Реакторы на быстрых нейтронах и развитие мировой энергетики

реклама
Реакторы на быстрых нейтронах и
развитие мировой энергетики
Бычков А.В.
Научно-исследовательский институт атомных реакторов, Димитровград
Переслегин С.Б., Переслегина Е.Б., Ютанов Н.Ю.,
Ютанова Е.Ю., Желтов А.В.
Исследовательская группа «Конструирование Будущего», Санкт-Петербург
Уровень мирового потребления
электроэнергии возрастает
Уровень мирового
потребления электроэнергии
растет экспоненциально.
За 25-30 лет он увеличился
почти вдвое
Признаки глобального энергетического
кризиса
• Международное опоздание с вводом в эксплуатацию
генерирующих мощностей
• Неадекватное географическое положение существующих
генерирующих мощностей
• Устаревание энергораспределительных сетей и механизмов
перетока
Дефицит электроэнергии
уже в 2010-е годы
Сценарий локальной / региональной нехватки
электроэнергии, часть 1:
Стадия 1: Отказ от энергоемких проектов развития.
Объясняется «борьбой с глобальным потеплением», стратегией
«мудрого отказа», «надлежащего самоограничения», «сохранения
окружающей среды»
Стадия 2: Торможение развития бизнеса
Объясняется «компания по сокращению коммунального
потребления», «нормы потребления», «штрафные тарифы за
сверхнормативное использование электроэнергии»
Причины замедлению экономического роста, сбои в финансовой
системе, проблемы с социальной сферой
Сценарий локальной / региональной нехватки
электроэнергии, часть 2:
Стадия 3: Крах государственной политики
Кризисы энергосистем. Блэкауты. Энергосберегающая политика
не дает результатов.
Попытка государства искусственно стимулировать вывод
экономики из депрессии через войну или глобальный проект.
Пути и методы, затратность и последствия
энергосбережения
Типы и модели генерации энергии
• По физике процесса: тепловая / потоковая /
ядерная
• По структуре потребления: местная / базовая /
расширенная / универсальная
• По типу потребляемых ресурсов: физически
неисчерпаемая / практически неисчерпаемая /
исчерпаемая
Типы и модели генерации энергии, продолжение
Методология оценки генерации энергии
Методология, предназначенная для долгосрочной оценки типов генерации энергии
учитывает следующие факторы:
•
•
•
•
•
•
Основной тип генерации
Первично потребляемые ресурсы – используются напрямую для получения
энергии (напр., сжигание угля)
Вторичные ресурсы – используются не напрямую для генерации энергии (напр.
территория водохранилища для гидроэлектростанции)
Прямые первичные обременения - напр., ядерные отходы
Непрямые вторичные обременения – напр., возрастание заболевания раком
легких на угольных электростанциях
Виртуальные (несуществующие) обременения – напр., парниковые газы
Оценка типов генерации энергии
Сценарные развилки
Основные константы сценария развития глобальной
энергетики
• Нефть сохранит свое значение ключевого ресурса. Абсолютное
потребление нефти будет расти, относительное – снизится.
• Привязка цены газа к цене нефти сохраниться.
• Потребление угля будет расти быстрее, нежели потребление
нефти и газа.
• Потребление низкоуглеродных топлив снизится, хотя этот тип
генерации сохранится в местном секторе энергетики.
• Потоковая энергетика (напр., гидро-, ветро- и приливная
энергетика) будет развиваться, но ее вклад в общий топливный
и энергетический баланс останется небольшим.
Основные константы сценария развития
глобальной энергетики, продолжение
• Развитие тепловой атомной энергетики будет
сдерживаться высокой ценой генерации, в которую
будут включены затраты на утилизацию РАО и ОЯТ.
• Следовательно, атомная энергетика неизбежно
разделится на традиционную (медленные нейтроны)
и инновационную (быстрые нейтроны, ЗЯТЦ).
Сценарии развития глобальной атомной энергетики
«Энергосберегающее будущее»
• Инерционный сценарий, без неожиданных отклонений
• Нет необходимости в проявлениях политической воли
для перемен
• Политика энергосбережения продолжается до кризиса
социальной системы.
• Атомная энергетика развивается экстенсивно.
• Обращение с ОЯТ осуществляется через водное
хранение, объем ОЯТ возрастает.
Сценарии развития глобальной атомной энергетики
«Угольный Ренессанс»
• Традиционный сценарий. Контролируемое отступление цивилизации.
• Расширение «золотого миллиарда» с сокращением его привилегий.
Отказ от пенсионной системы и системы социального страхования.
• Требует политической воли к определенным переменам.
• Нефть и газ остаются топливными ресурсами, вытесняются из
базовой генерации.
• Растет роль потоковой энергетики (ветер + солнце)
• Атомная энергетика растет, радиофобия утрачивает социальную
значимость.
• Развивается «мокрая» и «сухая» переработка ОЯТ.
Сценарии развития глобальной атомной энергетики
«Атомный прорыв»
• Прорывной сценарий.
• Требует сильной политической воли и стратегического подхода
• Современная Технологическая Платформа, как системный
интегратор энергетики: тепловые и быстрые реакторы.
• Замкнутый топливный цикл, «сухая» переработка и жидкосолевые
дожигатели.
• Проблема ОЯТ решена.
Современная Технологическая Платформа
в Ядерной Энергетике
•
•
•
•
Генерирующие мощности
Утилизация ОЯТ
Экспансия ядерной энергетики
Изменения в структуре потребления первичных
ресурсов в ядерной энергетики
Будущие изменения в структуре потребления
энергии
Проблема стратегического выбора
• Сконцентрировать ресурсы на реакторах поколения 3+ или
бросить их на создание нового поколения энергоблоков?
• Современные экономические расчеты занижают
рентабельность «быстрых реакторов» с замкнутым циклом
• Первая же созданная в мире ядерная технологическая
платформа с рециклингом и минимальным обременением
ОЯТ станет стандартом «де факто»
• Это сделает традиционные реакторы устаревшими и
коммерчески не привлекательными.
«Дилемма заключенного» и «Новая атомная гонка»
 Если никто не начинает работать над «быстрыми реакторами» и ЗЯТЦ,
пролонгируется текущая ситуация.
 Если кто-то создает современную технологическую платформу, а
остальные – нет, происходит перераспределение рынка в пользу
инноватора.
 Если в создании новых энергоблоков преуспевают все, атомная
энергетика получает ряд бонусов за счет тепловой, но в самой атомной
энергетике начинается жесткая конкурентная борьба.
Как только «дилемма заключенного» будет осознана, развернется «гонка
дизайнов» энергетической системы нового поколения.
NB: В октябре 2010 года «Новая атомная гонка» началась.
Пространство выбора: тип энергетики
• Традиционная тепловая энергетика.
• Потоковая энергетика, прежде всего –
солнечная, ветровая, гидроэнергетика.
• Ядерная энергетика.
Стратегический выбор: тип генерации
• Ядерная энергетика, основанная на делении
тяжелых ядер.
• Термоядерная энергетика, основанная на
синтезе легких ядер.
• Кварковая энергетика, гипотетическая энергетика
новых физических принципов.
Стратегический выбор:
технологическая платформа
• Традиционная технологическая платформа
Сертифицированные реакторы на медленных нейтронах, «кипящие» или
построенные по технологии «воды под давлением».
• Инновационная технологическая платформа
Реакторы на быстрых нейтронах вытесняющие «медленные» реакторы. Эти
реакторы необходимо проектировать, строить, лицензировать,
сертифицировать.
• Смешанная технологическая платформа:
Реакторы на быстрых нейтронах включены в систему реакторов на
медленных нейтронах в качестве важного, хотя и второстепенного
компонента.
Стратегический выбор: тип реактора
• Быстрые реакторы – размножители
коэффициент размножения 1,2 и выше, топливный цикл замыкается вне
станции
• Быстрые реакторы – замкнутый цикл
коэффициент размножения около 1,0, топливный цикл замыкается внутри
станции
• Быстрые реакторы – дожигатели
коэффициент размножения не имеет значения, оптимизируется процесс
утилизации ОЯТ, топливный цикл замыкается вне станции
• Быстрые реакторы – производители водорода
• «Экономичные реакторы»
Стратегический выбор: теплоноситель
•
•
•
•
•
Металлический натриевый теплоноситель.
Металлический свинцово-висмутовый теплоноситель.
Металлический свинцовый теплоноситель
Газовый теплоноситель: углекислотный или гелиевый
Жидкосолевой теплоноситель: расплавы или растворы
солей.
• Реакторы с водяным теплоносителем со
сверхкритическими параметрами, вихревые установки с
гомогенной рабочей зоной и т.п.
Стратегический выбор:
мощность типового реактора
• Сверхмощные энергетические установки
(электрическая мощность выше 1,5 ГВт)
• Мощные энергетические установки (750 МВт – 1,5
ГВт)
• Установки средней мощности (350 –750 МВт)
• Малые установки (100 – 350 МВт)
• Локальные установки (10 – 100 МВт)
• Сверхмалые энергетические установки (1 – 10 МВт)
• Ядерные источники энергии до 1 МВт
Стратегический выбор: топливный цикл
• Урановый топливный цикл
• Ториевый топливный цикл
• Смешанный топливный цикл (уран – эрбий или уран
– торий – эрбий)
Стратегический выбор: топливо
•
•
•
•
•
Оксид урана
Нитрид урана
Карбид урана
Металлический уран
Урано-плутониевое топливо, в различных версиях (в
т.ч. МОХ-топливо).
Стратегические приоритеты
• Время - единственный критический параметр.
• Современная технологическая платформа =
натриевые реакторы БН + свинцовые реакторы
«Брест» + свинцово-висмутовые реакторы СВБР.
• Возникнет потребность в «перспективной»
технологической платформе, основой которой станут
солевые реакторы.
Стратегический маневр
• Отказ от исследований в области «медленных» реакторов,
• Сосредоточение НИОКРов на задачах современной технологической
платформы (ЗЯТЦ, металлический теплоноситель)
• Сосредоточение НИРов на задачах перспективной технологической
платформы
• Опережающее создание экспериментальной базы, математических
моделей и расчетных кодов.
• Создание современной технологической платформы при
одновременном конструировании перспективной технологической
платформы.
• Перспективная технологическая платформа должна развертываться
с отставанием на 6 –7 лет от современной.
Будущая ядерная экономика
• Ядерная энергетика поможет создать новую экономическую
структуру – эконоценоз
• Экоценоз следует за кластером. Это взаимоувязанная система
логистически оптимизированного безотходного производства.
• Ядерный экоценоз включает в себя:
– Систему деятельностей, непосредственно завязанную на
строительство и эксплуатацию АЭС;
– Кадры, инфраструктуру, производство, транспорт, логистику,
торговлю и т.д., которые предоставляет АЭС
– Городскую, производственную и технологическую среду,
увязывающая эти системы деятельности, территорию, расселение.
Скачать