PRoAtom - Ядерная энергетика, у которой есть будущее, если …

Агентство ПРоАтом. 27 лет с атомной отраслью!

Навигация

· Главная
· Все темы сайта
· Каталог поставщиков
· Контакты
· Наш архив
· Обратная связь
· Опросы
· Поиск по сайту
· Продукты и расценки
· Самое популярное
· Ссылки
· Форум

Журнал

Подписка на электронную версию

Атомные Блоги

PRo IT

Подписку остановить невозможно! Подробнее...

Задать вопрос

Наши партнеры

PRo-движение

АНОНС

Вышла в свет книга Б.И.Нигматулина и В.А.Пивоварова «Реакторы с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем. История трагедии и фарса». Подробнее

PRo Погоду

Сотрудничество

Редакция приглашает региональных представителей журнала «Атомная стратегия»
и сайта proatom.ru.
E-mail: pr@proatom.ru Савичев Владимир.

Время и Судьбы

[23/12/2013] Ядерная энергетика, у которой есть будущее, если …

А.В.Клименко, д.т.н., профессор, НИЯУ МИФИ, Москва

Ядерная энергетика (ЯЭ) на тепловых нейтронах не имеет будущего. ЯЭ на быстрых нейтронах в существующих проектах проблематична и тоже не имеет будущего. Современные ядерные энергетические установки (ЯЭУ) неконкурентоспособны при процентных ставках экономики выше 10 %/год на свободном рынке энергии. Однако это не означает, что ЯЭ вообще неконкурентоспособна и, тем более, нерентабельна. Это означает, что современные проекты ЯЭУ, на которых строится ЯЭ, неконкурентоспособны, а будущая ЯЭ, использующая эти проекты, бесперспективна.

Чтобы ЯЭ имела будущее, нужно пересмотреть систему проектирования ЯЭ и ее ядерного топливного цикла (ЯТЦ).

Введение: ликбез по макроэкономике для физиков (тезисы)

1. Мировую экономику, как и экономику отдельной страны, можно описать системой взаимосвязанных рынков. Каждый из рынков описывается уравнениями и неравенствами, так что с математической точки зрения экономика представляет собой систему уравнений и неравенств. Решение такой системы обеспечивает согласованное (сбалансированное) состояние и развитие экономики. В уравнения и неравенства входят переменные величины. Некоторым из переменных вменяется роль регуляторов рынков и с их помощью удается получать согласованные решения упомянутой выше системы уравнений и неравенств.

2. Упрощенный взгляд на экономику включает минимальный состав системы рынков, состоящей из трёх рынков: занятости, товаров и услуг (капиталов), денег. На каждом из этих рынков действует свой регулятор. На рынке занятости – это номинальная заработная плата, на рынке капиталов – это норма процента, на рынке денег – это уровень цен. Выдающийся экономист и математик ХХ века Джон Мейнард Кейнс так и назвал свой фундаментальный труд “Общая теория занятости, процента и денег” [1], изданный в 1936 году. В своем исследовании он сделал главный вывод для человечества – равновесие рынков не обеспечивается никаким естественным механизмом. Это фундаментальное и самое выдающееся открытие ХХ века в области экономики, оно справедливо и на будущие века.

3. Если бы уместна была иерархия регуляторов по степени влияния на экономическую жизнь общества, то регулятор рынка капиталов – норма процента – являлся бы первичным, уровень цен – вторичным, а замыкал бы систему рынков самый непослушный и “социально-классовый” регулятор – номинальная заработная плата.

4. В повседневной практике инженера (и инженера-ядерщика, в особенности), занимающегося созданием новых процессов и установок, важно иметь представление о регуляторе рынка капиталов – норме процента. Величина нормы процента входит в экономический критерий принятия решений по созданию новых установок (например, ядерных энергетических установок – ЯЭУ) [2,3]. В инженерной практике она называется нормой дисконтирования. Ее конкретное значение может приниматься равной эффективной процентной ставке.

5. Расчеты показывают, что при значениях эффективной процентной ставки 5 и 10 %/год выгодно вводить в эксплуатацию ЯЭУ, так что ЯЭ на свободном рынке ввода и эксплуатации энергетических установок (ЭУ) не только рентабельна, но и конкурентоспособна, и вытесняет традиционные ЭУ на угле и природном газе.

6. Рентабельность и конкурентность ЯЭУ при эффективных ставках выше 10 %/год снижается. А при ставках выше 15 %/год ЯЭУ уступают в экономичности своим традиционным конкурентам – ЭУ на угле и природном газе.

7. В Советском Союзе эффективная процентная ставка (коэффициент эффективности капиталовложений) устанавливался законодательно как один из регуляторов народного хозяйства страны и уточнялся во времени. В 1980-е годы он был равен 12 %/год. Это означало, что законодательно запрещалось строить и вводить в эксплуатацию хозяйственные объекты (например, электростанции), которые в состоянии были давать ежегодную прибыль менее нормативной, т.е. менее 12 %/год. Приоритет отдавался хозяйственным мероприятиям с ежегодной прибылью выше установленной нормативной.

8. В то же время в СССР коэффициент приведения во времени разновременных затрат и экономических факторов устанавливался также законодательно. В 1970-х – 1980-х годах он был равен 8 %/год.

9. С конца 1950-х годов в СССР энергетики (имеющие по образованию хорошую физико-математическую и политехническую подготовку), вынужденные заниматься профессионально экономикой в силу необходимости внедрять капиталоемкие объекты энергетики в народное хозяйство, убеждали и доказывали руководящим хозяйственным органам страны, что коэффициент эффективности капиталовложений и коэффициент приведения затрат во времени – это одна и та же величина, единый регулятор экономики страны. Страна несет материальные потери оттого, что инженеры в своей каждодневной практике вынуждены применять эти коэффициенты разновеликими при создании и эксплуатации новой техники и усовершенствовании старой техники.

10. В Министерстве среднего машиностроения (Минсредмаш) СССР, ответственном за ядерную тематику, дело доходило до того, что разные НИИ Минсредмаша СССР в отношении одного и того же типа ЯЭУ получали разные результаты: одни доказывали ее рентабельность, другие, наоборот, получали экономическую эффективность, подтверждающую ее нерентабельность.

11. В Минсредмаше СССР позицию энергетиков отстаивал Ясен Владимирович Шевелёв (ИАЭ им.И.В.Курчатова). В начале 1980-х годов Я.В.Шевелёв написал докладную записку министру среднего машиностроения СССР Е.П.Славскому о необходимости хотя бы внутри министерства инженерам, создающим новую технику, применять одинаковые значения коэффициента эффективности капиталовложений и коэффициента приведения затрат во времени. Я.В.Шевелёв обосновал этот коэффициент равным 10 %/год. (В то время в США этот коэффициент был равен 10 %/год. Теория нормы дисконтирования, написанная Я.В.Шевелёвым, показала, что если наша страна – СССР стремится догнать США по производительности труда, то норма дисконтирования у нас должна быть не более по величине, чем в США.) Е.П.Славского убедила докладная записка Я.В.Шевелёва и он издал приказ по министерству, в соответствии с которым все исследования в энергетике по новой технике впредь следовало вести с одинаковыми коэффициентом эффективности капиталовложений и коэффициентом приведения затрат во времени, равными 10 %/год.

12. В 1980-е годы разными НИИ Минсредмаша были выполнены расчеты, доказывающие выгодность создания ЯЭУ, включая ЯЭУ с быстрыми реакторами. Однако расчеты эти выполнялись с эффективными процентными ставками не более 10 %/год. Такую величину процентных ставок гарантировала общественная собственность на средства производства, существовавшая в СССР. Заметим попутно, что в СССР был социалистический способ производства, который предполагал “власть народа, общественную собственность на средства производства и оплату по труду”.

13. С упразднением СССР была законодательно отменена общественная собственность на средства производства. Средства производства передавались в частные руки. Жизнь подорожала. Мгновенно с этим подскочили эффективные процентные ставки. То, что еще вчера в СССР было рентабельным (например, ЯЭУ, гидроэлектростанции, ТЭС) в условиях общественной собственности, обеспечивавшей низкие процентные ставки, сегодня, при дележе общественной собственности и передаче ее в частные руки, мгновенно стало нерентабельным. Ведь в соответствии с экономическими законами меньший капитал (в нашем случае, как следствие дележа общественной собственности на средства производства) порождает высокие процентные ставки для своего “самоокупаемого” существования.

14. Сегодня (2011 – 2013 г.г.) Центральный банк России держит учетную ставку вблизи значения 8 %/год. По этой цене у него “берут напрокат” деньги коммерческие банки. Законодательство России разрешает списывать на себестоимость, не облагаемую налогом на прибыль, маржу коммерческих банков и других финансовых институтов в размере до 3 %/год. Следовательно, коммерческим банкам выгодно давать кредиты по ставкам от чуть более 8 %/год до 11 %/год. Тем не менее, мы наблюдаем сегодня, что коммерческие банки держат свои процентные ставки по кредитам для большинства сделок на уровне 15 %/год и выше.

15. При таких высоких эффективных процентных ставках ЯЭ нерентабельна. И, если бы в России рынок был свободным, а не приказным, то ЯЭУ повсеместно уступили бы место ЭУ на угле и природном газе.

16. Мировая экономическая динамика показывает, что с ростом населения объемы потребления всех первичных энергетических ресурсов растут в мире со временем. Вследствие этого они дорожают. Поэтому растут эффективные процентные ставки. С ростом эффективных процентных ставок ЯЭ переходит из рентабельной и конкурентной в разряд замыкающей с предельно низкой рентабельностью, а в дальнейшем, – с перспективой покинуть энергетический рынок.

17. Этот ликбез инженеры-ядерщики должны знать и “держать в уме”.
Выход для ядерщиков не нов: не довольствоваться сегодняшними ЯЭУ (зная истину: ЯЭУ, в случае свободного рынка, неконкурентны!), нужны разработки новых ЯЭУ с “большим запасом экономической прочности” и конкурентоспособности в сравнении с ЭУ на угле и природном газе. Если удастся создать такие ЯЭУ, то их не нужно будет лоббировать, они сами вытеснят конкурентов и займут устойчиво свое место на свободном рынке производства энергии.

1. Сегодняшний уровень ЯЭ

Рассмотрим ситуацию развития ЯЭ сегодняшнего дня и с позиции сегодняшнего дня. Какое место занимает ЯЭ в энергопроизводстве “без всяких натяжек”?

1.1. ЯЭ с ЯЭУ на тепловых реакторах неконкурентоспособна и не имеет будущего.

В Советском Союзе инженеров-ядерщиков воспитывали так, что будущее энергетики представлялось в основном как развитие ЯЭ, а существование ЯЭ прогнозировалось на века. Ниже под будущим будем понимать интервал времени после 2050 года (каждому ясно, что до середины XXI века в ЯЭ России будут в основном ЯЭУ с ВВЭР-ами).

Системные оптимизационные расчеты развития энергетики России, выполненные автором в порядке творческой инициативы [4], показывают, что ЯЭУ с реакторами ВВЭР в открытом ЯТЦ могут присутствовать в лучших для этих ЯЭУ вариантах оптимального плана развития до 2060 − 2070 года.

● Для ЯЭ с ЯЭУ на тепловых нейтронах [5] нужен дешевый изотоп U-235, которого мало (менее 1 % всего урана).

● Не спасает ситуацию и запасы урана в мировом океане.
При цене добычи 300 USD/кг U₃O₈ и более запасы закиси-окиси достаточны для развития ЯЭ на тепловых реакторах в течение сотен лет (здесь USD − доллары США).

Но! Нераспространение ядерных материалов и технологий требует “открытого ядерного топливного цикла” и захоронения облученного ядерного топлива (ОЯТ).

Куда девать (захоранивать) долгоживущие трансурановые актиноиды и продукты деления?

● Захоронение и хранение в специальных хранилищах.

США на практике показали тупиковость этого направления. Хранилище ОЯТ в США (Юкка-Маунтин) по хорошо проработанному проекту со сроком хранения ОЯТ не менее 10 000 лет на 70 000 тонн тяжелого металла исследовалось и строилось более 30 лет, потрачено 15 млрд.USD при сметной стоимости (по разным источникам) от 50 до 90 млрд.USD. В 2009 году этот проект был закрыт, правда, в настоящее время предпринимаются усилия по возобновлению этого проекта.

Действительно, если идти по пути развития ЯЭ на тепловых реакторах в связке с открытым ЯТЦ, то таких хранилищ к середине нашего века потребуется много. Например, при топливной загрузке реактора ВВЭР-1000 около 70 тонн и кампании топлива 3 года, а также суммарной мощности мировой ЯЭ к 2050 году около 1000 ГВт(эл), такое хранилище будет заполнено через 3 года. Значит, каждые 3 года (максимум 5 лет) придется вводить в эксплуатацию одно такое хранилище. Очень скоро на Земле в каждом населенном пункте будет такое хранилище. Это дорогой и бесперспективный путь.

● Можно захоранивать ОЯТ на дне океана. Это предложение американцев.

Сверлить дно океана, куда прятать ОЯТ и высокоактивные ядерные отходы. Просверленный канал пломбировать не менее шестиметровой пломбой от дна в сторону центра Земли. Это также недешевый способ захоранивания ОЯТ.

● Можно идти по пути развития ЯЭ на тепловых реакторах в связке с замкнутым ЯТЦ.

Однако эффективность использования топлива в тепловых реакторах ниже, чем в быстрых реакторах. И, если уж разрабатывать замкнутый ЯТЦ, то для ЯЭУ с быстрыми реакторами.

Кроме того, требования увеличения безопасности тепловой ЯЭУ выполняются за счет наращивания инженерных систем, что удорожает ЯЭУ и снижает ее надежность.

Логичнее тогда развивать ЯЭ на быстрых реакторах с замкнутым ЯТЦ.

1.2. ЯЭ с сегодняшними проектами ЯЭУ на быстрых реакторах неконкурентоспособна и не имеет будущего.

Если ЯЭ на тепловых реакторах не имеет будущего, то, быть может, следует развивать ЯЭ на быстрых реакторах (БР) с коэффициентом воспроизводства (КВ) топлива ≥ 1. Такие БР нарабатывают делящиеся изотопы в достатке для своей работы и подпитываются сырьевым изотопом U-238 (c запасами на сотни лет). Для эффективной работы БР нужен замкнутый ЯТЦ для производства искусственного топлива для БР и сжигания долгоживущих трансурановых актиноидов. Продукты деления захоранивать.

В каком состоянии находятся концепции БР?

● Концепция БН. Наиболее проработанной и доказавшей работоспособность является концепция БР с жидким натриевым теплоносителем [6]. Работает БН-600, заканчивается строительство БН-800, проектируется и начинается строительство БН-1200.

Недостатки: трехконтурная ЯЭУ. Это очень дорого. Кроме того, в ЯЭУ БН-1200 первый контур в одном модуле – в случае серьезной аварии реактора теряется весь контур одновременно.

На пути использования трехконтурной схемы можно отрабатывать (оптимизировать) реакторную установку (РУ) в режиме исследовательской (опытной) ЯЭУ, что следует делать в любом случае, но конкурентоспособности на рынке энергопроизводства трехконтурной схеме ЯЭУ не снискать.

Подбор работоспособного топлива, материалов оболочки и отдельных конструкций первого контура, способных стоять под облучением в течение кампаний топлива 50 000 часов и более, продолжается, и, к сожалению, пока не увенчался успехом.

Нужно опробовать двухконтурную схему с газовой турбиной. Очевидно, что отказ от третьего контура с пароводяной турбиной избавит натрий от контакта с водой (повысит безопасность) и удешевит энергоблок на целый контур. На этом пути возможны сложности, связанные с созданием непростого теплообменника “натрий - газ”, подбор газа, не приводящего к сильному изменению свойств материалов газового контура в течение 50 – 100 лет. Системные оценки показывают, что если будет создана двухконтурная ЯЭУ с БН, то она вытеснит трехконтурную схему ЯЭУ с рынка производства энергии.

Как видно, проблем много, однако, признать сегодняшние проработки этого направления серийными, видимо, преждевременно.

● Концепция СВБР-100 (теплоноситель: свинцово-висмутовая жидкая эвтектика) [7].

Проблемы − в создании защитной окисной пленки для материалов первого контура от контакта со свинцом; окислении свинца, в связи с чем “забивается” проходное сечение активной зоны окислами свинца, приводящее к ухудшению теплообмена в активной зоне; эрозии материалов в свинцово-висмутовом теплоносителе (из-за свинца); необходимость в оборудовании разогрева большого объема эвтектики до температуры плавления ~ 125 °С.

СВБР-100 пока не показал достаточный ресурс надежной работы.

Достоинство – модульность. Возможный набор большей мощности сложением единичных модулей-энергоблоков.

● Концепция БРЕСТ-300 (БРЕСТ-1200, теплоноситель: жидкий свинец) [8].

Достоинство – безопасность, высокая температура кипения свинца ~ 1717 °С.

Проблемы – в свинце; в создании защитной окисной пленки для материалов первого контура от контакта со свинцом; большой объем циркулирующего свинца может порождать температурную и гидравлическую неравномерность, и из-за разных коэффициентов термического расширения материалов первого контура и защитной окисной пленки последняя будет неустойчива и срываться, обнажая место прямого контакта материала первого контура (стали) со свинцом, − все это приводит к коррозии стали; эрозии материалов в свинцовом теплоносителе (свинец способен “протирать” контур до дыр); пока нет сталей, способных нести параметры этого реактора и выдерживать облучение в течение кампании топлива в 5 - 6 лет (плакированные ванадием и титаном ферритно-мартенситные стали находятся в стадии испытаний); необходимость в оборудовании разогрева большого объема свинца до температуры плавления ~ 327 °С.

Эта концепция находится на этапе исследований и отбора работоспособных решений.

● Концепция ВТГР (высокотемпературный газовый реактор. Теплоноситель: газообразный гелий) [5].

Такие ЯЭУ уже были построены и опробованы в конце 1960-х и в течение 1970-х годов в США и ФРГ. Выявили очень дорогой ЯТЦ. Это ЯЭУ для промышленных технологических целей. Возможен тепловой и быстрый реактор. Концепция находится на этапе исследований. Уровень развития (и созревания) промышленности (и технологий) в России пока недостаточен, чтобы сосредоточиться на применении этой концепции. Это для будущего.

● Концепция ЖСР (жидкосолевой реактор. Топливо-теплоноситель: жидкая соль, в которой растворены актиноиды) [5, 9].

Достоинство: сильный сжигатель актиноидов. Концепция предусматривает одновременно с сжиганием актиноидов выработку электроэнергии.

Проблемы: много нерешённых инженерных проблем, включая выпадение топливной соли в осадок в циркуляционном контуре, коррозия, эрозия.

Находится на этапе исследований. Есть серьезные успехи по растворимости актиноидов в матричной соли (например, FLINAK) [9].

● Концепция ВККБР (водяной кипящий корпусной БР) [10].

Достоинство: проектируется на основе оборудования реактора BWR. Нет сверхкритических параметров теплоносителя. Опробованное оборудование, энергоблок состоит всего из одного контура (нет парогенератора и циркуляционных насосов). Активная зона удлиненная (не плоская) с ториевыми торцевыми вставками, боковой бланкет, тесная решетка. ВККБР обеспечивает КВ чуть более 1.0. В ВККБР возможна 100-процентная естественная циркуляция пароводяного теплоносителя. Это увеличивает безопасность энергоустановки.

Проблемы: возможна потеря теплоносителя. Однако этим страдают большинство РУ.

Нерешенные проблемы ториевого ЯТЦ. Очистка от U-232. Трудно отделить высокоактивный U-232 от U-233. Высокая активность топлива.

Это далеко не все концепции, над которыми трудятся реакторщики, но и из перечисленных концепций ясно, что существующие РУ с БР и проектируемые либо дорогостоящие, либо не показали еще свою устойчивую работоспособность. Это говорит пока не в пользу развития ЯЭ на существующих проектах БР.

2. Оптимальная структура энергетики

Конкурентоспособна ли ЯЭ, состоящая из сегодняшних и перспективных ЯЭУ, в сравнении с ЭУ на угле и природном газе?

Проиллюстрируем сказанное выдержками из расчетов энергетических систем, выполненных автором с помощью оптимизационного комплекса TOBAS [3,11…14]. (Этот комплекс создавался автором и его учителем Я.В.Шевелёвым с 1977 года и в настоящее время представляет собой серьёзный инструмент принятия решений в многоиерархических задачах оптимизации большой размерности.)

Исходные данные для расчетов составляют часть базы данных компьютерного оптимизационного комплекса (кода) TOBAS.

2.1. Мировая энергетика. Свободный рынок производства энергии

Конкурируют энерготехнологии на основе ядерной энергии, угля и природного газа. Заметим, что свободного рынка нет нигде, он не существует. Здесь под свободным рынком энергии мы понимаем рынок, который, кроме всех атрибутов рынка, имеет только еще одну степень свободы – жесткую конкуренцию энерготехнологий с применением ядерной энергии, угля, природного газа.

В качестве исходных данных были взяты данные для энергетики мира из источников [15 … 17] − Междисциплинарного исследования Массачусетского технологического института (MIT), посвященных будущему ядерной энергетики. Ниже для ориентации приведем некоторые из этих данных для мировой энергетики.

Таблица 1. Спрос на энергию, производимую мировой энергетикой, ТВт×ч

Таблица 2. Спрос на энергию, производимую мировым рынком ЯЭ, ТВт×ч

Условия, данные в отчетах Массачусетского технологического института, были расширены в части ЯЭ. Она включала ЯЭУ с урановыми реакторами VVER-1000(U), уран-плутониевыми реакторами VVER-1000(Pu), быстрыми реакторами BN-800 с КВ ~ 1.0, BN-1600 с КВ > 1.0, BREST-1200 с КВ ~ 1.0 .

Традиционная энергетика (тепловые электростанции − ТЭС) была представлена двумя ЭУ (каждая со своей энерготехнологией) для угольной энергетики и двумя ЭУ для энергетики на природном газе.

Энергетика на угольном топливе включала ЭУ с условным названием “COAL-01” с удельным расходом топлива 335 г у.т./(кВт·ч) и ЭУ “COAL-02” с удельным расходом топлива 300 г у.т. /(кВт·ч).

Энергетика на природном газе включала ЭУ с условным названием “GAS-01” с удельным расходом топлива 260 г у.т. /(кВт·ч) и ЭУ “GAS-02” с удельным расходом топлива 230 г у.т. /(кВт·ч).

В расчетах принимались отношения удельных на единицу установленной мощности капиталовложений (без процентов): Куд (ЯЭУ)/Куд (GAS) = 4.0; Куд (ЯЭУ)/Куд (COAL) = 1.54.

Сегодня капиталовложения в ЯЭУ с быстрым реактором в 1.2 - 1.5 раз выше, чем капиталовложения в ЯЭУ с тепловым реактором. С целью узнать, имеют ли перспективу ЯЭУ с быстрыми реакторами, если их оптимизировать (и снизить удельные капиталовложения), в расчетах принимались одинаковыми удельные капиталовложения для ЯЭУ с быстрыми и тепловыми реакторами.

Вредные выбросы химических соединений разными энерготехнологиями учитывались согласно табл. 3.

Таблица 3. Атмосферные выбросы от различных топливных циклов, включая стадию производства электроэнергии, г/(кВт×ч)

(Напомним, что база данных характеристик модели оптимизации энергосистемы [3,11…14], на основании которой делались расчеты составляет многие тысячи временных функций. Упоминание некоторых из них здесь дано лишь для ориентировки и опознания расчетного ситуационного варианта.)

Как видно из рис.1, на свободном рынке производства энергии ЯЭ начинает и заканчивает (в окрестности 2060 года) свою жизнь с ЯЭУ типа ВВЭР-1000 (VVER-1000). Быстрые энергетические реакторы при сегодняшних эффективных процентных ставках на свободном рынке вообще не вводятся. Вся энергетика мира держится на ЭУ на угле и природном газе. При этих исходных данных [15 … 17] даже “природный газ” уступил “углю”. Процентные ставки приведены в подписи к этому рисунку. За нулевой принят 2000 год.

Еще раз подчеркнем, что это оптимальный план для мировой энергетики в случае свободного рынка. Значит, мировой рынок с большой вероятностью при тех же или близких условиях, которые были заложены в расчеты, будет вести себя именно так.

(Ядерщикам, посвятившим свою жизнь созданию других типов реакторов, не представленных в расчетах, не следует обижаться. Задача состояла не в детализации структуры энергетики (она возможна при желании), а в показе интегрального эффекта, на который хотелось бы обратить внимание специалистов-ядерщиков.)

Рис. 1. Оптимальный план ввода и эксплуатации энергетических мощностей (ТВт=TW): a) Верхний Уровень (ВУ) мирового спроса на энергию; b) банковский процент по всем видам займов 8%/год, а доходность акционеров 15%/год (для АЭС), 12%/год (для ТЭС); c) Kуд ЯЭУ = одинаковые для все типов ЯЭУ; d) коэф.удержания альфа-излучающих актиноидов = 10 **(−08); e) ввод VVER-1000U разрешён везде, остальных ЯЭУ − после t >30 года ; эффективная процентная ставка ρ_eff на интервале 0 – 10 лет для ЯЭУ равна 11.5%/год, традиционных ЭУ – 9.6%/год, на интервале 10 – 40 лет соответственно 15 %/год и 12 %/год.

2.2. Энергетика России. Рынок производства энергии

Приведем некоторые исходные данные, которые использовались в расчетах для энергетики России по модели оптимизации энергосистемы [11…13]. Это в основном исходные данные Массачусетского технологического института. К ним добавлены отчасти данные по российским технологиям [11, 18, 19]. Разумеется, здесь приведены только некоторые данные для подобных системных расчетов с целью сориентировать читателя. Полная база данных для таких расчетов очень велика и включает, как уже говорилось, тысячи файлов с исходными данными.

На рис.2 приведены подробные графики для нижнего (НУ) и верхнего (ВУ) уровней спроса развития энергетики России для всего интервала оптимального планирования (150 лет). Для этих графиков выполнялись оптимизационные расчеты.

Рис. 2. Спрос на энерговыработку для России: ВУ – суммарный верхний уровень спроса; НУ – суммарный нижний уровень спроса; ВУ-ЯЭ – верхний уровень спроса для ЯЭ; НУ - ЯЭ – нижний уровень спроса для ЯЭ

В покрытии спроса на энергию в энергосистеме России участвовали ЯЭУ и ЭУ на угле и природном газе. Среди них: РБМК-З-1000 (U) - уран-плутониевый канальный реактор для работы в замкнутом ЯТЦ; ВВЭР-О-1000 (U) - урановый водо-водяной энергетический реактор для работы в открытом ЯТЦ; ВВЭР-З-1000 (U) - уран-плутониевый водо-водяной энергетический реактор для работы в замкнутом ЯТЦ; БН-800(Pu) - уран-плутониевый быстрый натриевый реактор для работы в замкнутом ЯТЦ. ЭУ на угольном топливе: “ЭУ-У1” (удельный расход топлива 335 г у.т./(кВт·ч)); “ЭУ-У2” ( удельный расход топлива 300 г у.т. /(кВт·ч)). ЭУ на природном газе: “ЭУ-Г1 ” (удельный расход топлива 260 г у.т. /(кВт·ч)); “ЭУ-Г2 ” (удельный расход топлива 230 г у.т. /(кВт·ч)).

Стоимостные характеристики энерготехнологий, а также вредные выбросы химических соединений разными энерготехнологиями совпадают с принятыми в п.2.1.

Ниже в табл. 4 и 5 дано сравнение экономической эффективности ЯЭУ с ЭУ на угле и ЭУ на природном газе по критерию удельных расчетных затрат на электроэнергию [3, 11]в оптимальном плане развития энергосистемы России в центах долларов США за киловаттчас (cUSD/(кВт·ч)).

Видно, что ЯЭУ конкурентоспособны при эффективных процентных ставках до 10 %/год. Но уже при ставках от 10 до 15 %/год они уступают ЭУ на природном газе. При этом остаются конкурентоспособными в отношении ЭУ на угольном топливе.

В оптимальном плане быстрых реакторов нет (не вошли). Чтобы увидеть их влияние, рассчитывались локально-оптимальные планы с их участием, ближайшие к оптимальным планам.

Сравнение приведено для случая, когда энергетика, к сожалению, не штрафуется за вредные выбросы в окружающую среду. Практически, на сегодняшний день так оно и есть. Однако, последние расчеты автора по более сложной, чем [11], (пока неопубликованной) усовершенствованной модели энергосистемы с учетом вредных выбросов в окружающую среду качественно дают те же выводы.

Таблица 4. Удельные расчетные затраты без учета вредных выбросов в окружающую среду для энергосистемы и ее подсистем в оптимальных и локально-оптимальных планах на всем расчетном интервале (-∞, 150 лет) для значений эффективной процентной ставки ρ_eff : 0; 5; 10; 15 %/год, cUSD/(кВт·ч)

Таблица 5. Удельные расчетные затраты без учета вредных выбросов в окружающую среду для энергосистемы и ее подсистем в оптимальных и локально-оптимальных планах на всем расчетном интервале (-∞, 150 лет) для значений эффективной процентной ставки ρ_eff : 0; 5; 10; 15 %/год, cUSD/(кВт·ч)

2.3. Энергетика России. Сжигание минорных актиноидов в замкнутом ЯТЦ

Рассмотрим еще одну показательную для ядерщиков стратегию энергетики России. Ее состав – ЯЭУ, ЭУ на угле и ЭУ на природном газе. Спрос на энергию – согласно исходным данным Массачусетского технологического института (см.п.2.2, рис.2).

ЯЭ состоит из ВВЭР-1000 на уране (открытый ЯТЦ), ВВЭР-1000 на уране и плутонии (замкнутый ЯТЦ), ВВЭР-1000 на плутонии (замкнутый ЯТЦ), быстрых реакторов (на примере реакторов БРЕСТ-1200) и жидкосолевых (ЖСР) реакторов. Быстрые и жидкосолевые реакторы рассматриваются в двух вариантах. В первом – оба типа реакторов вырабатывают электроэнергию и сжигают минорные актиноиды (МА). Во втором – БРЕСТы вырабатывают электроэнергию и сжигают МА, а жидкосолевые реакторы только сжигают МА.

Угольная энергетика включает энергоустановки ЭУ-У1 и ЭУ-У2.

Газовая энергетика включает энергоустановки ЭУ-Г1 и ЭУ-Г2.

Ниже в табл. 6 показано сравнение ЯЭУ с ЭУ на угле и природном газе для условий замкнутого ЯТЦ, когда для сжигания МА, уже накопленных и накапливаемых в процессе работы ЯЭУ, используются быстрые реакторы и жидкосолевые реакторы.

Как видно из таблицы, при эффективных процентных ставках выше 15 %/год жидкосолевые реакторы и быстрые реакторы на примере реакторов БРЕСТ-1200 (в виде опубликованных современных концепций, которые были взяты для расчетов из [8, 9]) не выгодно использовать для выработки электроэнергии и сжигания МА. Их вообще не выгодно использовать в энергетике при таких эффективных процентных ставках. Выгодными становятся ЭУ на угле и природном газе.

Таблица 6. Удельные расчетные затраты традиционных ЭУ и системы ЯЭУ типов БРЕСТ и ЖСР для локально-оптимальных планов энергосистемы России (при фиксированных значениях эффективной процентной ставки ρ_eff ) на всем расчетном интервале (–∞, 150 лет), cUSD/(кВт·ч), для вариантов без учета вредных выбросов в окружающую среду и с учетом вредных выбросов. Одноцелевое использование ЖСР только для сжигания МА

2.4. Особенности экономического анализа ядерного топливно-энергетического комплекса (ЯТЭК)

Существование любой страны предполагает прогнозирование ее развития. Любой вариант прогноза (представления об изменении во времени) экономической жизни страны включает предполагаемый список объектов (хозяйственных мероприятий) и моменты их “ввода в эксплуатацию”. Если качество варианта прогноза определять значением некоторой величины (целевой функции, функционала), то сравнение вариантов предполагает знание критерия оптимизации (максимизации или минимизации) функционала. Сам функционал, описывающий прогноз ввода в эксплуатацию объектов в разные моменты времени, должен учитывать ценность самого времени для развития. Другими словами, функционал должен с помощью функции ценности времени, обеспечивать не только соизмерение разновременных факторов, но и их приведение к одному моменту времени (например, моменту начала интервала прогнозирования). Это дает сопоставимость сравниваемых значений функционала разных вариантов прогноза. Функция ценности времени обычно включает переменную во времени норму, называемую нормой r = r(t) дисконтирования; саму же функцию ценности времени принято называть функцией дисконтирования. Норма дисконтирования является одним из важнейших регуляторов экономических и социальных процессов в обществе. В развитых странах существует механизм отслеживания этой величины, например, с помощью переучетной ставки рефинансирования центрального банка. Чем больше значение r, тем большая доля богатства общества проедается и тем меньшая тратится на развитие (или будущее потребление). Если народное хозяйство располагает небольшим капиталом, то запуск механизма управления экономикой, направленного на поддержание низкого значения нормы дисконтирования, и сбалансированное экономическое развитие обеспечат высокий уровень жизни членов общества в будущем [3, 11]. В расчетах часто значения нормы дисконтирования приравнивают к значениям эффективной процентной ставки ρ_eff.

Энергосистема – это, как правило, большой народнохозяйственный комплекс, включающий в себя как экономически мелкие (некрупные) предприятия, так и экономически крупные предприятия. Последние являются предприятиями инфраструктуры и обслуживают много (обычно, десятки и сотни) мелких предприятий. Например, крупными предприятиями являются цементные и нефтеперерабатывающие комбинаты, комбинаты обогащения угля, машиностроительные и приборостроительные комбинаты.

В ЯТЦ к крупным предприятиям относятся многие, и среди них – комбинаты изотопного обогащения урана, фабрикации ядерного топлива, радиохимической переработки, ядерного машиностроения [3].

Деятельность таких предприятий и хозяйственный расчет при оптимальном развитии общества основаны на принципах неокупаемости. Другими словами, цена их продукции в оптимальном плане ниже цены окупаемости. Окупаемость таких предприятий привела бы к удорожанию их инфраструктурной продукции, снижению спроса на нее, и, как следствие, снижению дохода и прибыли общества. Именно это можно было видеть в 1990-х годах, когда развал общественной и производственной системы СССР поставил эти предприятия в условия самостоятельного выживания, но, будучи по природе неокупаемыми, многие из них не выжили.

В энергосистеме к мелким предприятиям относятся ЭУ, вырабатывающие электроэнергию, например АЭС, ТЭС. Однако ЭУ, вырабатывающие тепло разных потенциалов, например, атомные станции теплоснабжения (АСТ, к сожалению, до сих пор не построенные), несмотря на то, что имеют мощность на порядок меньшую, чем АЭС, вырабатывающие электроэнергию, являются крупными предприятиями, обеспечивающими своей продукцией много мелких и крупных потребителей района. В оптимальном плане их поведение и хозяйственный расчет требует неокупаемости.

Для корректности, следует отметить, что мелкими предприятиями являются и многие добычные предприятия (шахты, рудники), но их поведение в оптимальном плане приносит сверхприбыль – цена их продукции выше цены окупаемости на величину динамической ренты (динамическая рента проявляется при рассмотрении не статической, а динамической картины развития, и является ценой недобытого сырья в замыкающем добычу в текущий момент времени t месторождении).

Именно такое поведение предприятий системы ЯТЭК не зависимо от способа производства, господствующего в обществе (общественная или частная собственность на средства производства), дает максимально возможную прибыль системе, которую не получить ни при какой другой организации производственного процесса системы. Эта прибыль нарабатывается у потребителей продукции ЯТЭК, и при других режимах работы предприятий ЯТЭК она будет меньше, поскольку уменьшится спрос на продукцию ЯТЭК.

Это небольшое разъяснение дается для полноты картины хозяйственных отношений в оптимально спроектированной энергосистеме. Детальное рассмотрение оптимального поведения и хозяйственного расчета всех предприятий энергосистемы в зависимости от смыслового вида функционала и концентрации собственности дано в работе [3].

Замечание. Сверхокупаемость добычных предприятий (нефти, газа, урана и других) объясняется присутствием в цене продукции этих предприятий ”динамической ренты”, которая может превосходить дифференциальную ренту в разы. У Карла Маркса и других экономистов 19-го и 20-го веков динамической ренты нет, есть только анализ дифференциальной ренты (разность между рыночной ценой продукта и его удельной на единицу продукта стоимостью). Динамическая рента не проявляла себя до середины 20-го века. Впервые в мире динамическую ренту для урана открыл и описал в 1971 году выдающийся советский (а теперь и российский) физик-реакторщик Виктор Владимирович Орлов [20]. Категория это фундаментальная, всегда была и будет в цене всех продуктов, если они рассчитаны правильно, т.е. на основе оптимального плана развития. Раньше ее не замечали, и потому либо не учитывали, либо она заставляла учитывать себя спонтанно и невидимо. Впервые на практике на нее обратили внимание в 1973 году, когда разразился мировой нефтяной (энергетический) кризис. Мировые цены на нефть подскочили с 3 до 12 USD/баррель, ровно на величину динамической ренты (она незримо заставила себя учитывать). В этом скачке отразилась забота нефтедобытчиков, прежде всего, стран ОПЕК, об ограниченности этого ресурса в их странах (и на Земле). Впоследствии теорию динамической ренты развил Ясен Владимирович Шевелёв [3] и применил ее в системном анализе энергетики и ЯТЭК.

Рассмотренные выше примеры (пп.2.1, 2.2, 2.3) не говорят о том, что при эффективных процентных ставках проектов в экономике выше 10 %/год ЯЭ вообще неконкурентоспособна. Они говорят лишь о том, что современные проекты ЯЭУ, на которых строится ЯЭ, неконкурентоспособны, а будущая ЯЭ, использующая эти проекты, бесперспективна. Как минимум, нужна системная технико-экономическая оптимизация этих проектов.

(Окончание - здесь)

Связанные ссылки

· Больше про Экономика
· Новость от Proatom

Самая читаемая статья: Экономика:
Создание ядерного щита Отечества

Рейтинг статьи

Средняя оценка работы автора: 3.8
Ответов: 20

опции

Напечатать текущую страницу

"Авторизация" | Создать Акаунт | 42 Комментарии | Поиск в дискуссии

Спасибо за проявленный интерес

Re: Ядерная энергетика, у которой есть будущее, если … (Всего: 0)
от Гость на 23/12/2013

Введение: ликбез по макроэкономике для

Почти правильно. Вопрос в сроке, к которому приведён стоимостный анализ. Да, первоначальные затраты на атомный энергоблок в несколько раз выше, но и стоимость топлива также требует дисконтирования, как и стоимость "железа". И при приведении полных затрат генерации к сроку жизни станции для атомных станций не всё столь печально.

Так что это не столько вопрос процентной ставки, сколько вопрос наличия "длинных" денег в экономике. В экономике, где прибыль каждого квартала вывозится на Кипр, прокручивается там, отстирывается и возвращается под соусом краткосрочных "иностранных инвестиций" любая промышленно-инвестиционная деятельность - планово убыточна. Хоть ядерная энергетика, хоть добыча алмазов.

Буквально перл дня от оффшорной экономики: Росатом провёл аукцион на поставку лицензионной продукции Microsoft, на котором участвовали разной степени наглости "рога-и-копыта", а не сам Microsoft.

Концепция БН ... Нужно опробовать двухконтурную схему с газовой турбиной.

Всё уже сделано. Цифры "итого" получены - клавными конструкторами завизированы. Но кому оно нужно в оффшорной экономике?

Чукотка затеяла технико-экономическое исследование по энергоснабжению перспективного промышленного района. Так мастера "лукавой цифры" путём подчисток в авторских документах проявили "экспертное мнение" и "причесали" полдюжины различных реакторов под одну гребёнку. В итоге "самым выгодным" оказался КЛТ, от которого Чукотка уже третий год всеми руками и ногами отпихивается.

В США разработана технология и идет добыча углеводородов (нефти и газа) из сланцев ... по приемлемой цене.
Штаты ведут добычу в привелегированных условиях - геологоразведка дотируется, цемент и трубы поступают из Китая по демпинговым ценам. Заставьте китайцев соблюдать экологические нормативы при сжигании угля, и сперва сколлапсирует Поднебесная, а затем и "сланец". История с ним протянется ещё от силы лет 5 - до первого большого укрепления юаня.

сланцы ... можно практически везде

Ещё одна уже провалившаяся гипотеза. Американцы пытались ковырять грунт в угленосных районах Польши. Газ получили, вот только поджечь не смогли. Продуктивность экспериментальных скважин Украины пока также ниже плинтуса.