация в условиях Украины будет оставаться одним из основных источников электроэнергии до 2100 года. Дальнейшая реализация открытого ЯТЦ на основе легководных РУ приведёт к накоплению 30 тысяч тонн ТМ отработавшего топлива, что не соответствует "концепции устойчивого развития", накладывая определенные обязательства на будущие поколения. Изменить ситуацию с накоплением ОЯТ возможно в случае переработки отработавшего топлива. При этом, частичное замыкание или полностью замкнутый ЯТЦ с БН позволяют сохранить существующую долю АЭС в производстве электроэнергии и более качественно использовать потенциал урана как энергетического продукта за счет дожигания регенерата урана. Нуждается в дальнейшем изучении экономика замкнутого и открытого ЯТЦ с выработкой предложений по окончательному обращению с ОЯТ АЭС Украины. Олег Годун  Ключевые слова: ЯТЦ, ИНПРО, Украина, Мнения, Статьи Другие новости: Белоярская АЭС: на энергоблоке №4 идут пусконаладочные работы По состоянию на утро 26 мая загружено 286 сборок. Первые "Драконы" появятся на площадке Fangchenggang Начало строительства - 2015 год. Университет производит приятное впечатление. |
Герой дня 
Лев Кочетков: первые белоярские Между тем, пароперегревательного канала всё не было и не было. Время шло, назначенные сроки пропущены. Что делать? В.А.Малых проверил разные варианты. ИНТЕРВЬЮ
Игорь Жемков МНЕНИЕ
Smith 
|