В.И. Рачков ГНЦ РФ-ФЭИ ОБЛИК ЗЯТЦ новая технологическая платформа. - презентация

1 В.И. Рачков ГНЦ РФ-ФЭИ ОБЛИК ЗЯТЦ новая технологическая платформа

2 2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЯТЦ – совокупность технологических процессов, необходимых для: производства ЯТ первой загрузки АЗ сжигания ЯТ в РУ; выгрузки ОЯТ из АЗ (для удаления ПД и МА из АЗ); целевого обращения с ОЯТ (фракционирование на топливные нуклиды (Pu, U) и РАО (ПД, МА) или хранение для окончательного удаления); подпитки АЗ делящимися и воспроизводящими нуклидами в количестве, компенсирующем их выгорание при сжигании ЯТ; хранения и окончательного удаления РАО ОЯТ.

3 3 ЦЕЛЕВОЕ ОБРАЩЕНИЕ С ОЯТ 1.Захоронение ОЯТ ОЯТ = РАО 2. Переработка ОЯТ и захоронение его фракций ОЯТ = РАО = 95% НАО{U} – длительное приповерхностное хранение + 5% ВАО{МА, ПД} – общее захоронение

4 4 ЦЕЛЕВОЕ ОБРАЩЕНИЕ С ОЯТ (2) 3.Переработка ОЯТ с рециклом U ОЯТ = U + РАО РАО = ВАО{Pu + РЗЭ + (Tc,Np,Am,Cu,I) + ПД} – общее захоронение 4.Переработка ОЯТ с рециклом U и Pu ОЯТ = U + Pu + РАО РАО = ВАО{РЗЭ + (Tc,Np,Am,Cu,I) + ПД} – общее захоронение 5.Переработка ОЯТ с рециклом U и Pu и с фракционированием РАО ОЯТ = U + Pu + РАО РАО = ТВАО{ПД:Cz,Sr} + ДВАО{ПД:Tc, I} + ДВАО{MA:Np,Am,Cu) + ВАО{ПД}

5 5 ОТКРЫТЫЙ НЕЗАМКНУТЫЙ ЯТЦ (ОТКРЫТЫЙ ЯТЦ) Ядерный Топливный Цикл незамкнутый Добыча U пр … Обогащение U пр … Изготовление ЯТ из U об … Сжигание ЯТ в ЯР … Хранение ОЯТ … Удаление РАО (ОЯТ) … ЦИКЛ – периодическая реализация одной и той же совокупности технологических процессов

6 6 ОТКРЫТЫЙ (КВАЗИ) ЗАМКНУТЫЙ ЯТЦ с КВ < 1 Подготовка к циклу Ядерный Топливный Цикл с КВ < 1, замкнутый по делящимся и воспроизводящим нуклидам Добыча U пр … Обогащение U пр … Изготовление ЯТ из U об Изготовление ЯТ из U об и ОЯТ … Сжигание ЯТ в ЯР … Хранение ОЯТ … Переработка ОЯТ … Удаление РАО … ЦИКЛ – периодическая реализация одной и той же совокупности технологических процессов

7 7 ОЯТЦ - определение ОЯТЦ – ЯТЦ, в котором основной подпиткой АЗ делящимися нуклидами являются нуклиды обогащённого урана, а дополнительной (в МОХ-топливе ТР) – делящиеся нуклиды, извлекаемые из его ОЯТ. По характеру обращения с ОЯТ ОЯТЦ подразделяется на незамкнутый, квазизамкнутый и замкнутый. Незамкнутый ОЯТЦ – ОЯТЦ, в котором ОЯТ является РАО и подлежит окончательному удалению. Квазизамкнутый ОЯТЦ – ОЯТЦ, в котором из ОЯТ извлекаются делящиеся и воспроизводящие нуклиды для производства ЯТ, а ПД и МА подлежат окончательному удалению. Замкнутый ОЯТЦ – ОЯТЦ, в котором из ОЯТ извлекаются делящиеся и воспроизводящие нуклиды для производства ЯТ, а МА – для дожигания (трансмутации) в ЯР (либо в составе ЯТ, либо в нейтральных матрицах).

8 88 ЗАКРЫТЫЙ (КВАЗИ)ЗАМКНУТЫЙ ЯТЦ с КВ > 1 (Uотв) - (ЗАКРЫТЫЙ ЯТЦ) Подготовка к циклу Ядерный Топливный Цикл с КВ > 1, замкнутый по делящимся и воспроизводящим нуклидам Добыча U пр ---- Обогащение U пр ---- Изготовление ЯТ из U об Изготовление ЯТ из ОЯТ и U отв … Сжигание ЯТ в ЯР … Хранение ОЯТ … Переработка ОЯТ … Удаление РАО … ЦИКЛ – периодическая реализация одной и той же совокупности технологических процессов

9 9 9 ЗАКРЫТЫЙ (КВАЗИ)ЗАМКНУТЫЙ ЯТЦ с КВ > 1 (Uпр) - (ЗАКРЫТЫЙ ЯТЦ) Подготовка к циклу Ядерный Топливный Цикл с КВ > 1, замкнутый по делящимся и воспроизводящим нуклидам Добыча U пр … Обогащение U пр ---- Изготовление ЯТ из U об Изготовление ЯТ из ОЯТ и U пр … Сжигание ЯТ в ЯР … Хранение ОЯТ … Переработка ОЯТ … Удаление РАО … ЦИКЛ – периодическая реализация одной и той же совокупности технологических процессов

10 10 ЗЯТЦ - определение ЗЯТЦ – ЯТЦ, в котором подпиткой АЗ делящимися нуклидами являются только нуклиды, извлекаемые из его ОЯТ (возможен в ЯТЦ с КВ > 1) Остаток, получающийся после извлечения из ОЯТ делящихся и воспроизводящих нуклидов, состоит из ПД и МА. По характеру обращения с МА ЗЯТЦ подразделяется на квазизамкнутый и замкнутый. Квазизамкнутый ЗЯТЦ – ЗЯТЦ, в котором МА подлежат окончательному удалению. Замкнутый ЗЯТЦ – ЗЯТЦ, в котором МА подлежат пережиганию (трансмутации) в ЯР (либо в составе ЯТ, либо в нейтральных матрицах).

11 11 КЛАССИФИКАЦИЯ ЯТЦ Питание ЯТЦ РУ Отходы ЯТЦ РециклКВ Подпитка ЯТЦ ОТКРЫТЫЙ ЯТЦU ноб O 2 ТРОЯТ-1Uпр (U отв )

12 12 ЭВОЛЮЦИЯ ЯТЦ открытый ЯТЦполуоткрытый ЯТЦполузакрытый ЯТЦзакрытый ЯТЦидеальный ЯТЦ U пр U отв, U пр U пр ЯТЦ: обог. пр-во ТР (КВ1) перераб. ОЯТ рецикл U, Pu рецикл МА ЯТЦ: - БР (КВ>1) перераб. ОЯТ рецикл U, Pu рецикл МА Энергия Отвалы обог. пр-ва Отвалы обог. пр-ва --- (ОЯТ) захор Потери при перераб. ОЯТ - -ПД(Cs, Sr) хран ПД утил -(MA, Tc, I) захор ПД(Tc, I) хран - ПД(ост) захор

13 13 СУБКЛАССИФИКАЦИЯ ЯТЦ по уровню фракционирования ОЯТ ОЯТ U 95% (мас) ВАО 5% (мас) Pu U - Pu Cs - Sr Np- Am- Cm- Tc- I Np - Pu Tc- I Am - Cm 98% (акт) ОТКРЫТЫЙ ЯТЦ захорон хран. з ахоро н х ран 1 - хран 2хран.захорон.--- ПОЛУОТКРЫТЫЙ ЯТЦ - рецикл 1 MOX ТР - рецикл 2 MOX ТР хран. захорон. --- ПОЛУЗАКРЫТЫЙ ЯТЦ - рецикл 1 MOX БР - Рецик 2 MOX БР хран.захорон. --- ЗАКРЫТЫЙ ЯТЦ -рецикл 1 MOX БР - рецикл 2 MOX БР хран.-рецикл 3 MOX БР хранрецикл: дожиг. в БР

14 14 «Хороший» ЗЯТЦ – это: Хорошее ЯТ Хорошая РУ Хорошее обращение с ОЯТ Хорошее обращение с РАО

15 15 Хорошее ЯТ –это: Хороший КВ - это: чуть больше 1??? чем больше, тем лучше ??? Хорошее выгорание - это: достигнутое??? чем больше, тем лучше??? Хороший состав - это: чистое ЯТ??? грязное ЯТ???

16 16 Хорошая РУ – это: Хороший теплоноситель - это: натрий??? свинец -висмут (эвтектика)??? свинец ??? пар (сверхкритика)??? Хорошая управляемость ЯЦР - это: САЗ, предотвращающая разгон на мгновенных нейтронах исключение разгона на мгновенных нейтронах за счёт малого запаса реактивности

17 17 Хорошее обращение с ОЯТ и РАО – это: Хорошая переработка ОЯТ – это: Хорошее фракционирование ОЯТ - это: фракционирование по группам элементов??? фракционирование по элементам??? Хорошие отходы переработки – это: достигнутые удельные объёмы НАО??? чем меньше НАО, тем лучше??? Хорошее обращение с РАО - это: Хорошее фракционирование РАО - это: фракционирование по элементам??? фракционирование по группам элементов??? Хорошие матрицы - это: стекло??? минералоподобные??? Хорошее обращение с МА - это: Удаление в геологические формации с РАО Хорошее дожигание в БР - это: в составе ЯТ??? в спец. матрицах??? Хорошее дожигание вне энергетического БР - это подкритическом реакторе (ADS) в жидкосолевом реакторе

18 18 РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОЕКТОВ ДЛЯ НОВЫХ ЯДЕРНЫХ ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЙ (прогнозная схема) НИОКРДЕМОНСТРАЦИЯКОММЕРЦИАЛИЗАЦИЯ Прим. до 2020 г. до 2030 г. Выбор ЯТ Нитрид Металл МОХ MOX Материалы в а.з. РУ БРЕСТ-300 БЕСТ- N БН-800 БН-800 (экспорт) БН-1200 СВБР-100 ОЯТ Сухая переработка Усоверш. водная переработка РАО Остекловывание Минералоподобные матрицы Минералоподоб- ные матрицы MA Хранение 2030 Дожиг в ЯТ БР Дожиг в ADS ЯЭС Поколение 3+ Поколение

19 19 К ВОПРОСУ О ДОРОЖНОЙ КАРТЕ РЕАЛИЗАЦИИ ЗЯТЦ (начало) ПРОЕКТВариантНИОКРИЗГОТОВЛЕНИЕИСПЫТАНИЯ и ДЕМОНСТРАЦИЯ ВЫБОР срок средст ва исп. срок средст ва исп. срок средст ва установ ка срок формат ЯТ (3+1) MOX-табл.?? БОР-60 БН ? Рекоменда ция НТС ГК MOX-вибро ,6НИИАР НИИАР ?? БОР-60 БН-600 БН-800 MNIT млн. ВНИИНМ млн.ВНИИНМ МАЯК ??? MMET????????? РУ (2+1) БН млн.ОКБМ ?????? 2025 Рекоменда ция НТС ГК БРЕСТ БЕСТ ,5м лн. НИКИЭТ млн. НИКИЭТ Бел.АЭС ??? СВБР млн.ГИДРОПРЕ СС ,2 млн. АКМЭ ???2020? Оболоч- ка ЯТ (2+1) ЭК181 (ф-м) млн. ВНИИНМ ?????? Рекоменда ция НТС ГК ЧС139 (ф-м) ВНИИНМ ?????? Дисперсно- упрочнён- ные ВНИИНМ ??????

20 20 К ВОПРОСУ О ДОРОЖНОЙ КАРТЕ РЕАЛИЗАЦИИ ЗЯТЦ (продолж) ПРОЕКТВариантНИОКРИЗГОТОВЛЕНИЕИСПЫТАНИЯ и ДЕМОНСТРАЦИЯ ВЫБОР сроксредс тва исп.сроксредс тва исп.сроксредс тва установ ка срокформ ат ОЯТ (2+1) Новая водная 2020 ? Рекомен дация НТС ГК Пирохимия ,5 млн. НИИАР ?????? Газофторид ,8 млн. ВНИИТФ млн. ВНИИТ Ф ??? РАО Остекловыв. ? Рекомен дация НТС ГК Мин.матри- цы ,6 млн. ВНИИХТ ?????? МА (3+1) Обращение в составе РАО ? Рекомен дация НТС ГК Дожигание в БР ????????? Дожигание в подкритич. ЯР ????????? Дожигание в жидкосол. ЯР ?????????

21 21 К ДОРОЖНОЙ КАРТЕ ЗЯТЦ Из чего выбираем ДЕМОНСТРАЦИЯКОММЕРЦИАЛИЗАЦИЯ Прим.Прим. Что имеем Что будет к 2020 Срок выбора Экспортный мотив до 2020 г. ЯТ Нитрид MNIT 2020 MOX Металл ???? МОХ MOX 2020 Материалы в а.з.2025 РУ БРЕСТ БН БН ОЯТ Сухая переработка Усоверш. водная переработка Усовверш. водная переработка 2020 РАО Остекловывание Минералоподобные матрицы Минералоподоб- ные матрицы 2020 MA Хранение Дожиг в ЯТ БР 2020 Дожиг вне БР ????

22 22 ВНЕШНИЙ ФОН (1) Новые международные факторы: Планы Индии и Китая по коммерциализации РБН и ЗТЦ в среднесрочной перспективе для массового коммерческого использования после 2030 года; Покупка Китаем 2-х БН-800; Сотрудничество Китая с Бельгией в строительстве пилотного завода по производству МОКС-топлива (6 октября); Заявление Франции, Японии, США о трехстороннем сотрудничестве в области разработки РБН (4 октября 2010) Результаты системных исследований долгосрочного развития АЭ США (Массачусетский университет (сентябрь 2010); Результаты 10 лет работы ИНПРО и Генерация 4 по оценке и развитию различных типов БР и ЗТЦ ( сентябрь 2010);

23 23 ВНЕШНИЙ ФОН (2) Противоречивость позиции США. Консерваторы: Программа GNEP, включала ускоренную коммерциализацию быстрых натриевых выжигателей с КВ= для решения проблемы ОЯТ, трансуранов и нераспространения. Демократы: Выводы исследования Массачусетского университета: Острой необходимости в рецикле Pu и МА из ОЯТ ТР в США нет (рецикл в БР может снизить количество Pu и МА в отходах, но при этом увеличивается их содержание в топливном цикле АЭ); Необходимо исследовать возможность 100- летнего хранения ОЯТ ТР; Акцент в развитии БР необходим на экономику (БР с жестким спектром охлаждаемый водой с КВ=1).

24 24 ВНЕШНИЙ ФОН (3) Общее в выводах ИНПРО и Генерация 4: приоритет отдается РБН; Отличия в выводах ИНПРО и Генерация 4 : Генерация 4: Коммерциализация реакторов 4-го поколения необходима в долгосрочной перспективе ( ) для замены выводящихся из эксплуатации ТР. КВ равно или меньше 1. ИНПРО: Планы по коммерциализации и системные требования к БР и ЗТЦ могут отличаться: В странах планирующих масштабное развитие АЭ (Индия и Китай) – коммерциализация РБН и ЗТЦ необходима до 2030 года. Требуются высокие КВ. В странах с масштабной АЭ (Франция, Япония, США, Ю.Корея) – коммерциализация БР и ЗТЦ целесообразно к 2050 году. КВ =1. России надо определяться со сроками коммерциализации БР и требованиями.

25 25 Новая Технологическая Платформа Атомной Энергетики

26 26 Содержание 1.Подходы к определению ТП 2. Видение. Цели, задачи НТП. 3.Выбор ЯЭС для НТП. 4.Стратегический план действий. 5.Механизм реализации.

27 27 Два подхода к определению «Технологическая Платформа» 1.ТП как синоним понятия технологическая база/система. Примеры : ТП современной АЭ - технологии ТР и открытого ЯТЦ; НТП - «Ядерная энергетическая система на основе БР и ЗЯТЦ» 2. ТП как «коммуникационный инструмент», направленный на активизацию усилий бизнеса, науки и государства по созданию инновационных «коммерческих продуктов». Примеры: Различные ТП, направленные на развитие инновационных технологий в рамках Инициативы ЕС (2002), Технологические Платформы, формируемые по Рекомендации МЭР России (октябрь 2010)

28 28 ТП как «инструмент» В соответствии с подходами ЕС и рекомендациями МЭР России в ТП должны определены: 1.Общее (для государства, бизнеса и науки) видение целей и решаемых задач в рамках ТП по развитию технологического направления, значимого для технологической модернизации отрасли и долгосрочного социально- экономического развития страны. 2.Стратегический план действий, с определением для ближней и среднесрочной перспектив задач и развилок в реализации работ в области НИР, демонстраций и коммерциализации технологий 3.Механизм управления и реализации СПД, с определением источников финансирования, индикаторов управления и ответственности сторон

29 29 Содержание 1.Подходы к определению ТП и структуры ТЗ. 2.Видение. Цели, задачи НТП. 3.Выбор ЯЭС для НТП. 4.Стратегический план действий. 5.Механизм реализации.

30 30 Видение Проблемы государственного уровня Проблемы современной АЭ Цели и задачи НТП

31 31 Проблемы государственного уровня 1.Чрезвычайно низкая технологическая доля в структуре экспорта. Менее 6%. 2.Низкая доля не углеводородного топлива в энергобалансе. Около 11% (атом +гидро) Машины, оборудование, С\Х сырье и товары Сырье

32 32 Технологическая база АЭ на основе ВВЭР достаточна для прогнозируемых ЕС-2030 масштабов строительства АЭС (50-60 ГВт(э)) и экспортных поставок. Однако потенциал её в решении долгосрочных стратегических проблем страны ограничен, из-за: Пределы современной АЭ 1.Небольшой сырьевой базы; 2.Накопления значительного количества ОЯТ, которые в случае отсутствия БР должны быть изолированы как ВАО ; 3.Экспортных препятствий, связанных с накоплением в мире ОЯТ с Pu и переходом в мире на ядерные технологии нового поколения ; 4.Ограниченной сферы применения. (Производство базовой электроэнергии).

33 33 Относительный энергетический потенциал сырьевой базы современной АЭ Ограниченная сырьевая база (U -235) не позволяет рассматривать современную АЭ в качестве ключевого ответа на вызовы устойчивому развитию страны в долгосрочной перспективе.

34 34 Пределы развития АЭ на базе ВВЭР ОЯТЦ Сырьевой ресурс:U природный т. Отходы: U обеднённый т. ОЯТ т. в т.ч. Pu1 000 т.

35 35 Цель НТП Создание Новой Технологической Базы (НТБ) АЭ, обеспечивающей возможность АЭ сыграть ключевую роль в решении проблем устойчивого развития страны. В качестве приоритетной на среднесрочную перспективу, Президентом России Д.А.Медведевым перед атомной отраслью поставлена задача – «формирование не позднее, чем к 2030 году, принципиально новой технологической базы атомной энергетики с реакторными установками на быстрых нейтронах, в развитии технологий которых Россия является безусловным мировым лидером».

36 36 Основные задачи для НТП 1.Экспорт. Возможность существенного (в разы) увеличения экспорта ядерных технологий и услуг в рамках режима нераспространения; 2.Сырье. Существенное (более чем на порядок) расширение сырьевой базы АЭ; 3.Отходы. Существенное (в разы) снижение объёма и радиотоксичности ВАО в расчете на единицу производимой энергии; 4.Применение. Существенное расширение масштаба и сферы применения атомной энергии.

37 37 Содержание 1.Подходы к определению ТП и структуры ТЗ. 2.Видение. Цели, задачи НТП. 3.Выбор ядерно-энергетических систем (ЯЭС) для развития в рамках НТП. 4.Стратегический план действий. 5.Механизм реализации.

38 38 Стадии развития технологии быстрых натриевых (БН) реакторов БН-600 (1980г.) БН-350 (1973г.) БР-5/10 (1959г.) БН-800 (план г.)

39 39 КИУМ БН-600

40 40 В стране 30 лет на БАЭС успешно работает единственный на сегодня в мире опытно - промышленный быстрый реактор БН-600 с натриевым теплоносителем мощностью 600 МВт(э). На основе этого уникального опыта: разработан и строится прототипный быстрый реактор БН-800, мощностью 880 МВт(э); проектируется коммерческий быстрый реактор БН-К мощностью 1200 МВт(э). БН-800 Россия – мировой лидер в освоении технологий БР

41 41 Стадии развития технологии быстрых свинцово-висмутовых реакторов Pb-Bi стенд (1951г.) АПЛ-705 опытная (1971г.) АПЛ-705 серийные ( гг.) СВБР-100 (план г.) Опытная АПЛ проекта 645 (1963г.)

42 42 В стране также накоплен многолетний опыт эксплуатации реакторной установки со свинцово - висмутовым теплоносителем на атомной подводной лодке. На основе этого опыта сегодня в рамках государственно-частного партнерства разрабатывается проект быстрого реактора СВБР мощностью 100 МВт(э) для многоцелевого использования в региональной энергетике. Кроме того в России ведутся исследования на концептуальном уровне по возможности создания БР на свинцовом теплоносителе. СВБР-100 Россия - мировой лидер в освоении технологий БР (2)

43 43 В нашей стране разработаны и продемонстрированы на опытно-промышленном и экспериментальном уровнях технологии замкнутого топливного цикла, соответственно : водная технология переработки ОЯТ реакторов ВВЭР- 440 и БН-600 на заводе РТ-1; таблеточная технология производства оксидного смешанного уран-плутониевого топлива (МОКС) (экспериментальные ТВС прошли успешные испытания на БН-600). Кроме этих базовых технологий в стране ведутся работы по перспективным технологиям производства топлива: вибротехнологии производства МОКС – топлива; нитридному топливу на основе таблеточного производства, а также неводных методов переработки ОЯТ: пирохимической технологии; газофторидной технологии. Российские технологии ЗТЦ

44 44 В России сложилась уникальная ситуация. Накоплен опыт и ведутся разработки по: трем разным типам БР (натриевый, свинцово- висмутовый, свинцовый); трем разным типам топлива для БР (таблеточная МОКС, вибро МОКС, нитридное топливо); трем разным типам технологии переработки ОЯТ (водная химия, пирохимия и газофторидная химия). Понятно, что доведение каждой технологии до результата - коммерческого использования - потребует значительных усилий и времени, а это чревато риском потери лидерства и денег. Россия. Технологический простор

45 45 Для успешного решения поставленной президентом задачи по «формированию не позднее, чем к 2030 году, новой технологической базы атомной энергетики» потребуется определить уже в ближайшей перспективе приоритеты в освоение преимущественно тех технологий, которые позволят наиболее эффективно и с минимальными рисками решить системные проблемы страны и АЭК. Стратегия создания НТБ АЭ

46 46 ЯЭС - кандидаты в НТП Для базовой электроэнергетики: 1.БН-1200; ЗЯТЦ (U-Pu) : Централ.-ный завод по переработке ОЯТ на основе усов. водной химии; производство «чистого» МОКС топлива; 2.БН(н.п.); ПЯТЦ(U-Pu-MA): Пристанционный ЯТЦ; Сухие методы переработки ОЯТ; производство «грязного» плотного топлива; 3.БРЕСТ-1200; ПЯТЦ(U-Pu-MA); 4.Супер-ВВЭР с КВ ( ) + БР с КВ>1 ЗЯТЦ (U-Pu)); Для региональной энергетики: 5. СВБР- 100; в дополнении к БН ; ЗЯТЦ (U-Pu) Для целей выжигания МА: 6. ЭЯУ с БР – выжигатель MA; + БР; ЗЯТЦ (U-Pu); Для производства высокопотенциального тепла: 7. СВТГР с КВ ( ) (U-Th); +БР c КВ>1; ЗЯТЦ (U-Pu-U233);

47 47 Критерии отбора ЯЭС 1.Экономика и безопасность: Сравнение бумажных проектов и не продемонстрированных технологий по экономике и безопасности не представляется обоснованным. Все ЯЭС в принципе могут быть доведены до коммерческого уровня с удовлетворением всех требований по экономичности и безопасности. Время и затраты на коммерциализацию во многом зависят от степени технологической готовности ЯЭС: Максимальный – Успешно проведена демонстрация элементов ЯЭС на опытно-промышленном уровне; СреднийСредний – Выполнено обоснование на расчетно- экспериментальном уровне возможности демонстрации; Минимальный – Ведутся НИР по обоснованию возможности демонстрации; 2. Экспортный потенциал (Макс; Сред; Мин ) 3. Потенциал в расширении сырьевой базы АЭ ( Макс; Сред; Мин ). 4. Потенциал в минимизации ядерных отходов ( Макс; Сред; Мин ).

48 48 Развитие технических систем: Издержки и Прибыль Время Прибыль Издержки 1. Обоснование на расчетно-экспериментальном уровне возможности демонстрации на опытно-промышленном уровне ключевых элементов ЯЭС (ЯЭУ; топливо; ОЯТ) 2. Демонстрация на опытно-промышленном уровне ключевых элементов ЯЭС 3. Коммерциализация ЯЭС : строительство малой серии промышленных ЯЭУ в комплексе с необходимыми промышленного масштаба предприятиями топливного цикла. 4. Развитие ЯЭС: массовое строительство мощностей в стране и за рубежом; Усовершенствование. 5. Использование. 6. Вывод

49 49 Степень готовности технологий ЯЭС к коммерциализации (экспертная оценка авторов) 2. Коммерциализация СВБР-100 может быть реализована в период до 2040 года при условии успешной демонстрации этой технологии на опытно-промышленном уровне до 2030г. 3. Коммерциализация ПЯТЦ, БРЕСТ-1200, ЭЯУ с БР и СВТГР потребует наибольшего времени, характеризуется максимальными рисками и может быть реализована после До 2030 года может быть коммерциализирована только ЯЭС: БН-1200; ЗЯТЦ (U-Pu).

50 50 Оценка потенциала ЯЭС в решении основных задач НТП 1.Наибольший экспортный. потенциал у базовых АЭС с БН-1200 ЗЯТЦ и Супер ВВЭР в пакете с услугами по поставке топлива и возвратом ОЯТ для переработки в России или международных центрах. 2. Экспорт БР с ПЯТЦ ограничен ядерными странами. 3. Экспорт СВБР-100 и СВТГР ограничен сферами применения (регион.-я энергетика; высокопот. тепло).

51 51 С учетом U-238Без учета U-238 Оценка потенциала ЯЭС с БР в решении основных задач НТП (сырье) Все типы ЯЭС с БР (БН/БРЕСТ/СВБР) с ЗЯТЦ и ПЯТЦ позволяют сменить сырьевую базу АЭ с ограниченного U-235 (0.7% природного U) на практически неограниченный U-238 (99.3%). Такая сырьевая база открывает перспективы масштабного использования АЭ для решения проблем устойчивого развития. Энергетический потенциал запасов различного типа сырья в России

52 52 Оценка ЯЭС с БР в решении проблемы отходов (возможности) Переработка ОЯТ ТР и БР открывает широкие возможности надёжного и эффективного решения проблемы отходов в АЭ: Многократный рецикл плутония в системе БР с ЗЯТЦ позволяет в несколько раз (в сравнении с ТР) снизить удельный объём ВАО в АЭ. Создание ПЯТЦ или выжигателей МА (ЭЯУ с БР) в дополнении к ЗЯТЦ позволит минимизировать удельный объём ВАО в АЭ. Относительная радиотоксичность (1/природный уран) Время (год) ОЯТЦ ЗЯТЦ ПЯТЦ ЭЯУ с БР

53 53 В рамках международного проекта ИНПРО были проведены исследования высокого сценария развития глобальной АЭ с БР с достижением мощности АЭ до ГВт( э) к 2100 г. По оценкам МАГАТЭ внедрение БР открывает возможность увеличения доли атомной энергии в глобальном электропотреблении с современных 16% до 30 и более %, и тем самым, позволяет сделать АЭ одним из ключевых источников энергообеспечения устойчивого развития мировой цивилизации. Потенциальный рынок для быстрых реакторов. Долгосрочная перспектива. Структура атомной энергетики для HIGH сценария ЛВР ЛВР-М БР ВТР ВТГР-U 233 БР (Th) ЖСР Электрическая мощность, ГВт

54 54 Индия сегодня имеет одну из динамично развивающихся экономик мира. Уровень потребления энергии в стране на душу населения пока ещё очень низок. Индия планирует к 2050 году построить АЭС мощностью 275 ГВт(э), большая часть которых будет с БР. Индия Планируемый ввод мощностей ЯЭУ Установленная мощность, ГВт эл. ТЭС ГЭС АЭС Всего Среднемировое потребление энергии на душу населения Годы Нетрадиционные источники

55 55 Индия начала свою программу по БР в 1985 году пуском экспериментальной установки (40 МВт). Сегодня страна готовится к пуску прототипного быстрого натриевого реактора (500 МВт(э)). До 2020 года планируется построить малую серию таких реакторов (4-6 блоков) и необходимые предприятия топливного цикла. Этап коммерциализации быстрых натриевых реакторов Индия планирует реализовать на технологиях водной переработки ОЯТ и изготовления таблеточного МОКС - топлива. Индия. Коммерциализация БР до 2020 года

56 56 Япония. Новая программа освоения БР 1. Введение Программа разработки топливного цикла быстрых реакторов в Японии ТЭО ( фин. г.) Обзор (МЕХТ – министерство образования и науки и АЕС – ядерный центр О-Араи) Проект разработки технологии топливного цикла быстрых реакторов (FaCT) Решение о выборе технологии для реактора JSFR (2010 г.) НИОКР по инновационным технологиям Ввод коммерческих установок топливного цикла БР Начало эксплуатации демонстрационного БР и установок его топливного цикла Оценка экономических характеристик и надежности Рабочий проект и сооружение Результаты концептуального проекта, программы необходимых НИОКР Проект системы Установки топливного цикла коммерческого и демонстрационного БР Согласование и отчетность Экспериментальный БР Прототип быстрого бридера НИОКР на реакторе MONJU Надежность АЭС Технология обращения с натрием Сотрудничество с различными организациями Международное сотрудничество (проекты «Поколение-4», INPRO и др.) Проект разработки технологии топливного цикла быстрых реакторов (JFY) JOYO MONJU JKFR технологии топливного цикла быстрых реакторов Проект разработки технологии топливного цикла быстрых реакторов

57 57 Япония. Сценарий долгосрочного развития АЭ Мощность ЯЭУ, ГВт эл. Полная мощность около 58 ГВт(э) после 2030 г. Легководный реактор (топливо UO 2 ) Легководный реактор (топливо МОХ) БР (КВ = 1,1) FR (BR. 1.03) БР (КВ = 1,03) Годы

58 58 Французский сценарий развития АЭ

59 59 Предложения по ПРОЕКТАМ НТП трёх уровней. МЕГАПРОЕКТ КОММЕРЦИАЛИЗАЦИЯ ЯЭС БН-ЗЯТЦ – системы с успешно продемонстрированными элементами; ПРОЕКТ ДЕМОНСТРАЦИЯ на опытно- промышленном уровне ЯЭУ СВБР технологию прошедшую экспериментальную проверку; ПРОЕКТ ОБОСНОВАНИЕ. Расчетные и экспериментальные исследования в обоснование технологий следующего поколения «Прорыв»: БРЕСТ; БН(н.п.); БН- ВТ; ПЯТЦ; ЭЯУ с БР; СВТГР и др..

60 60 Содержание 1.Подходы к определению ТП и структуры ТЗ. 2.Видение. Цели, задачи НТП. 3.Выбор ЯЭС для НТП. 4.Стратегический план действий (СПД). 5.Механизм реализации и контроля.

61 61 МЕГАПРОЕКТ«КОММЕРЦИАЛИЗАЦИЯ» Активности: До 2020 г.: 1.Ввод (2014) и эксплуатация БН-800; 2.Выработка требований и организация производства (с 2017) таблеточного МОКС топлива для БН-800 и головного блока БН-1200; 3.Выработка требований, проектирование, строительство и ввод головного блока БН-1200; 4.Выработка требований и отработка на ОДЦ усовер. технологии водной переработки для ОЯТ ВВЭР; РБМК и БН; НИР сопровождения: Выработка требований по экономике и безопасности (глубины выгор. топлива; энергонапряж-ти; КВ; Т выдержки ОЯТ; мощность и время ввода завода и др.); Разработка материалов. С 2020 до 2030 г. (при условии успешного выполнения задач 1-4) 5. Выработка требований, строительство и ввод в эксплуатацию промышленного завода по переработке ОЯТ (ВВЭР, РБМК и БН) и изготовлению МОКС топлива для реакторов БН-1200; 6. Строительство и эксплуатация малой серии БН-1200

62 62 МЕГАПРОЕКТ«КОММЕРЦИАЛИЗАЦИЯ» Результаты: Сохранение и материализация лидерства страны в развитии натриевых быстрых реакторов: 1.Конкурентоспособная АЭС с БН-1200 для массового строительства в стране и за рубежом в период без ограничений со стороны сырья и отходов. 2.Решение отложенных проблем современной АЭ, связанных с накоплением ОЯТ ВВЭР и РБМК; 3.Снижение удельной потребности в U прир. и удельного объёма ядерных отходов в АЭ (пропорционально доле БН); 4.Создание инфраструктуры ЗЯТЦ, обеспечивающей возможность: коммерциализации технологий СВБР, Супер-ВВЭР, СВТГР; экспорта ЯЭУ (БН-1200, СВБР, Супер-ВВЭР) с пакетом услуг по поставке свежего топлива и возврату ОЯТ; организации международных центров по обращению с ОЯТ.

63 63 1.ТР (UOx). Система АЭС с усов. ТР поколения 3+, мощностью ( МВт(э)) на урановом топливе, с хранением ОЯТ. США, Ю.Корея 2.ТР (2/3UOx +1/3 МОКС). Система АЭС с усов. ТР 3+, мощностью ( МВт(э)); на МОКС топливе, с хранением МОКС ОЯТ. КВ=0.5; МА остекловыв-вместе с ПД. Франция, Япония 3.БН (МОКС). Система АЭС с натриевым БР большой мощности ( МВт(э)). Таблеточное МОКС топливо; Водная переработка ОЯТ; КВ=1.2; Индия, Китай? Ожидаемые зарубежные технологии на мировых рынках на период

64 64 Сравнение параметров топливного цикла конкурирующих ЯЭС ( ) ЯЭС БН(МОКС) обладает значительными преимуществами во всех областях ТЦ в сравнении с системами на базе ТР 3+. Ключевой момент успеха системы БН(МОКС) на рынках - это достижение приемлемых параметров в области экономики и безопасности. Расход U прир. т/ГВт(э) год Хранение ОЯТ, т/ГВт(э ) Трансураны в ВАО, кг/ГВтэ год Pu МА ТР (UOx). 150до ТР (2/3UOx +1/3 МОКС). 90до БН (МОКС)0до

65 65 ПРОЕКТ «ДЕМОНСТРАЦИЯ» СВБР-100 Активности до 2020 г.: 1.Выработка требований, проектирование, строительство и эксплуатация пилотного блока СВБР-100 на урановом топливе; г. (при успешном решении задачи 1) 2.Выработка требований, организация производства МОКС топлива для СВБР в рамках инфраструктуры БН ЗЯТЦ 3.Выработка требований, проектирование и строительство первых коммерческих СВБР-100 на МОКС топливе; 4.Выработка требований, организация переработки МОКС ОЯТ в рамках инфраструктуры БН ЗЯТЦ. Результат: Сохранение и материализация лидерства по БР с тяжелым теплоносителем: 1.Создание коммерческого блока для региональной энергетики страны и экспорта в период Создание страховочной для БН технологии БР

66 66 ПРОЕКТ «ОБОСНОВАНИЕ» ПРОРЫВА Действия до 2020г.: 1.Расчетно-экспериментальное обоснование и выбор технологий «Прорыва»: Базовые ЯЭУ нового поколения: БРЕСТ или БН усов? Технологии ПЯТЦ: «грязное» плотное топливо: нитрид или металл?; сухая переработка: пирохимия или газофторидная? ЯЭУ для произв.-ва высокоп.-го тепла (1000С): БН-ВТ или СВТГР? Обращение с Аm: геологич.-я изоляция или выжигание в ЭЯУ с БР? 2.Для выбранных технологий выработка требований и проектирование опытно- промышленных установок. Действия в период с 2020 по 2030г.: 3.Строительство и опытная эксплуатация выбранных опытно- промышленных установок технологий «Прорыва»; 4. Выработка требований и проектирование промышленных установок для коммерциализации технологий «Прорыва» в период до 2040.

67 67 ПРОЕКТ «ОБОСНОВАНИЕ» ПРОРЫВА Ожидаемые результаты: 1.Своевременная (к 2050 году на смену БН-1200 ЗЯТЦ) коммерциализация наиболее перспективных ядерных технологий нового поколения с улучшенными показателями в области экономики, безопасности, отходов и сферы применения. 2.Сохранение лидерства в развитии ядерных энерготехнологий нового поколения (ЯЭНП).

68 68 1.АЭС с БН большой мощности 1500МВт(э); КВ=1.05; Усов. табл. МОКС топливо; Глубокие выгорания. Усов. водная переработка ОЯТ; Твц=4- 6лет. Централизованные заводы ТЦ. Варианты обращения с МА: рецикл с топливом или выжигание в специальных зонах или реакторах. Япония; Франция. 2.АЭС с БН малой или средней мощности; КВ=1.05. Метал. топливо; Пирохим. переработка ОЯТ; Твц=1 г. Рецикл МА с топливом. Пристанционный ТЦ. США; Ю. Корея. 3.АЭС с натриевым БР большой мощности. КВ=1.5 Метал. топливо; Пирохим. переработка ОЯТ; Твц=1 г. Рецикл МА с топливом. Пристанционный ТЦ. Индия; Китай. 4.Усовершенствованный ВТГР для наработки водорода:. Урановое топливо. Глубокие выгорания. Открытый ТЦ. Захоронение ОЯТ? США, Франция, Китай, Индия. 5. СКД?; БР с гелием?; БР с тяж. теплоносителем?; ЖСР? Разрабатываемые зарубежные концепции ЯЭС поколения 4 для долгосрочной перспективы (2050).

69 69 Реализация НТП даст возможность стране первой в мире продемонстрировать все ключевые технологии ЯЭС: БН и ЗЯТЦ до 2020, а затем довести эти технологии до коммерческого уровня до 2030 года, и тем самым: обеспечить решение задачи поставленной президентом по «формированию не позднее, чем к 2030 году, новой технологической базы атомной энергетики» и сохранить лидерство в развитии ключевой энергетической технологии будущего. Создание в рамках НТП новой технологической базы АЭ - по масштабу и важности – может быть сопоставим с Первым Атомным Проектом по созданию ядерного щита страны. НТП - Новый Атомный Проект

70 70 Структурная схема АЭ существующей и будущей Существующая технологическая платформа Новая технологическая платформа

71 71 Ресурсные пределы развития АЭ Сырьевой ресурс: U природный т. Отходы: U обеднённый т. ОЯТ т. в т.ч. Pu т., п.д т. На существующей технологической платформе На новой технологической платформе Сырьевой ресурс: отходы современной АЭ (Pu из ОЯТ ТР; U обеднённый) Отходы: Продукты деления 1т,/ГВт(э)год

72 72 Содержание 1.Подходы к определению ТП и структуры ТЗ. 2.Видение. Цели, задачи НТП. 3.Выбор ЯЭС для НТП. 4.Стратегический план действий (СПД). 5.Механизм реализации.

73 73 1.В рамках РАЭПК: Строительство БН-800 (2014); 2.В рамках ФЦП ЯРБ ( до 2015 года) : Создание ОДЦ для отработки и демонстрации усовершенствованных водных технологий переработки ОЯТ ВВЭР и РБМК 3.В рамках ФЦП ЯЭНП (до 2020): Организация производства МОХ топлива для БН-800 (2017); Проектирование АЭС с БН-1200 (2014); Обоснование, проектирование и строительство СВБР-100 (2018); Обоснование и проектирование и строительство БРЕСТ-300 (2020); Обоснование, проектирование и создание демонстрационных установок ПЯТЦ по производству нитридного топлива и переработке ОЯТ водными и сухими методами; Существующие активности Росатома в области НТП

74 74 1.Не определены сроки и источники финансирования строительства АЭС с головным блоком БН-1200; 2.Не определены технологии и установка по производству МОКС топлива для головного блока БН-1200; 3.Не предусмотрена отработка и демонстрация усоверш.-й технологии водной переработки ОЯТ БН-1200; Риски: Отсутствие необходимого обоснования для создания в период до 2030 года опытно-промышленной инфраструктуры ЗЯТЦ для коммерциализации БН-1200 и демонстрации СВБР-100; Уступка лидерства Индии и Китаю в коммерческом освоении БР и безвозвратная потеря государственных средств, вложенных в развитие технологий БН и СВБР. Проблемы по МЕГАПРОЕКТу «Коммерциализация».

75 75 1.Предусмотреть финансирование строительства АЭС с головным блоком БН-1200 из средств, выделенных на строительство новых ВВЭР Возможная площадка – БАЭС или ЮУАЭС; 2.Выбрать проверенную таблеточную технологию и предусмотреть возможность производства топлива для БН-1200 на организуемом производстве МОКС топлива для БН-800; 3.Предусмотреть отработку и демонстрацию усовершенствованной технологии водной переработки для ОЯТ БН-1200 на ОДЦ в рамках ФЦП ЯРБ с 2015 года; МЕГАПРОЕКТ «Коммерциализация». Предложения по минимизации рисков

76 76 Проблема: Отсутствие необходимого времени и достаточных финансовых средств в ФЦП ЯЭНП для проведения обоснования, выбора технологий, проектирования и строительства в короткий период до 2020 трёх капиталоёмких технологических установок: БРЕСТ-300; Производство нитридного топлива; Сухие методы переработки ОЯТ БР. Риски: Поспешный неоптимальный выбор технологий для демонстрации; Растрата средств на попытки создать опытно-промышленные установки для непроверенных технологий; Потеря денег и лидерства в создании ЯЭНП; Проект «Обоснование прорыва» Проблемы и Риски:

77 77 Скорректировать ФЦП ЯЭНП: 1.Отказаться от строительства в рамках ФЦП всех опытно - промышленых установок ( БРЕСТ-300; Производство плотного нитридного топлива»; Сухие методы переработки ОЯТ БР). 2.Использовать высвобожденные средства для проведения в период до 2020 года детальных НИР в обосновании выбора «технологий прорыва»: Базовые ЯЭУ нового поколения: это БРЕСТ или БН нового поколения ? Плотное топливо: это нитрид или металл?; Лучшая переработка: это пирохимия или газофторидная, или что-то другое? ЯЭУ для произв.-ва высокоп.-го тепла (1000С): это БН- ВТ или СВТГР? Обращение с Аm: это геологич.-я изоляция или выжигание в ЭЯУ с БР? 3.Предусмотреть возможность проектирования опытно-промышленных установок только для обоснованных технологий и только при интересе к ним со стороны атомной индустрии (пример СВБР). Проект «Обоснование прорыва» Предложения по минимизации рисков:

78 78 1.НТП по созданию «Новой технологической базы АЭ на основе технологий быстрых реакторов и замкнутого ядерного топливного цикла для решения проблем устойчивого развития страны» 2.В рамках НТП предлагается реализовать три проекта: МЕГАПРОЕКТ «Коммерциализация» - Ключевой проект, направленный на создание до 2030 коммерческих технологий БН для решения проблем устойчивого развития страны в среднесрочной перспективе. Проект Демонстрация СВБР-100, направленный на создание до 2040 года коммерческих установок для региональной энергетики страны и одновременно страховочной технологии БР Проект «Обоснование прорыва», направленный на подготовку технологий нового поколения для коммерческого использования во второй половине века. Заключение. Предлагается: