ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ

Электростанции
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ТИПЫ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
Тепловые станции
  • Парогенератор
  • Основные энергетические насосы КЭС
  • Газотурбинные установки
  • Теплофикационные электростанции
  • Общее знакомство с паровой турбиной ТЭС
  • Атомные станции
  • Перспективы атомных электростанций
  • Нейтрон
  • Основные компоненты ядерного реактора
  • Классификация ядерных реакторов
  • Тепловые контуры атомных станций
  • Экономическая эффективность ядерной энергии
  • Основные типы реакторов,
    принятые к промышленной реализации
  • АЭС с уран-графитовыми канальными реакторами
  • АЭС с реакторами на быстрых нейтронах (БН)
  • Неоклассическая диффузия
    в магнитном поле токамака
  •  

    Экономическая эффективность ядерной энергии

    Преимущество ядерной энергетики по сравнению с традиционными технологиями, используемыми для производства электричества, заключается прежде всего в низких операционных издержках АЭС и дешевизне ядерного топлива. При нынешней цене природного урана - около 25 долл. за кг после его обработки и обогащения - стоимость 1 кг ядерного топлива составляет примерно 800 долл. Этого количества достаточно для производства 315 тыс. кВт/ч электроэнергии. Таким образом, стоимость произведенной энергии составляет всего 0,26 центов за кВт/ч.

    В последние годы стоимость производства электричества из всех видов топлива неуклонно снижалась. Небольшое увеличение операционных расходов атомных станций в середине 80-х годов связано с тем, что после аварий на Three Mile Island и в Чернобыле возросли требования к безопасности эксплуатации станций и, следовательно, расходы на соответствующие мероприятия.

    Операционные издержки (эксплуатация плюс стоимость топлива) производства электроэнергии в США из различных видов топлива в ценах 1998 г.

    по данным US Utility Data Institute

    Однако тариф на электроэнергию определяется не только операционными, но и капитальными расходами. А ядерная энергетика имеет наибольшие капитальные затраты по сравнению с альтернативами. Необходимо также учитывать, что капитальные затраты ядерной энергетики включают не только стоимость строительства станции, но и расходы по утилизации отходов и демонтажу атомной станции после окончания ее эксплуатации. Но, несмотря на существенные капитальные издержки, ядерная энергетика доказала свою жизнеспособность даже в условиях конкурентного рынка электроэнергии.

    При проведении реформы электроэнергетики в Великобритании, которая явилась пионером в области либерализации электроэнергетического рынка, будущее АЭС оказалось под вопросом. Так как ядерная программа опиралась главным образом на поддержку государства, то капитальные затраты при строительстве и эксплуатации атомных станций оказались чрезмерными. В условиях конкурентного рынка компенсировать эти издержки, которые были названы stranded cost, было невозможно. Перед правительством стояла задача их компенсации. В результате в 1990 г. был введен 10%-ный дополнительный налог на электроэнергию в пользу АЭС, который был отменен в 1996 г. после приватизации. Однако другие страны (Финляндия, Швеция, Голландия) при переходе к конкурентному рынку избежали проблемы stranded cost и их атомные электростанции успешно работают на рынке.

    Причиной продуктивной работы атомных станций на конкурентном рынке являются низкие предельные издержки, которые ниже цены электроэнергии. Благодаря этому атомные станции используются как базовые для покрытия основной нагрузки в сети, что позволяет им вырабатывать большее количество энергии и, соответственно, получать больше выручки.

    Стоимость вырабатываемой АЭС энергии различается в зависимости от технологии станции и ее местоположения. В США средняя стоимость ядерной электроэнергии составляет 2,1 цента за кВт/ч. Однако для некоторых АЭС стоимость может составлять 1,1 цента. При этом в 1987 г. средняя стоимость энергии составляла 3,12 цента за кВт/ч. В Великобритании стоимость производства электроэнергии на АЭС снизилась с 4,5-5 пенсов за кВт/ч перед началом реформ до нынешнего уровня - менее 2 пенсов. Тарифы же для промышленных потребителей в США составляют 4 цента, а в Великобритании - около 4 пенсов за 1 кВт/ч.

    Как показывает практика, ядерная энергетика конкурентоспособна по сравнению с традиционной тепловой генерацией. Исследования, проведенные концерном Siemens, одним из ведущих производителей ядерного оборудования, показали, что при использовании реакторов типа EPR мощностью 1550 МВт и SWR-1000 стоимость производства электроэнергии (с учетом капитальных издержек) составит
    2,6 евроцента за 1 кВт/ч (при 8% дисконте), а после амортизации оборудования - 1,5 евроцента. Для сравнения: стоимость производства на газовой станции составляет
    2,5 евроцента за 1 кВт/ч.

    Особенно примечательными являются показатели финской ядерной энергетики. По сравнению с другими генерирующими предприятиями этой страны стоимость строительства АЭС (1749 евро за1 кВт установленной мощности) примерно в 3 раза превышает стоимость строительства газовых станций. Однако при коэффициенте используемой мощности более 64% атомное электричество становится самым дешевым. При коэффициенте установленной мощности в 80% стоимость производства на атомной станции составляет 2,36 евроцента за кВт/ч, тогда как стоимость производства на газовой станции - 2,69 евроцента, на угольной - 2,54, а на торфяной - 3,26 евроцента. При увеличении коэффициента используемой мощности до 90%, что сейчас является нормой для финских станций, стоимость производства на атомных станциях снижается до 2,15 евроцента, на угольных - до 2,41, а на газовых - до 2,61 (норма дисконта принималась равной 4,5%).

    Ядерная энергетика не может конкурировать с традиционной только в регионах, где малы издержки добычи энергоресурсов. Примером может служить Австралия с огромными запасами дешевого угля. Именно по этой причине в Австралии, несмотря на большие запасы урана, не развивается ядерная энергетика.

    Разброс цен на энергию показывает, что станции с более высокой стоимостью имеют возможность повысить эффективность производства. Перечислим основные факторы, способствующие повышению эффективности АЭС:

    Увеличение коэффициента используемой мощности.

    Средняя стоимость производства электроэнергии на АЭС в США

    Квартиль

    Стоимость (центов за 1 кВт/ч.)

    Средний коэффициент используемой мощности (%)

    1

    1,43

    88,5

    2

    1,69

    86,3

    3

    2,04

    83,4

    4

    3,88

    60,1

    Источник: Nuclear Energy Institute

    Из таблицы следует, что стоимость производства обратно пропорциональна загрузке станции. Сегодня коэффициент используемой мощности более 2/3 реакторов в мире превышает 75%, тогда как в 1992 г. этот показатель составлял 67%. Лучшими в этом отношении являются финские АЭС, где средний коэффициент равен 95%. Для японских реакторов он составляет более 80%, а для французских - 71,2%.

    Увеличение объема производства. Этот вывод непосредственно следует из увеличения коэффициента используемой мощности. Во всех странах, где была проведена либерализация рынка электроэнергии, производство энергии на АЭС выросло (например, в Великобритании). Одной из причин удешевления ядерной электроэнергии был рост ее производства (на старых мощностях) с 41 млрд кВт/ч в 1992 г. до 67 млрд кВт/ч в 1997 г.

    Снижение операционных издержек. Достигается путем более рационального распределения ресурсов и применения новых технологий. К примеру, после либерализации энергетического рынка в Великобритании количество служащих атомных станций уменьшилось с 8200 до 5000 человек. Текущие капитальные расходы атомных станций в США снизились с 60-70 долл. за 1 кВт установленной мощности в год в середине 80-х годов до 20-30 долл. в 90-х годах. Улучшение технологии позволило более эффективно использовать ядерное топливо. Так, на реакторах фирмы Siemens количество энергии, получаемой из 1 кг топлива, увеличилось с 30 МВт*дней в 1974 г. до 45 МВт*дней в 1998 г.

    К этой же категории можно отнести сокращение цикла перезагрузки топлива, что также достигается совершенствованием технологии. К примеру, в США средний период перезагрузки топлива в 1990 г. составлял 78 дней. В 1998 г. этот процесс в среднем занимал 48 дней, а на некоторых станциях производится менее чем за 25 дней.

    В будущем повышению относительной эффективности атомных станций может способствовать ужесточение экологических требований. Мы уже упоминали, что в стоимость ядерного электричества уже включены издержки по утилизации отходов. Тепловые же станции сегодня подобных расходов не несут. Но в связи с требованиями по сокращению выбросов двуокиси углерода в атмосферу экологические требования к тепловым электростанциям, прежде всего угольным, будут повышены. Это неминуемо приведет к росту стоимости производства электроэнергии на тепловых станциях и к повышению конкурентоспособности АЭС. Уже сейчас ужесточение экологических норм приводит к росту расходов на очистку выбросов. Так, с 1987 г. по 1998 г. затраты на экологические мероприятия американских энергокомпаний возросли с 3 млрд долл. до 6 млрд (в ценах 1993 г.). Ожидается, что в ближайшие 10-15 лет ежегодные расходы достигнут почти 22 млрд долл.

    Продление срока службы реакторов. Первоначально предполагалось, что ядерные реакторы будут эксплуатироваться в течение 40 лет. Но благодаря совершенствованию технологии срок службы реакторов может быть продлен до 60 и даже до 70 лет. Продление срока службы, естественно, требует дополнительных капитальных затрат, однако эти затраты существенно меньше, чем при строительстве новых станций (примерно 300 млн долл. и около 2 млрд долл. соответственно). Заметим, что первые британские АЭС, построенные в 50-х годах, - Calder Hall и Chapelcross - до сих пор находятся в эксплуатации, хотя первоначально планируемый срок их работы составлял 20 лет.

    Еще одно преимущество атомных станций перед обычными тепловыми - малая чувствительность к изменению цены топлива. На рис. 5 дан график изменения стоимости производства электроэнергии при изменении цены топлива (расчеты проводились для финских электростанций).

    Изменение стоимости производства электроэнергии при изменении стоимости топлива

    по данным Uranium Information Center

    Увеличение стоимости ядерного топлива в 2 раза приведет к росту цены на электроэнергию на 9%, тогда как аналогичные изменения для угля приведут к удорожанию электроэнергии на 31%, а для газа - на 66%.

    ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ