На сколько хватит урана в РФ с учетом возможностей технологии БН

Аватар пользователя Tuktarov

Когда мы рассматривали "Перспективы замены генерирующих мощностей на атомные в РФ в период с 2020 по 2050 годы.", то с совершенной очевидностью встал вопрос: а на сколько времени хватит запасов общего количества урана (обоих его добываемых изотопов), при условии сохранения плотности энергопотока и существующих демографических моделей?

Попробуем разобратся в этом вопросе.

Рекомендую перечитать, известную большинству присутствующих статью автора Already YetЯдерная спичка (NUC2).


I. ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ.


Мировые запасы урана, по состоянию на 2011 год, составляют 5 327 200 тн. Обращаю ваше внимание на два факта:

1. это запасы обоих изотопов.

2. это извлекаемые запасы урана с издержками производства на уровне $130.

Доля запасов урана на гарантированно доступной нашей стране территории     составляет 31%, и в натуральном выражении - 1 666 800 тн:

1. РФ               -  487 200.

2. Казахстан    -  629 000.

3. ЮАР            -  279 100.

4. Украина      -  119 600.

5. Узбекистан  -   96 200.

6. Монголия    -   55 700.

Можно рассматривать развитие этого конгломерата в целом, но для начала оценим только нашу страну, ведь мир во всем мире мы отказались строить четверть века назад, не так-ли?

Итак, на территории РФ извлекаемые запасы составляют 487 200 тонн. Много? Мало? А вот давайте совместно разберемся.

Из статьи "Перспекивы замены ..." берем следующую цифру: в период с 2020 по 2050 годы нам требуется построить 360 блоков типа БН-1200.

В настоящее время в России на 10 действующих АЭС эксплуатируется 33 энергоблока общей чистой мощностью 23,643 ГВт.

Для упрощения представим, что уже в настоящее время построены все 360 блоков, старые выведены из эксплуатации и заменены новыми В итоге общее количество блоков, работающих одновременно составляло бы около 400. Вот от этой цифры и будем отталкиватся.

Данные для БН 1200:

  • Номинальная тепловая мощность реактора - 2800 МВт
  • электрическая мощность - 1220 МВт
  • КПД брутто - 43.6% (КПД по электричеству)
  • КПД нетто - 40.5% (полагаю КПД по электричеству минус затраты электроэнергии на собственные нужды станции-сколько энергии отдаем в сеть).

Перемножив количество блоков и их мощность получим 488 ГВт.

Согласно данным ОЭСР, в мире функционирует 440 реакторов коммерческого назначения, которые потребляют в год 67 тыс. тонн урана.

В 30 странах мира эксплуатируется 193 атомные электростанции с 435 энергоблоками общей электрической мощностью 372 751 МВт. 

Цифры немного отличаются, но это не критично. Разделив мощность на количество блоков получим среднюю мощность одного блока, равную 0,855 ГВт. Т.е. для выработки мощности в год 5,56 МВт нужно затратить одну тонну урана: 372 751/67 000 = 5,56 МВт/тн.

Я понимаю, что прямая пропорция не даст точный результат, но я к нему и не стремлюсь, а хочу получить порядок цифр.

Итак, для выработки 488 ГВт нам потребуется около 87 000 тн урана в год. Если вспомнить цифру 487 200, то можно прийти в ужас: урана хватит всего на 5,6 лет! Но мы забыли, что в природном уране изотопа 235 всего 0,7%. И если учитывать, что при использовании технологии БН "горит" и его брат уран-238, которого в природе остальные 99,3% (и который в официальную статистику по добыче урана не входит), то цифра получается совсем другой: 800 лет.

Прошу читателей проверить на ошибки, перед тем, как перейти к оценке демографической составляющей и ее влиянию на сроки обеспеченности энергией.

Комментарии

Аватар пользователя Maximus
Maximus(11 лет 5 месяцев)
Мольные доли такие:
0,005% U-234
0,720% U-235
99,275% U-238
Это природное соотношение. В конкретных месторождениях может немного (или много) отличаться.
Аватар пользователя Tuktarov
Tuktarov(11 лет 7 месяцев)

Вот именно это и было нужно! Спасибо.

Как я понимаю, в процессе переработки руды уран-238 отделяется от урана-235, который обогощается до реакторной чистоты (4-5%). Или U-238 так и остается вместе с U-235?

Аватар пользователя Omni
Omni(11 лет 7 месяцев)

Остаётся, но его становится меньше в % соотношении.

Аватар пользователя Tuktarov
Tuktarov(11 лет 7 месяцев)

Т.е. можно говорить, что в "таблетках" урана-238 не более 5%. Это понятно, и можно дальше двигатся в прикидках.

Аватар пользователя Omni
Omni(11 лет 7 месяцев)

235-го ;)

Аватар пользователя Tuktarov
Tuktarov(11 лет 7 месяцев)

4-5% урана-235. По вашим словам, урана-238 в таблетках не больше 235-го. Отсюда вывод.

Аватар пользователя Omni
Omni(11 лет 7 месяцев)

Я имел виду становится меньше чем было, но не настолько, было 99.ххх% стало 95.ххх% от общей суммы, как-то так.

Аватар пользователя Tuktarov
Tuktarov(11 лет 7 месяцев)

Извиняюсь за дотошность (я понимаю, что "достал" вас, но мне нужно полное понимание), но получается, что таблетки состоят из урана-238 на 95%, и из урана-235 на 5% (приблизительно)?

Аватар пользователя AriesGoth
AriesGoth(9 лет 9 месяцев)

Да. Причём, скорее всего, уран в виде двуокиси. Вообще, конкретный состав топлива зависит от реактора. Например, есть такой замечательный реактор - CANDU, вообще работает на природном уране.

Аватар пользователя AriesGoth
AriesGoth(9 лет 9 месяцев)

Содержание делящегося 235U в массе топливных таблеток составляет 4,4 % в начале кампании и 0,8—1 % при выгрузке из реактора.

Аватар пользователя Omni
Omni(11 лет 7 месяцев)

Да, по металлу, и, как правильно заметил AriesGoth, НДС из кислорода. Для MOX топлива другой состав. Дополню, что для подлодок степень обогащения значительно выше.

Аватар пользователя Maximus
Maximus(11 лет 5 месяцев)
Изначально в руде содержится мало урана, например, 0,1% или 2%. От руды отделяется уран, в виде U3O8, при этом содержание изотопов практически не меняется, и такое изменение можно не учитывать. Для этого продукта рассматривается цена 130$ за кг урана при определении резервов месторождений. Учтём, что 1 кг урана соответствует 1,18 кг U3O8, т.е. продаваться U3O8 будет по цене 130$ за 1,18 кг. Сейчас цена за 1кг урана порядка 50$.
На этом этапе уран содержит 0,72% U-235. Далее U3O8 служит сырьём для изотопного обогащения, получения реакторного урана.
У Бекмана есть хорошие лекции:
ДОРЕАКТОРНАЯ ЧАСТЬ УРАНОВОГО ТОПЛИВНОГО ЦИКЛА ,
ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЯДЕРНОЙ ИНДУСТРИИ , см. раздел 3. Урановый рынок.
Аватар пользователя Tuktarov
Tuktarov(11 лет 7 месяцев)

К сожалению времени нет осилить курс лекций.

Аватар пользователя Maximus
Maximus(11 лет 5 месяцев)
От месторождения до реактора уран проходит несколько этапов:
1. Добыть руду.
2. Получить уран, обычно в виде U3O8.
3. Повысить содержание U-235 до 3..5%.
4. Сделать таблетки, из таблеток твэл-ы, из твэлов твс-ы.
5. ТВС можно загружать в реактор.
Аватар пользователя Maximus
Maximus(11 лет 5 месяцев)
Уточню: не в процессе переработки руды, а в процессе разделения изотопов. Сначала руду переработали - получили уран, потом уран изотопно обогащают. Это разные процессы, и происходят они на разных предприятиях.
Аватар пользователя Tuktarov
Tuktarov(11 лет 7 месяцев)

Да, конечно. Я просто не верный термин привенил. Дилетант, что скажеш.

Аватар пользователя Tuktarov
Tuktarov(11 лет 7 месяцев)

Ну совершенно очевидно-же, что речь идет об обогощенном уране до требуемой в реактор. А не об оружейном.

Аватар пользователя AriesGoth
AriesGoth(9 лет 9 месяцев)

Очевидно, что речь идет как раз о природном уране. Добыча - это природный уран. На рудниках может обощатся руда, но это лишь увеличивает концентрацию природного урана в породе, и ни как не влияет на изотопный состав.

Аватар пользователя Tuktarov
Tuktarov(11 лет 7 месяцев)

Не согласен. Ибо на разных рудниках добывается порода, содержащая уран. И сваливать все в одну кучу, это как мешать кислое с пресным.

Рассчет должен вестиь либо в единицах разделения, либо в чистом веществе, либо в общепринятом эквиваленте.

Собственно спор ни о чем, одни догадки. Будет конкретная информация - продолжим.

Аватар пользователя AriesGoth
AriesGoth(9 лет 9 месяцев)

Содержание урана в породе известно. Площадь рудника и толщина слоя тоже. Вот и оценивают запасы. Ничего кислого и пресного.

Аватар пользователя Maximus
Maximus(11 лет 5 месяцев)
Предлагаю такой расчёт:
1 г сгоревшего урана соответствует 1 МВт*сутки тепловой энергии.
Общая электрическая мощность = 372 751 МВт. Пусть КИУМ = 0,85, КПД = 0,4. Тогда средняя тепловая мощность равна 372751*0,85/0,4 = 792096 МВт. За год для этого нужно сжечь 792096*365 = 289*10^6 г урана = 289 тонн. Т.е. 289 тонн урана поделилось. Это составляет 0,43% от потребляемых 67 тыс. тонн урана. А из природного урана как раз добывается где-то 0,45% урана-235. Но тут две проблемы для расчёта:
1. Горит не только U-235, но и U-238, и в случае замкнутого цикла на 1 г U-235 дополнительно сгорает 1 г U-238 или больше.
2. U-235 выгорает не до конца. Идёт ли невыгоревший уран в дальнейшую работу или теряется в хранилищах ОЯТ?
Делаю вывод, что 67000 тонн урана - это в пересчёте на природный уран.
Аватар пользователя Tuktarov
Tuktarov(11 лет 7 месяцев)

Природный, это обоих изотопов? Похоже ,что так. НО на результат не влияет, на самом деле.

Аватар пользователя Maximus
Maximus(11 лет 5 месяцев)
Да, и немного U-234. Результат - 800 лет? Да, так и есть.
Но есть одна мелочь, " в природном уране изотопа 235 всего 0,7%", а извлекается до 0,5% (в России), а это уже даёт 1100 лет.
Можно по-другому посчитать. 488 ГВт(э) => 1205 ГВт(т) => 1205 ГВт * 365 суток/год * 1 кг/(ГВт*сутки) = 439 825 кг/год = 440 тонн/год. 487 200 / 440 = 1100 лет. Хватит надолго.
Аватар пользователя Tuktarov
Tuktarov(11 лет 7 месяцев)

При условии сохранения удельной плотности энергопотока и демографии на существующем уровне.

Если посмотреть ретроспективно на рост энергопотока, то можно осторожно прогнозировать удвоение этой величины в ближайшие сто лет. Это уже снизит временнУю планку в два раза. А если за эти сто лет количество населения в нашей стране удвоится (что совсем не чудо), то на выходе, через сто лет,  мы получим ситуацию, аналогичную современной: пик ресурсов урана, прогноз конечности этого сырья в течении 100-200 лет, и вопрос, что делать дальше?)))

Аватар пользователя Omni
Omni(11 лет 7 месяцев)

Тогда торий, но это всё тупики. Надо менять образовательные стандарты и нравственность приводить к праведности - тогда смогут открыть новые принципы электрогенерации.

Аватар пользователя kokunov
kokunov(12 лет 3 недели)

За все Россию не скажу, но вот в Томской области есть около 330 тысяч тонн

Здесь я про это писал: http://aftershock.news/?q=comment/272873#comment-272873

 

Аватар пользователя AriesGoth
AriesGoth(9 лет 9 месяцев)

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A3%D1%80%D0%B0%D0%BD_%D0%BF%D0%BE_%D1%81%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B0%D0%BC

487 200 - это природный уран.

Аватар пользователя ErrorFF
ErrorFF(12 лет 2 месяца)

Да, считают видимо только конечный уран-235.

Того же урана-238 вроде и так уже под пол миллиона тонн в России лежит.

Аватар пользователя AriesGoth
AriesGoth(9 лет 9 месяцев)

нет считают всё вместе. Иначе при добыче 3000 тонн этого урана, хватило бы на 85714 тонн топлива.

Аватар пользователя Лем
Лем(11 лет 5 месяцев)

Прогнозные запасы урана на территории Тюменской области составляют 2,5-3 миллиарда тонн. Об этом публично заявил директор Западносибирского филиала Института нефтегазовой геологии и геофизики Сибирского отделения РАН Аркадий Курчиков.

http://www.rg.ru/2011/02/11/reg-ural/uran-anons.html

Комментарий администрации:  
*** Отключен (подстрекательство к бунту) ***
Аватар пользователя AriesGoth
AriesGoth(9 лет 9 месяцев)

Так это не противоречие. Речь опять идет о 1,5-2,5 млн тонн урана с содержанием U235 в 0,71% по массе.

Миллиарды в статье:

1. Это прогнозируемые запасы. Сто раз ещё переоценят.

2. В статье и в обсуждении речь идет о уране по цене 130 долларов.

3. В мировом океане урана ещё больше.

4. Технологий по извлечению нет.

В статье чётко указано: "Между тем Россия не может удовлетворить свои потребности добычей ценного сырья на отечественных рудниках. При наращивании производства атомной энергии проблема усугубится."

Аватар пользователя Лем
Лем(11 лет 5 месяцев)

Это прогнозируемые запасы. Сто раз ещё переоценят.

Даже если они ошиблись и реальные запасы в десять раз меньше,то это существенно ничего не менят.Т.к всё равно в 100 раз больше ,чем нынешние 2,5 млн т. Однако, СО РАН и такая дельта(в 10 раз) - просто несовместимы с названием СО РАН.

 Ещё раз- Однако!, Великие Укры,практически голыми руками и ,при том,хрен знает скока лет назад,выкопали котлован под Blac sea, а Вы - 130$, технологии......

Комментарий администрации:  
*** Отключен (подстрекательство к бунту) ***
Аватар пользователя AriesGoth
AriesGoth(9 лет 9 месяцев)

Что-то я не понял, что на что поделили и получили 800 лет?

Почему отсечка 130 долларов, а не допутим 230?

Аватар пользователя Tuktarov
Tuktarov(11 лет 7 месяцев)

800 лет - исходя из прамой пропорции, с учетом того, что U-235 в природе всего 0,7%.

130 долларов - с учетом современных технологий по обогащению урана. Естественно, если реальная стоимость энергии будет расти, то и эта точка будет расти. Но это, кмк, маловероятно, исходя из гиганского количества урана-238 в природе.

Аватар пользователя AriesGoth
AriesGoth(9 лет 9 месяцев)

Тогда вопрос уже был озвучен. По природному урана или по изотопу 235 оцениваются запасы.

Аватар пользователя Tuktarov
Tuktarov(11 лет 7 месяцев)

Выше ответил, как смог.

Аватар пользователя DimVad
DimVad(10 лет 6 месяцев)

"И если учитывать, что при использовании технологии БН "горит" и его брат уран-238" - понимаете, его там мало "горит". Большей частью он не делится а захватывая нейтрон превращается в плутоний-239. И его непоследственно использовать не получается  -  топливо загрязняется продуктами распада, и становится не годным. Нужно переработать топливо очистив от продуктов распада. Для этого нужно отвести его на завод и т.д. Заводы по переработке нужных объемов надо еще построить (а объемы для перевозки будут не слабыми).


Сколько всё это будет стоить - и сколько ресурсов потребует никто пока не знает. Ибо пока никто полностью замкнутый топливный цикл не продемонстрировал. Как продемонстрирует - так и можно будет всё это считать. И ещё : я очень-очень-очень... надеюсь, что с этим самым замкнутым циклом всё получится (а тем есть где словить заподлянку).

Аватар пользователя AriesGoth
AriesGoth(9 лет 9 месяцев)

И ещё, откуда следует: "Т.е. для выработки 5,56 ГВт нужно затратить одну тонну урана"???

Аватар пользователя Tuktarov
Tuktarov(11 лет 7 месяцев)

Разделив мощность на количество блоков получим среднюю мощность одного блока, равную 0,855 ГВт. Т.е. для выработки 5,56 ГВт нужно затратить одну тонну урана: 372 751/67 000 = 5,56 ГВт/тн.

Аватар пользователя AriesGoth
AriesGoth(9 лет 9 месяцев)

А цифра 67000 - это что?

Аватар пользователя Tuktarov
Tuktarov(11 лет 7 месяцев)

Ну это не вежливо - читайте статью внимательно)))

>>>Согласно данным ОЭСР, в мире функционирует 440 реакторов коммерческого назначения, которые потребляют в год 67 тыс. тонн урана.

Аватар пользователя AriesGoth
AriesGoth(9 лет 9 месяцев)

Простите. Но тогдла я всё равно не понимаю. Если у нас на тонну урана должно приходится 5,56ГВт установленной мощности, то на 488 ГВт установленной мощности надо 488/5,56=87,77 тонн?

Аватар пользователя Tuktarov
Tuktarov(11 лет 7 месяцев)

>>>Итак, для выработки 488 ГВт нам потребуется около 87 000 тн урана в год. Если вспомнить цифру 487 200, то можно прийти в ужас: урана хватит всего на 5,6 лет! Но мы забыли, что в природном уране изотопа 235 всего 0,7%. И если учитывать, что при использовании технологии БН "горит" и его брат уран-238, которого в природе остальные 99,3% (и который в официальную статистику по добыче урана не входит), то цифра получается совсем другой: 800 лет.

Аватар пользователя AriesGoth
AriesGoth(9 лет 9 месяцев)

487200 - это природный уран в котором как раз 0,7 235.

Аватар пользователя Tuktarov
Tuktarov(11 лет 7 месяцев)

На чем основана ваша уверенность? )) Ссылка на данные где?

Аватар пользователя AriesGoth
AriesGoth(9 лет 9 месяцев)

Статья АY. Ссылка в исходном материале статьи.

Аватар пользователя Tuktarov
Tuktarov(11 лет 7 месяцев)

Концы не сходятся, 45 т.тонн по общемировым запасам ,и 67 т.тонн сгорает в год. Это разной концентрации уран.

Горит 4-5%. В природе 0,72%.

Вопрос не в том, сколько в пересчете на чистый уран-235 в природе, а в каких единицах его учитывают.

Аватар пользователя AriesGoth
AriesGoth(9 лет 9 месяцев)

Кстати полностью цитата звучит так: Согласно «Красной книге по урану»[1], выпущенной ОЭСР, в 2005 добыто 41 250 тонн урана (в 2003 — 35 492 тонны). Согласно данным ОЭСР, в мире функционирует 440 реакторов коммерческого назначения, которые потребляют в год 67 тыс. тонн урана. Это означает, что его производство обеспечивает лишь 60 % объёма его потребления (остальное извлекается из старых ядерных боеголовок).

Аватар пользователя Tuktarov
Tuktarov(11 лет 7 месяцев)

И что вы этим хотели сказать?

Аватар пользователя AriesGoth
AriesGoth(9 лет 9 месяцев)

Что урана на всех не хватает при текущем колличестве реакторов..

Страницы