День атомної енергетики 2014. Оцінка можливості...

Сценарии ЯТЦ Украины при внедрении различных видов

реакторных установокВласенко Н.И., Годун О.В.

ОП «Научно-технический центр» ГП «НАЭК «Энергоатом»

Министерство энергетики и угольной промышленности Украины

«Круглий стіл», XII Міжнародний форум «Паливно-енергетичний комплекс України: сьогодення та майбутнє

23 – 25 вересня 2014»

Тенденции развития ядерной генерации в мире

Перспективные РУ. Предложения поставщиков

Проект МАГАТЭ INPRO

Сценарии возможного развития ЯТЦ Украины после 2030 года

Направления международного сотрудничества в ЯТЦ после 2030 года. Кратко

Заключение

Содержание

Тенденции развития ядерной генерации в мире

430 реакторов эксплуатируется в 31 стране мира.Общая установленная мощность – 370 ГВт эл.На этапе строительства – 70 реакторов.Запланировано строительство до 160 реакторов.

Китай: увеличение доли АЭС с 30 ГВт до 56 ГВт к 2020 году. На этапе строительства – около 30 новых РУ, включая первые в мире 4-ре РУ типа АР-1000 и демонстрационный высоко-температурный реактор.

Индия: планы увеличить долю АЭС до 14.5 ГВт к 2020 году. Рассматриваются реакторы LWR, HWR, FR. Семь РУ на этапе строительства, при этом часть иностранные проекты, часть – собственные разработки. Программа FR основана на собственных РУ мощностью 500 МВт (бридер). Развивается собственная ториевая программа.

Европа: Финляндия и Франция предполагают увеличить парк РУ используя EPR-1500 (1650 МВт). Болгария, Турция, Словакия, Словения, Румыния рассматривают возможность строительства новых РУ. Британия подтвердила замену старых РУ новыми проектами EPR-1500. Четыре РУ запланированы к подключению к сети в 2023 году. К 2030 году предполагается иметь 16 GWe. Польша предполагает ввод до 6 ГВт (совместный проект с Эстонией и Латвией).

США: 5 РУ в стадии строительства (4-ре типа АР-1000).

Южная Корея: намечено строительство 12-ти РУ. Проводятся интенсивные исследования РУ инновационных проектов.

ОАЭ: в 2012 году введены в эксплуатацию две из четырех РУ (1450 МВт) стоимостью 20 млрд. долл.

Тенденции развития ядерной генерации в мире

Преимущества ядерной генерации (по данным МАГАТЭ, WNA, OECD и др):- меньшие выбросы СО2 в сравнении

с другими видами генерации на органическом топливе;

- существенное снижение потребления органических энергоносителей;

- экономическая привлекательность и конкурентоспособность по сравнению с неядерной генерацией при учете издержек на выбросы;

- малая топливная составляющая (до 35%);

- в 10Е5 раз большая плотность энерговыделения в сравнении с тепловой генерацией

Тенденции развития ядерной генерации в мире

Вместе с тем:- аварии на АЭС Три-Майл-Айленд, на ЧАЭС, на АЭС Дайичи показали

проблемы с обеспечением безопасности и экономические потери на восстановление АЭС, окружающей территории и возмещение убытка населению;

- исчерпание природных ресурсов органического топлива не произойдет в обозримом будущем;

- прогнозный рост потребления энергии на единицу ВВП снижается (с 0.25 до 0.15 тонн НЭ на 1000 долл.США в 1980 и 2030 годах соответственно);

- улучшаются технико-экономические характеристики установок генерации на органическом топливе. Внедряются новые технологии по снижению выбросов СО2;

- ежегодное накопление ОЯТ составляет более 60 тыс.тонн ТМ. Не существует общего приемлемого варианта окончательного обращения с ОЯТ. Возможна выработка решения только при рассмотрении стратегии отдельной страны (или географического региона).

Отказ от ядерной энергии: Япония, Бельгия, Германия, ШвейцарияМораторий: Италия

Тенденции развития ядерной генерации в мире

Тенденции развития ядерной генерации в мире

Производство электроэнергии по видам генерации

Тренд потребления природных ресурсов

Перспективные РУ. Предложения

http://www.world-nuclear.org

Перспективные РУ. Предложения

http://www.world-nuclear.org

Перспективные РУ. Предложения

http://iaea.org/

Развертывание ядерной генерации и ввод новых мощностей РУ должен рассматриваться в комплексе с вопросами развития ЯТЦ.

INPRO (International Project on Innovative Nuclear Reactors and Fuel Cycles) инициирован МАГАТЭ в 2000г. на основе резолюции Генеральной конференции (GC(44)/RES/21).

INPRO

Цели INPRO содействовать обеспечению достойного вклада ядерной генерации в удовлетворение энергетических потребностей «устойчивого развития» человечества;объединить обладателей и пользователей технологий;создать представительный форум для всех заинтересованных сторон.

Участники – 39 стран и ЕС.

INPRO

Инструментарий INPRO:- методология

TECDOC 1575 Rev.1 - INPRO Manual Vol. 1: Overview of the Methodology

- коды моделирования;- исследования ядерных энергетических

систем (NESA);- реализация международных проектов.

Направления оценки энергосистемы на устойчивость:- Экономика;- Безопасность;- Инфраструктура;- Окружающая среда;- Нераспространение;- Обращение с ОЯТ и РАО

Опыт:«Lessons Learned from Nuclear Energy System Assessments (NESA) Using the INPRO Methodology. A Report of the International Project on Innovative Nuclear Reactors and Fuel Cycles (INPRO)» IAEA TECDOC 1636.Framework for Assessing Dynamic Nuclear Energy Systems for Sustainability - Final Report of the INPRO Collaborative Project GAINS(NP-T-1.14) Assessment of Nuclear Energy Systems Based on a Closed Fuel Cycle with Fast Reactors IAEA TECDOC 1639 Rev. 11.14)Nuclear Energy Development in the 21st Century: Global Scenarios and Regional Trends IAEA Nuclear Energy Series No. NP-T-1.8, STI/PUB/1476 (2010)

Реализуются:- Project on Strategic Nuclear Energy Planning of Ukraine in

the Framework of INPRO Revision 4: Ukraine NESA (March 11th , 2011);

- CP SYNERGIES - Synergistic Nuclear Energy Regional Group Interactions Evaluated for Sustainability

- CP ROADMAPS - Roadmaps for a Transition to Globally Sustainable Nuclear Energy Systems

- CP FANES - Nuclear Fuel and Fuel Cycle Analysis for future Nuclear Energy Systems

INPRO

INPRO – ключевой механизм выработки долгосрочной стратегии развития ядерной генерации.

Основные цели- устойчивость ядерной энергетики;- оптимизация природных ресурсов;- оптимизация экономических

затрат;- выработка механизмов

привлечения инвестиций;- определение направлений

международной кооперации;- выработка краткосрочных планов

реализации стратегии

INPRO

Задачи- оценка развития неядерных видов генерации;- анализ макроэкономики;- разработка и анализ сценариев развития ЯТЦ;- оценка технологий ЯТЦ (перспектива);- комплексная оценка экономики ЯТЦ

Граничные условия:

до 2030 года вводится 5 новых реакторов согласно базовому сценарию (2 реактора до 2020 года и 3 реактора до 2030 года);

после 2030 года возможен ввод не более 1 реактора в год;

в 2015 году вводится в эксплуатацию ЦХОЯТ объемом 5 650 т(ТМ);

после ЦХОЯТ отработавшее топливо направляется на хранение и захоронение по 600 USD/кг ТМ).

Доля АЭС в производстве электроэнергии – не более 50%.

Сценарии возможного развития ЯТЦ Украины после 2030 года. Открытый ЯТЦ

Сценарии возможного развития ЯТЦ Украины после 2030 года. Открытый ЯТЦ

Сценарии возможного развития ЯТЦ Украины после 2030 года. Переработка ОЯТ

Выводы:- ядерная генерация способна сохранить конкурентную

способность и обеспечить долю производства электроэнергии на уровне 50% в системе при условии эксплуатации энергоблоков с повышенным КИУМ (до 80% и более) и с выгоранием ядерного топлива более 60 МВт×сут/кг урана;

- в открытом топливном цикле нарабатывается значительное количество ОЯТ – порядка 27 тыс. тонн(ТМ);

- при сохранении доли ядерной генерации 50 % и прогнозном росте потребления электроэнергии в открытом топливном цикле будет нарабатываться значительный объем ОЯТ и к 2035 году ЦХОЯТ окажется полностью заполненным;

- в случае переработки ОЯТ в открытом топливном цикле доля генерации АЭС может снизиться до 30% за счет более высокой стоимости переработки ОЯТ в сравнении с принятой ценой на долгосрочное хранение/захоронение ОЯТ.

Сценарии возможного развития ЯТЦ Украины после 2030 года. Открытый ЯТЦ

Граничные условия:

сценарий ввода новых РУ до 2030 года – согласно открытого ЯТЦ;

в 2015 году вводится в эксплуатацию ЦХОЯТ объемом 5 650 т(ТМ);

после 2030 года возможен ввод не более 1 реактора в год любого типа;

может осуществляться переработка ОЯТ; использование МОХ-топлива в модели возможно после 2030

года на новых легководных реакторах, загружается ¼ активной зоны;

ввод в систему тяжеловодных реакторов на топливе из регенерата урана возможен после 2030 года;

отработавшее топливо направляется на захоронение по 600 USD/кг(ТМ), объемы хранилища не ограничены.

Доля АЭС в производстве электроэнергии - не более 50% от общей генерации

Сценарии возможного развития ЯТЦ Украины после 2030 года. Частично-замкнутый ЯТЦ с CANDU

Сценарии возможного развития ЯТЦ Украины после 2030 года. Частично-замкнутый ЯТЦ с CANDU

Выводы:- наличие больших объемов ОЯТ (до 30 тыс. тонн ТМ) приводит к

необходимости его переработки, что увеличивает стоимость ЯТЦ в сравнении с открытым ЯТЦ;

- при переработке ОЯТ реакторов LWR доля АЭС в производстве электроэнергии может снизиться до 40%;

- наличие 14 тыс. тонн ТМ регенераты урана обосновывает экономическую привлекательность его дожигания в CANDU. При этом доля АЭС в производстве электроэнергии возрастет до 50%;

- объемы накопления ОЯТ не претерпевают изменений в сравнении с ранее рассмотренными вариантами ЯТЦ – общее количество в размере до 30 тыс. тонн(ТМ) с накоплением до 4 тыс. тонн ОЯТ тяжеловодной РУ;

- исчерпание природного урана можно ожидать после 2150 года.

Сценарии возможного развития ЯТЦ Украины после 2030 года. Частично-замкнутый ЯТЦ с CANDU

Граничные условия:

сценарий ввода новых РУ до 2030 года – согласно открытого ЯТЦ; в 2015 году вводится в эксплуатацию ЦХОЯТ объемом

5 650 т(ТМ); после 2030 года возможен ввод не более 1 реактора в год любого

типа; может осуществляться переработка ОЯТ легководных и быстрых

РУ; возможен ввод в систему реакторов на МОХ-топливе после 2030

года, для моделирования предполагается загрузка ¼ активной зоны;

ввод в систему тяжеловодных реакторов на топливе из регенерата урана возможен после 2030 года;

ввод в систему быстрых реакторов предусматривается после 2030 года.

Доля АЭС в производстве электроэнергии - не более 50% от общей генерации

Сценарии возможного развития ЯТЦ Украины после 2030 года. Замыкание на БН

Сценарии возможного развития ЯТЦ Украины после 2030 года. Замыкание на БН

LWR вводятся только до 2030, после - FR Ввод ЦХОЯТ в 2015 Переработка ОЯТ LWR осуществляется до 2090 г., после –

ОЯТ быстрых реакторов

24

Сценарии возможного развития ЯТЦ Украины после 2030 года. Замещение с использованием БН

2515.88 USD/МВт×ч

Сценарии возможного развития ЯТЦ Украины после 2030 года. Замещение с использованием БН

Вывод- доля АЭС в производстве электроэнергии в период 2030-2050 гг. снизится

до 34%. Динамика ввода новых мощностей в период 2030-2040 гг. составит 4,6 ГВт, что меньше ранее рассмотренных 7 ГВт установленной мощности;

- объемы накопления приводят к необходимости переработки ОЯТ начиная с 2045 года, что является условием ввода в 2050 году РУ на быстрых нейтронах и легководной РУ на МОХ-топливе (утилизация плутония), а также CANDU на регенерате урана;

- наличие значительных объемов регенерата урана по нулевой стоимости приводит к вводу в эксплуатацию в период 2040-2060 гг. РУ типа CANDU общей мощностью 3 ГВт, которая сохранится на постоянном уровне до 2100 года;

- общий объем нарабатываемого ОЯТ за весь период исследования не изменится. Переработке подлежит до 22 тыс.тонн ТМ;

- предположительно будет накоплено до 1000 тонн(ТМ) продуктов переработки;

- расширенное использование регенерата урана приводит к существенному сохранению запасов природного урана, достаточность которого можно предположить до 2200 года;

- в случае расширенного ввода БН после 2030 года будет наблюдаться спад доли АЭС в ОЭС до 30%, что вызвано стоимостью замкнутого ЯТЦ .

Сценарии возможного развития ЯТЦ Украины после 2030 года. Замыкание на БН

27

Направления международного сотрудничества в ЯТЦ после 2030 года. Кратко

FR

LWR

HWR

хранениеFPr

MA

U

Pu

HWR захоронениефабрикация

HWR ReU

фабрикация FR-акт.зона

FR-бланкет фабрикация

Переработка FR

FPr

MA

U

Puпереработка

FR-core

фабрикация

LWR UO2

обогаще-ние

конверсия

U добыча

U отвалы

Захоронение,переработка

Направления международного сотрудничествав ЯТЦ после 2030 года

Element of NFC

Direction of collaboration Risks 

Risks assurance

 Front end

Mining and milling Cost Long term contract for the service supply

Conversion, enrichment CostRefusal of contract LiabilityChange (obsolescense) of technology

Long term contract for the service supplyPeriodically review of contract conditionsDiversification of supply

U-fuel assemblies fabrication (design, fabrication plant)MOX/ReU/metalicImplementation of new design FAs

CostRefusal of contract Liability Support of FAs enhancing

Long term contractDiversification of supply FAs for the WWERUnification of design FAsScientific support of FAs enhancing

Normative documents/recommendations

 Change of technology Unification of technology Unification of requirements

Exploitation 

Supply of main equipment CostRefusal of contract Liability

DiversificationUnification of technologyUnification of requirements

Enhanced of fuel management (economics of NFC, FAs reliability) Scientific support of nuclear units exploitation/Core calculation (codes support, nuclear safety analysis, licensing of core designer) /Safety analisys

CostAvailability of service

Scientific support of FAs enhancing DiversificationUnification of technology

Normative documents/recommendations

 Change of technology Unification of technology Unification of requirements

Back end 

Long term storage, geological disposal

Availability of serviceCost

Reprocessing CostChange (obsolescense) of technology

Diversification of supply

Normative documents/recommendations

 Change of technology Unification of technology Unification of requirements

1. Отсутствует долгосрочная стратегия развития ядерной энергетики Украины.

2. Основными критериями выбора новых типов реакторов являются (кроме безопасности):- экономическая привлекательность и конкурентоспособность;- оптимизация использования природных ресурсов в

долгосрочной перспективе;- в меньшей степени – наличие инфраструктуры и

энергетическая безопасность.3. Оценка перспектив строительства новой РУ может быть

корректно выполнена только с учетом развития соответствующего ЯТЦ.

4. Участие в международном проекте МАГАТЭ INPRO позволяет выполнить оценку технической возможности и экономической привлекательности внедрения различных проектов РУ в ядерную энергосистему Украины, в том числе РУ Gen III+/ IV.

5. ГП НАЭК «Энергоатом» является активным участником INPRO, что говорит о заинтересованности компании в перспективном развитии ядерной генерации.

Заключение

5. Экономика открытого ЯТЦ является наиболее привлекательной при условии отсутствия ограничений на накопление ОЯТ. К 2100 году общий объем ОЯТ может составить до 30 тыс.тонн ТМ (6-ть объемов ЦХОЯТ).

Для открытого топливного цикла:- в период 2030 – 2040 гг. необходим ввод до 7 ГВт РУ новых мощностей;- после 2035 года ожидается заполнение ЦХОЯТ. Необходимо решение о захоронении ОЯТ, переработке или вывозе;- вывоз ОЯТ на переработку составит от 150 до 300 тонн ТМ. Увеличение транспортировки ОЯТ на переработку в период с 2065 по 2085 (окончание 50-летнего срока выдержки).

В случае ограниченных возможностей по хранению/захоронению ОЯТ и вынужденной переработке ОЯТ в открытом топливном цикле доля генерации АЭС может снизиться до 30 %. Экономическая привлекательность новых РУ обеспечивается капитальными затратами не более 5 000 долл/кВт, КИУМ не менее 85% при среднем максимальном выгорании топлива не менее 60 МВт*сут/кг

Заключение

6. Частично-замкнутый ЯТЦ – путь к эффективному использованию ресурсов урана.

Наличие переработки ОЯТ приводит к накоплению ценного продукта – регенерата урана. Прогнозируемые объемы до 14 тыс.тонн ТМ обосновывают экономическую привлекательность его дожигания в CANDU.

Общая электрическая мощность CANDU может составить до 4 ГВт для варианта с дожиганием ReU.

Исчерпание природного урана – не ранее 2150 года.

Капитальные затраты на строительство – 4 000 долл/кВт

Заключение

Замыкание ЯТЦ и переработка ОЯТ легко-водных РУ после 2040 года является определяющим фактором ввода быстрых РУ в Украине в 2050 году.

При существующих ценах на природный уран (до 160 долл.кг) и стоимость переработки (до 2000 долл/кг ТМ) строительство БН является экономически не привлекательным.

Для условий Украины возможно рассматривать ввод 1 ГВт РУ типа БН до 2100 года. Рассматриваемая стоимость – 5 000 долл/кВт.

Конкурентное развитие ядерной генерации и технологий замкнутого ЯТЦ требует углубление международной кооперации

Заключение

33

Спасибо за внимание!