потребность в работе разделения-2: изложение
здесь, знаешь ли, приходится бежать со всех ног,
чтобы только остаться на том же месте!
Проанонсированный здесь доклад "Перспективы развития атомной энергетики и потребность в работе разделения" д.ф.-м.н. Г.Ю. Григорьева (ИМФ РНЦ "Курчатовский институт") оказался очень содержательным, внятным, интересным. Особенну. ценность семинару придали ответы на вопросы и дискуссия после доклада.
Как водится, презентации доклада мне не доступны (если вдруг кому-то доступно - pls, поделитесь с общественностью!). Желающие могут довольствоваться моим многословным изложением.
Как и полагается, мое изложение не следует порядку изложения докладчика, но есть некоторое описание впечатлений, полученных в ходе всего семинара и последующего изучения доступных в сети материалов.
Смысл всего доклада, а точнее работы, выполненной, как я понял, в ИМФ РНЦ КИ - проанализировать состояние и перспективы разделительного пр-ва в России и мире, определить будущие потребности в разделительной работе и тем самым надежно обосновать необходимость новых исследовательских работ, а также определить их направление.
Статус - рынок работ разделения
Описание текущего состояния рынка работ разделения для России весьма комплиментарно. Хотя цифры по России закрыты, и имеют некоторую неопределенность, но по разным зарубежным и отечественным оценкам, российские разделительные мощности составляют ок. 20 млн. кгЕРР в год, из них примерно 10-12 млн. экспортируются.
Упомянутые источники: В.Д. Сафутин, Ю.В. Вербин, В.В. Толстой - Status and Prospects for Isotope Separation. Атомная Энергия, v89, N4 2000.
Alexander Glaser - Life in a Nuclear Powered Crowd (The Problem of Uranium Enrichment)
картинка из Maurice Lenders (URENCO Executive Director, Commercial) Uranium Enrichment 2020, World Nuclear Fuel Cycle 2006
C учетом ВОУ-НОУ у России 40%, а то и больше рынка разделительных работ. Вот.
Всего 4 завода в России, лидером по объему производства считается УЭХК, хотя тоже нет точных данных.
Текущий технический уровень определяется сетепенью совершенства центрифуг, которые люди в теме называют машинами. У нас в настоящее время наиболее массовые - 5 и 6 поколения, срок службы которых достигает 20 лет. Происходит их замена на 7 и 8 поколение. Самая новая разработка - центрифуга 9 поколения, надкритическая. 7 и 8 поколение, говорят, вполне неплохи и экономичны, но пока не доказали ту же надежность, что и 5-6 поколение (просто не успели еще).
Известной особенностью наших центрифуг является малая длина, при этом ротор сплошной, а увеличение эффективной длины достигается агрегатной компановкой центрифуг. Говорят, что на УЭХК агрегаты располагаются в сборках в 4 этажа, а на СХК - в 7 этажей, что, правда ничего не значит) Производительность 1 российской центрифуги ~ 10 кгЕРР в год.
Про историю создания, особенности конструкции и все такое - надо читать интервью А. Калитеевского nuclear.ru "У нас есть традиция - квалифицированно заниматься своим делом".
а также История газовых центрифуг и вообще все на сайте ОАО Инжиниринговый центр "Русская газовая центрифуга"
Короче говоря, текущее состояние нашей обогатительной отрасли солидное. Можно обсуждать, насколько мы готовы к развитию атомной генерации.
Перспективы - достаточно ли разделительных мощностей для ренессанса
Основаная часть исследования - прогноз на будущее и оценка нашей готовности к нему.
Авторы выбрали очевидный метод прогноза - взяли известные прогнозы развития генерации и оценили потребность каждого сценария в работе разделения.
Для России выбрана в качестве основы анализа Генеральная схема размещения мощностей до 2020, не самая свежая. Но в конце концов обсуждают 3 асиптотических сценария - по 2, 3 или 4 блока в год ;) + судовые, военные (с некоторой неопределенностью), и т.п.
Потребность каждого блока в ЕРР можно оценить самому с помощью прекрасного инструмента Nukem Calculators.
Например, для одной загрузки блока ВВЭР-1200 нужно 62 т урана обогащения 4,8%. Выбрав обогащение отвалов в 0,2% получаем, что нужно ок. 520 тыс.кгЕРР для одной загрузки. Ну, и умножаем на кол-во блоков в Россиии и ВВЭР за рубежом + все остальное+экспорт.
Таким образом, у авторов получилось, что к 2020 году России необходимо иметь 35-37 млн. кгЕРР в год (выделим, как главную цифру в исследовании ;)
А это значит, нужно наращивать наши мощности с темпом ок 2 млн. кгЕРР в год, да еще замещать выбывающие старые центрифуги. И это очень много. Да, складские запасы не учитываются, как я понял.
Мировой прогноз, основанный на прогнозах МАГАТЭ и WNA - линейный рост потребностей в работах разделения до 100 - 150 млн. кгЕРР к 2030 году, в зависимости от оптимистичности выбранного сценария.
Авторы утверждают, что оптимистичные прогноз мировой обогатительной индустрии выдержать очень сложно, в том числе и российской. Правда это не проблема - максимальные сценарии, рассмотренные в исследовании, уже не реализутся)))
А вот если сценарии развития будут умеренными, то нам хватает мощностей, темпы ввода новых мощностей невелики, наши технологический уровень нормальный. Вопрос же о рыночной доле будет рассмотрен ниже.
Короче говоря, недостаток обогатительных мощностей ядерный ренессанс не будут сдерживать в среднесрочной перспективе. Кстати, возможны ограничения со стороны сублиматных мощностей, но это за рамками обсуждения.
И да, докладчик несколько раз подчеркивал - он за быстрые реакторы, замыкания топливного цикла, расширенное воспроизводство и т.д. ))
Глоссарий дилетанта
- ЕРР, SWU - единицы работ разделения. Тут исчисляться в тех единицах, в которых исчитляется продукция, напр. в кг. На всех графиках и прочем обычно имеется в виду кгЕРР.
- Поколение центрифуг - специфическая градация. Наиболее адекватный аналог, по-моему - версии ПО. Поколения русских центрифуг считают с момента внедрения в производство. У нас наиболее новое - 9 поколение, наиболее распространенные, надежные и легендарные руссские центрифуги 5 и 6 поколений. Завод, построенный в Китае - на 6 поколении.
- Подкритические/надкритические центрифуги - по отношению к собственной частоте ротора. Ниже соб. частоты ротора - подкритические. При коротком роторе наших центрифуг (= высокая собственная частота) до самого последнего времени все наши центрифуге были подкритическими. 9 поколение - надкритические.
- Производительность центрифуг - зависит от скорости вращения ротора как V^2 (теоретически V^4, но), а также от длины ротора/центрифуги линейно.
- Преимущество длинных центрифуг перед короткими - финансовое прежде всего. Т.к. производительность~длина, то чем длинее, тем лучше. Если мы заменяем 1 длинную несколькими коротким, то в нексольких коротких машинах появляется несколько дополнительных концевых элементов, которые дороги. Таким образом, завод той же мощности на коротких центрифугах дороже -> капзатраты.
- Уровень обогащения отвалов - оптимизационная проблема, связанная с экономикой. Опорные параметры: стоимость природного урана (в форме UF6) и стоимость кгЕРР. Базовая упомянутая работа по этому вопросу: Dr Thomas Neff, MIT - Dynamic Relationships Between Uranium and SWU Prices: A New Equilibrium. Закономерность эта реализована в одном из Nukem Calculators. При сегодняшних ценах оптимальное обогащение отвалов они дают 0,336%. Насколько это имеет отношение к России - не знаю)
вообще, это неожиданно, но самые полезные источники информации по тезнологиям обогащения - у нераспространенцев! ) Вот много учебных материалов по-русски Центра по изучению проблем разоружения, энергетики и экологии при МФТИ.
Вызовы
Вызовы, стоящие перед российской отраслью обогащения урана обсуждались в ходе всего доклада, а также после в ответах на вопросы и в дискусии. Попытаюсь суммировать их в отдельном разделе вот в таком виде
0. Вызов обычной жизни
Как и всё в этом мире, обогатительные мощности стареют. Большинство наших мощностей - советский задел. По оценке докладчика, 50% наших центрифуг следует заменить на новое поколение. А это, кстати, ок 1 млн машин, если я правильно посчитал...
1. Технологический вызов - конкуренты не дремлют.
Центрифужное обогащение сегодня-завтра - это мейнстрим. Диффузия уходит, в лазеры-SILEXы докладчик абс. не верит. Наше преимущество, связанное с центрифугами, иссякает, они у всех теперь. Причем они пошли когда-то по пути длинных надкритических центрифуг с составными роторами, преодолели технологические трудности и теперь вышли на очень продвинутые технологии.
Главный упоминавшийся конкурент - ETC (Enrichment technology) - совместное предприятие, 50/50 URENCO и AREVA. Их новая центрифуга TC21, многократно упоминавшаяся для сравнения, очень хороша, по мнению докладчика. Она высотой 4 м, материал ротора углепластик (Carbon Fiber), производительность 1 такой центрифуги - 100 кгЕРР в год.
см. Pat Upson - Centrifuge technology: the future for enrichment
Американская центрифуга AGC отстает по времени, но движется. Они разработали 12 м машину, диаметром 600 мм, тоже (Carbon Fiber).
Иран, и тот движется по пути длинных центрифуг с углепластиковым ротором! Пока он еще далековат, но...
2. Рыночный вызов - новые формы ведения бизнеса
Борьба за долю на рынке обогащения идет. Кроме технологий (см. выше), ее определяют и способы работы.
Например, определено, что для страны с ок 10 атомными ГВт (Украина?! ;) оказывается выгодным построить собственный обогатительный завод на 1,5-2 млн. кгЕРР, а не покупать разделительную работу. URENCO (ETC) готовы строить такие заводы в виде black-box facility на основе своих новых хороших центрифуг. У них сейчас практически нет ограничения по производству новых кгЕРР, могут вводить по 2,5 млн. кгЕРР в год- только заказывай.
Кстати, наш ответ на это - МЦОУ. Тоже вариант.
3. Управленческий вызов
Как стало понятно из доклада, нынешнее руководство концерна не вполне понимает остроту проблемы. Исследования того же РНЦ КИ не оплачивается в достаточной мере. Рук-во концерна не проявляет интереса к новым, уже готовым разработкам. Ну, в общем, можете себе вообразить...
Собственно поэтому данная работа и была сделала. Возымеет ли она действие - посмотрим.
4. Кадровый вызов
Это уже от меня)) На семинаре в качестве слушателей-зрителей присутствовало всего несколько человек моложе 40 лет, и то, видимо, со стороны. Средний возраст слушателей доклада - запенсионный. Из активных дискуссантов только один специалист был более-менее молод (правда, наиболее толковый ;).
Как решать наши проблемы
Много разного говорилось на семинаре о том, что нам нужно делать.
Главный вывод, для чего была выполнена работа и подготовлен доклад - надо вести планомерную исследовательскую и конструкторскую работу. А потом и внедрять разработки в производство.
По мнению докладчика, нужно делать новую русскую центрифугу. Это должна быть машина длиной 2 м, естественно надкритическая. Упоминалась какая-то безосновная труба - не понял, что это. При 2 м машинах стоит сохранить агрегатную компановку как хорошо зарекомендовавшую себя.
Что мешает, кроме безразличия начальства и недостатка средств?
- Во-первых, мы отстали в материалах. Проблема с композитами.
- Как и во многих других областях, сдерживает состояние промышленности. Она не готова производить то, что предлагают разработчики и конструкторы.
- Даже на существующих машинах хромает уровень монтажа, эксплуатации
Было сказано и об оригинальных исследованиях. Как, например, о возможности работы на обогатительных каскадах с регенерированным ураном. Докладчик мельком упомянул, что эксперименты в Томске развеяли опасения по поводу активности контура, при этом продемонстрировали возможность отделять U-232 и 236.
Резюмируя, как могу, впечатление от семинара - лидерство России в обогащении урана необходимо поддерживать большой научной и конструкторской работой. И хорошо бы это делать уже вчера.