Экономика ядерной энергетики: Основы технологии и экономики производства ядерного топлива. 3-е изд. - Синев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
12.12. АКТУАЛЬНОСТЬ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТОПЛИВОИСПОЛЬЗОВАНИЯ В РЕАКТОРАХ НА ТЕПЛОВЫХ НЕЙТРОНАХ
В настоящее время и, вероятно, до конца XX столетия развитие ядерной энергетики во всем мире будет основываться на применении наиболее отработанных и промышленно освоенных ядерных реакторов на тепловых нейтронах (РТН). В них используется слабообогащенный (до 4—5%) уран, а в качестве теплоносителя применяется преимущественно обычная (легкая) вода.
В СССР и социалистических странах в этот период будет осуществляться большая программа строительства АЭС также в основном с водоохлаждаемыми реакторами на тепловых нейтронах.
Известно, что всем реакторам на тепловых нейтронах органически присущ очень серьезный недостаток — в них чрезвычайно плохо (особенно при незамкнутом ЯТЦ) используется исходное топливное сырье ядерной энергетики — природный уран (менее 0,6%). (Об этом подробнее см. в § 5.4.) Применение замкнутого ЯТЦ и рецикла регенерированного урана и накопленного в отработавшем топливе плутония позволяет существенно улучшить коэффициент энергетического использования природного урана в реакторах на тепловых нейтронах: при КВ«0,5 примерно вдвое, при KB«0,7 втрое (без учета потерь в ЯТЦ).
Таким образом, всемерное повышение KB является реальным путем снижения удельного расхода природного урана для реакторов на тепловых нейтронах. Радикальное решение достигается при KB >1, при котором становится возможным почти полное (с учетом потерь в топливном цикле) превращение 238U в плутоний, что увеличивает теплотворную способность урана примерно на два порядка (см. § 1.2).
Но КВ>1, при применении уран-плутониевого топлива, можно реализовать пока только в реакторах на быстрых нейтронах, а в перспективе в гибридных термоядерных реакторах и в реакторных установках электроядерного бридинга. В связи с ожидаемым в ближайшие 20—30 лет ростом мощностей ядерной энергетики с реакторами на тепловых нейтронах во всем мире резко
возрастут потребности в относительно дешевом природном уране. Всемерное повышение эффективности использования природного урана в реакторах на тепловых нейтронах считается одной из главных проблем современного этапа развития ядерной энергетики.
12.13. ВЛИЯНИЕ ГЛУБОКОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ 235U ПРИ ОБОГАЩЕНИИ УРАНА НА ЭКОНОМИКУ ЯТЦ И РАСХОД ПРИРОДНОГО УРАНА
В гл. 4 была показана взаимосвязь между средней глубиной выгорания уранового топлива В и необходимым его обогащением х. При всех расчетах, оценках и прогнозах удельного расхода природного урана и суммарных потребностей в нем принимается (как нечто стабильное) содержание 235U в отвале у, равное 0,2 % и даже 0,3 %. Это означает соответственно, что 28 % и 42 % драгоценного природного делящегося изотопа урана не извлекается при обогащении урана, а остается в хвостах. Такая ситуация в ядерной энергетике до сих пор была обусловлена чрезвычайно высокой ценой за услуги по обогащению урана (за «разделительную работу»), которую установили США, длительные годы (до последнего времени) сохранявшие в капиталистическом мире монополию на обогащение урана.
Пуск в 1983 г. в Трикастене (Франция) завода фирмы «Евродиф» серьезно потеснил монополию США. Но во Франции также применена энергоемкая технология обогащения методом газовой диффузии. Поскольку потребляемая электроэнергия, получаемая от, АЭС, у «Евродиф» все же дешевле, чем в США, Франция имела возможность несколько снизить цену услуг по обогащению
урана (90—100 дол/ЕРР вместо 120—135 дол/ЕРР в США). Тем не менее эти (так называемые «мировые») цены все еще очень высоки. Западноевропейская фирма «Юренко-Сентек» обещает после 1990 г. довести цену за 1 EPP до 60 дол. и ниже. Принятое в 1985 г. в США решение о переходе в конце 90-х годов на лазерный метод обогащения урана (см. § 7.11, 7.14)
OL
0,05 0,1 0,2 0?6 0,3
Содержание В отвале гз5Ц%
Рис. 12.5. Стоимость 1 кг обогащенного урана (\ї=4,4 %) при различном содержании 235U в отвале и разных ценах за 1 кг природного урана и 1 EPP
обосновывается главным образом тем, что позволит углубить извлечение 235U до #=0,05% и получать обогащенный уран по цене 30—60 дол/ЕРР. Оценим значение этой близкой перспективы для экономии природного урана и снижения затрат на ядерное топливо.
На рис. 12.5 представлены варианты стоимости 1 кг урана, обогащенного до х=4,4 %; при различных содержаниях 235U в отвале (0,1—0,3%), рассчитанные по высоким и низким ценам за 1 кг природного урана (Сс=50; 70; 100 дол/кг) и за 1 EPP (Ср=30; 60; 100; 125 дол/ЕРР). Расчет проведен без учета потерь урана в процессе технологических переделов [см. формулу (7.32)] *.
Из рис. 12.5 видно, что при высоких ценах за разделительную работу оптимальное значение у составляет примерно 0,2— 0,25%- В то же время обогащение урана экономически выгодно и при отвале с #=0,1 % при ценах за 1 EPP 60—30 дол. и ниже, при относительно дорогом уране.
Применение отвала с #=0,1 % означает реальную экономию природного урана (при прочих равных условиях) на 16—17% по сравнению с отвалом, имеющим #=0,2 %, и на 30 % по сравнению с отвалом с #=0,26%. Таким может быть резерв снижения потребностей в природном уране, который по изложенным выше причинам до сих пор не рассматривался в прогнозных оценках. Этот эффект реален и может быть получен за счет уже определившихся достижений в совершенствовании промышленной технологии обогащения урана, позволяющих резко снизить цену за разделительную работу. Получаемая экономия количественно равна снижению расхода урана, которое можно получить при рецикле регенерированного урана из отработавшего ядерного топлива. Заметим, что при #=0,1 % в отвалах еще будет оставаться 14 % 235U. Есть основание полагать, что задача довести извлечение 235U до его содержания в отвалах не более 0,05 % будет решена в ближайшие 10—15 лет**.
