От чего зависит стоимость атомной электроэнергии
Прежде всего хочу извинится за долгое молчание перед читателями - предновогодние сдачи проектов не оставляют времени на блог. Надеюсь кое-что опубликовать сегодня-завтра.
Пока же маленькая заметка по стоимости электроэнергии. Поскольку АЭС уже очень давно мало чем выделяются среди других способов заработать на производстве чего-то, то их экономика крайне важна для понимания будущего, в плане конкуренции с другими типами электростанций.
Стоимость электроэнергии принято считать в LCOE (Levelised Cost of Energy) - Нормированная стоимость электроэнергии. Это такая цена, в которую заложена стоимость строительства (понятно, что для АЭС это доминирующий фактор) взвешенная на инфляцию во время всего срока жизни АЭС. Но, разумеется, нам интересны не эти бухгалтерские выкрутасы, а то, как разные инженерные решения в поле АЭС могут повлиять на стоимость электроэнергии.
Например использование MOX топлива. Или стоимость электроэнергии от быстрого ЗЯТЦ реактора. Или влияние КПД реактора. Влияние стоимости хранения ОЯТ на цену. Для любителей поиграться есть замечательный калькулятор, который а) позволяет посмотреть себестоимость электроэнергии на существующих американских АЭС для однократного цикла и рецикла плутония (MOX-топливо) б) самому взять любой проект АЭС (например вновь ожившую АЭС Руппур, которую Росатом будет строить в Бангладеш )и прикинуть стоимость электроэнергии
Для того, что бы играться было интереснее разберем кнопочки и ползунки:
Верхняя часть экрана - здесь есть возможность выбрать наборы данных по реальным американским АЭС (1), посмотреть получившееся распределение в виде зависимости LCOE от разных параметров (2 и внизу справа переключалка параметров), сохранить параметры, для которых расчитали стоимость (3), самое интересное (4) - попереключаться между расчетами для однократного цикла использования ядерного топлива (Once-Through), замкнутого ядерного топливоного цикла (Full Recycle) и частичного замыкания (MOX Recycle). Наконец, финальный результат стоимости киловатт*часа в американских центах (5)
К каждому из 3 вариантов топливного цикла есть куча крутилок, где можно настроить входные параметры. Очень удобно для того, что бы быстро оценить какой-нибудь проект АЭС на стоимость. Для однократного использования урана это:
LWR Fuel Burnup - выгорание ядерного топлива. Смело берите 43 гигаватт*дня/тонну топлива, самые современные реакторы уже умеют и больше. Interest Rate - процент по кредиту. Overnight Cost - себестоимость сооружения АЭС без учета стоимости кредита, тысчи долларов за киловатт. Для последних отечественных экспортных блоков находится в диапазоне 4500-5500. Operation&Maintenance - расходы АЭС на работу. Для отечественных АЭС находятся в районе 3-4 миллиардов рублей на Гигаватт*год (что ниже диапазона, который можно задать, хаха). Uranium Price - стоимость урана, долгое время находится в районе 100 долларов за кг. Enrichment Cost - стоимость обогащения, в райне 50 долларов за SWU. Гигаваттный блок потребляет примерно 100 тысяч SWU в год. Reactor Construction Time & Ecoconomic Lifetime - длительность соружения и работы реактора. Вот с этим интересно играться с учетом, что сейчас большинство блоков продлеваются с 30 до 45 и даже 60 лет. LWR Capacity Factor - коэффициент использования установленной мощности. У лучших реакторов - 0.93. LWR Thermal efficiency - КПД турбинного оборудования. Обычно 32-33%. Tails Enrichement - доля урана 235, которая пойдет в отвал при обогащении. Для старых газодифузионных заводов из 0,7% начального содержания аж 0,35% (т.е. половина) уходила в отвал. Сейчас это обычно 0,1% (на картинке стоит 0,3%).
Остальные значения не так важны, их можно оставить как есть.
Теперь реактор с ЗЯТЦ
Здесь все почти то же самое, кроме FR Fuel burnup - выгорание топлива для быстрого реактора, больше чем для LWR. Но здесь 100 - проектное значение для БН-1200, например, а 150 - сильно перспективное. Обслуживание быстрого реактора обещает быть на 30% дороже, чем LWR. FR Fuel reprocessing (в долларах за кг тяжелых металлов) - для БН-1200 эта цифра принята в 3800$ еще старых долларов (т.е. должна быть снижена) для LCOE порядка 6 американских центов за киловатт*час. Для БРЕС-300-ОД полная переработка + фабрикация (следующий пункт калькулятора) - 19 миллионов рублей за тонну тяжелых металлов. FR Thermal efficiency у БН-1200 ожидается в районе 42%.
Наконец МОХ-топливо, когда из ОЯТ LWR реактора извлекают плутоний, и делают сборки с топливом плутоний-уран238, и снова сжигают их в таком же LWR реакторе.
Здесь одна новая цена - себестоимость стоимость MOX топлива (MOX Fuel Fabrication Cost) с учетом переработки ОЯТ и производства новой кассеты из выделенного плутония. Сегодня стоимость стандартной ТВС с примерно полутонной обогащенного природного урана стоит 700-900 тысяч долларов. А MOX кассета - в три раза дороже, т.е. 2-3 миллиона долларов. Так что стоимость 3750 долларов за килограмм тяжелого металла в ТВС - еще довольно оптимистично.