Американский пиропроцесс

Smith, для AtomInfo.Ru, ОПУБЛИКОВАНО 20.02.2020

Мы публикуем статью, подготовленную для электронного издания AtomInfo.Ru, давним активным участником нашего форума. По его просьбе, в авторстве указывается только его ник на форуме Smith.

Статья подготовлена на основании доклада Argonne National Laboratory (Argonne NL) на отраслевом семинаре по вопросам обращения с ОЯТ, который прошёл в США в январе 2020 года.

Проблема и решение

Вопрос обращения с ОЯТ является важнейшим с точки зрения глобальных перспектив развития ядерной энергетики не только в США, но и в мире. С момента зарождения и по сей день ядерная энергетика не имеет единого, окончательно обоснованного решения в области бэк-энда.

Прибегая к языку метафор, авторы доклада описывают сложившуюся ситуацию следующим образом: "Строим дом без туалета!" или "Самолёт взлетает без шасси!".

С точки зрения специалистов Argonne NL, пиротехнология переработки ОЯТ является наилучшим вариантом для организации завершающей стадии ядерно-топливного цикла действующих АЭС с тепловыми реакторами.

Референтный опыт

На текущий момент в США имеется опыт применения пиротехнологии, базирующейся на рафинировании в расплаве, для целей переработки ОЯТ быстрого натриевого реактора EBR-II.

В период с 1965 по 1969 год было переработано в общей сложности около 35 000 топливных стержней.

Иллюстрация организации переработки ОЯТ EBR-II.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

Однако у применявшегося в 60-ых годах метода рафинирования в расплаве были выявлены два основных недостатка: отсутствие возможности выделения продуктов деления благородных металлов и проблемы с организацией эффективного извлечения плутония из бланкетов.

В качестве варианта решения отмеченных проблем в рамках выполнения программы Integral Fast Reactor (IFR) (1983-1994 годы), которая явилась развитием проекта EBR-II, была разработана технология пиропереработки ОЯТ на базе процесса электрорафинирования.

Технологическая схема пиропроцесса на базе электрорафинирования.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

Разработанная пиротехнология с применением электрорафинирования была успешно продемонстрирована на опытно-промышленном уровне, суммарно переработано около 4,5 тонн накопленного ОЯТ EBR-II.

Динамика переработки ОЯТ EBR-II методом электрорафинирования.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

Нюансы технологии

К достоинствам пиропроцесса на базе электрорафинирования разработчики относят, прежде всего, компактность основного технологического оборудования в сравнении с классической гидрометаллургией (что положительно сказывается на экономике), обеспечение невыделения чистой плутониевой фракции (решение проблемы нераспространения) и возможность организации эффективного извлечения минорных актинидов.

Реализация масштабной переработки ОЯТ реакторов на тепловых нейтронах по пиротехнологии с извлечением и дальнейшим выжиганием минорных актинидов в реакторах с быстрым спектром нейтронов позволит снизить долгосрочную радиотоксичность образующихся отходов в 1000 раз, а срок требуемой выдержки РАО сократится с 300 000 до примерно 300 лет.

Авторы доклада особенно подчёркивают, что наиболее эффективным, технологически обоснованным и передовым вариантом выжигания минорных актинидов на сегодняшний день является их утилизация именно в быстрых реакторах.

При этом необходимость в репозитории для образующихся на выходе ядерно-топливного цикла РАО по-прежнему останется, однако требования к подобному объекту станут существенно лояльнее.

В то же время важно, что пиротехнология продемонстрирована только на металлическом ОЯТ быстрых реакторов. Для переработки оксидного ОЯТ тепловых реакторов необходимо добавление в изначальную технологическую схему головного этапа электролитического восстановления.

Демонстрация возможностей

В целях демонстрации экономической эффективности переработки ОЯТ тепловых реакторов по пиротехнологии специалистами Argonne NL был разработан концептуальный проект производства мощностью 100 т ОЯТ в год, с подробной технологической схемой, концептуальными решениями в части оборудования и моделями рабочих процессов.

Разработка концепт-проекта ориентировалась на детальные инжиниринговые исследования, позволяющие на выходе получить достоверные оценки капитальных и эксплуатационных затрат.

Проект реализуется в три этапа:

      - первый (период с 03.2013 по 05.2015) - разработка концептуального дизайна, этап завершён;

      - второй (период с 01.2016 по настоящее время) - оценка безопасности, вопросы защиты и нераспространения, актуализация проекта с увеличением мощности производства до 400 т ОЯТ в год;

      - третий (период выполнения уточняется) - лицензирование проекта в NRC.

Горячая камера проектируемого производства на 100 т ОЯТ в год.
Ппоказано только некоторое оборудование.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

Вопросы экономики

Оценки специалистов Argonne NL по капитальным и эксплуатационным затратам разрабатываемого производства мощностью 100 т ОЯТ в год выглядят следующим образом:

      - капитальные затраты 332 миллиона долларов (из них 78 миллионов долларов оборудование);

      - эксплуатационные затраты 53 миллиона долларов в год;

      - погрешность (возможное увеличение) капитальных затрат на текущей стадии исследований разработчики оценивают в примерно 20%.

В случае увеличения мощности производства со 100 до 400 т ОЯТ в год прогнозируется достижение значительной экономии от масштаба.

К примеру, площадь горячей камеры увеличится всего в 1,8 раза, а капитальные затраты составят около 911 миллионов долларов (рост в 2,7 раза). Эксплуатационные затраты при этом оцениваются в 90 миллионов долларов в год.

Оценки дальнейшего увеличения производительности (с тем же коэффициентом масштабирования 0,6) уже до 2000 т ОЯТ в год приводят разработчиков к следующим показателям: 2,4 миллиарда долларов по капитальным затратам и 260 миллионов долларов в год по эксплуатационным затратам.

Кто заплатит

Удельные затраты на переработку ОЯТ тепловых реакторов при ставке дисконтирования 5% по расчётам Argonne NL составят около 190 долларов на кг ТМ. Исходя из выгорания 50 МВт×сут на кг урана, затраты на переработку ОЯТ в себестоимости генерации составят 0,048 цента на кВт×ч.

По действующему законодательству американские АЭС отчисляют на нужды обращения с РАО и ОЯТ в специализированный резервный фонд по 0,1 цента за каждый отпущенный кВт×ч электроэнергии.

Таким образом, предлагаемый вариант с переработкой ОЯТ по пиротехнологии, с учётом затрат на захоронение образующихся при этом РАО, вполне может быть реализован без превышения текущих отраслевых отчислений.

При этом, в отличие от прямого захоронения ОЯТ, рассматриваемый вариант переработки выгруженного топлива позволяет извлечь ценное сырьё для гарантированного топливообеспечения ядерной энергетики на многие века вперёд.

Следовательно, делается заключение в докладе, пилотному демонстрационному проекту переработки ОЯТ тепловых реакторов по пиротехнологии, целью которого является лицензирование и демонстрация предлагаемых решений в железе, должен быть отдан приоритет при выборе путей инновационного развития американской ядерной энергетики.

Ключевые слова: ОЯТ, США, Статьи, Smith

---

Другие новости:

Двигатель на ледоколе "Арктика" признан не подлежащим восстановлению - Коммерсант

Но окончательно от идеи ремонта двигателя на борту без вскрытия корпуса не отказались.

Агентство по ядерному регулированию ОАЭ выдало лицензию на эксплуатацию первого блока АЭС "Барака"

Далее - загрузка топлива.

Компания "Oklo" в 2020 году будет лицензировать ядерные батарейки "Aurora"

Первая заявка на комбинированную лицензию может поступить в NRC в феврале.

---

---

---

---

Поиск по сайту: