Сборник тезисов докладов IX Международной молодежной научной конференции

Полярное сияние 2006

Ядерное будущее: безопасность, экономика и право

Содержание сборника

Секция «Экономика и международное сотрудничество в области ядерных технологий»

Все доклады секции


ПРИМЕНЕНИЕ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА MESSAGE ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ СТРУКТУРЫ ОТЕЧЕСТВЕННОЙ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

Андрианов А.А., Бок М.Н.

Обнинский государственный технический университет атомной энергетики

Один из вариантов инновационного развития мировой атомной энергетики — замыкание топливного цикла на базе быстрых реакторов без расширенного воспроизводства делящихся топливных материалов(с коэффициентом воспроизводства топлива равным единице). В такой системе плутоний, извлекаемый из выдержанного облученного топлива тепловых реакторов, используется в качестве начальных (стартовых) загрузок быстрых реакторов. После запуска быстрые реакторы функционируют в установившемся режиме с самообеспечением по топливу (рисунок 1).

Реакторную установку БН-800 можно отнести к инновационным проектам, поскольку это не имеющий в мире аналогов проект быстрого реактора с натриевым охлаждением, разработанный на основе уникального российского опыта в области строительства и эксплуатации подобных установок.

Оценка потенциала инновационной ядерно-энергетической системы без расширенного воспроизводства топлива для решения региональных энергетических задач – актуальная задача, прежде всего потому, что в такой системе самообеспечение по топливу для быстрых реакторов и экономия ресурсов реализованы без образования избыточного плутония, представляющего опасность с точки зрения распространения ядерных делящихся материалов.

Рисунок 1. Схема ЯТЦ

В рамках совместных работ ГНЦ РФ ФЭИ и ИАТЭ проведены оптимизационные исследования двухкомпонентной структуры отечественной атомной энергетики с включением в её состав инновационной установки БН-800 при различных сценариях развития энергетики в зависимости от технико-экономических показателей топливного цикла, характеристик тепловых и быстрых реакторов. Оптимизация проводилась с помощью пакета энергетического планирования MESSAGE.

Оптимизационный программный комплекс MESSAGE, разработанный Институтом Прикладного Системного Анализа (IIASA), распространяемый МАГАТЭ и входящий в состав набора инструментов моделирования проекта ИНПРО, основан на методах линейного программирования. Целевая функция – полные приведенные затраты энергетической системы. Критерий оптимизации – минимум приведённых затрат системы. Программный комплекс позволяет осуществить детальный учёт структуры и организации топливного цикла.

Для решения задачи построена модель топливного цикла двухкомпонентной ядерной энергетики в виде обобщенных энергетических потоковых сетей. В модель включены основные переделы топливного цикла, важные с точки зрения решаемой задачи: хранилища отработавшего ядерного топлива тепловых и быстрых реакторов, хранилище выделенного плутония, перерабатывающие и производящие урановое и МОХ топливо технологии. Учтены необходимые временные задержки и предыстория ввода тепловых реакторов в структуру отечественной энергетики. Заданы доступные количества и прогнозные цены на природный уран, объёмы накопившегося выделенного плутония, объёмы отработавшего ядерного топлива и стоимости их хранения, определяющие совместно с ростом спроса на атомную энергетику, потребности ввода новых мощностей.

Цели работы:

·         оценить принципиальную возможность использования программного комплекса MESSAGE для оценки потенциала инновационной ядерной технологии и как инструмента сравнительного анализа ядерных технологий. Продемонстрировать результаты этой оценки, включая анализ наиболее актуальных проблем отечественной атомной энергетики;

·         построить с помощью средств MESSAGE реалистичную и работоспособную модель двухкомпонентной ядерной энергетики, которая могла бы послужить базой для проведения последующего, более тщательного анализа;

·         идентифицировать информационные проблемы анализа топливного цикла, которые должны быть устранены в случае развития подобных исследований;

·         идентифицировать проблемы использования MESSAGE как инструмента сравнительного анализа ядерных технологий.

В ходе подготовки модели сформирована база исходных данных для проведения вариантных оптимизационных расчетов, включающая в себя технико-экономические характеристики реакторов и предприятий топливного цикла, прогнозы роста потребностей в атомной энергетике, запасы природного урана и динамику изменения цен на уран.

В результате оптимизации определена динамика развития отечественной атомной энергетики, динамика ввода мощностей легководных реакторов и инновационной установки БН-800 в структуру энергетики. По предприятиям топливного цикла определен расход природного урана, производство уранового и MOX-топлива, объёмы переработки ядерного топлива, количественная динамика плутония и отработавшего топлива в цикле.

Следует отметить, что поскольку информационная база и объём исследования ограничены, то результаты работы не должны расцениваться как основания для принятия реальных решений по развитию энергетики.

Проведенное исследование показало пригодность MESSAGE как инструмента анализа перспективных ядерных энергетических систем и технологий. Выявлены проблемы информационного наполнения модели, связанные с нехваткой необходимых данных по ряду технико-экономических аспектов исследуемой инновационной энерготехнологии.

Литература

1.              MESSAGE. User Manual. Draft. October 2003.

2.              Methodology for the assessment of innovative nuclear reactors and fuel cycles. Report of Phase 1B (first part) of the International Project on Innovative Nuclear Reactors and Fuel Cycles (INPRO). IAEA-TECDOC-1434, IAEA, December 2004, p.182.

3.              Guidance for the evaluation of innovative nuclear reactors and fuel cycles. Report of Phase 1A of the International Project on Innovative Nuclear Reactors and Fuel Cycles (INPRO), IAEA, TECHDOC-1362.