635 / 5 000
Поставки вторичного урана
Уран уникален по сравнению с другими видами энергетического топлива тем, что существенная доля спроса исторически удовлетворялась за счет вторичных источников поставок, а не только за счет первичных источников поставок (т. е. добыча полезных ископаемых). Существуют три основных источника вторичных поставок уранового ядерного топлива: обогатители, переработка и склады. На диаграммах ниже показано недавнее историческое разделение между первичными и вторичными поставками, а также показано недавнее историческое распределение вторичных поставок урана между обогатителями, переработкой и запасами, при этом запасы далее распределяются между коммерческими и государственными.
Обогатители: подпитка и дообогащение
Значение вторичных поставок от обогатителей возросло за последние 22 с лишним года. В 2019 году на обогатители приходилось 30% мировых вторичных поставок урана и 10% мировых поставок. Это сопоставимо с 1998 годом, когда на долю обогатителей приходилось всего 15% мировых вторичных поставок и 4% мировых поставок. Эта форма вторичного предложения существует только из-за избыточных глобальных мощностей по обогащению (ЕРР), временное отключение которых очень дорого из-за больших постоянных и низких переменных затрат. Избыточным мощностям обогащения также способствует характер центрифужной технологии, непрерывный процесс, который нелегко сократить; по сути, центрифуги должны продолжать вращаться, чтобы избежать сбоев. Более высокие цены в старых контрактах, которые поддерживают существующее производство, еще больше увеличивают способность обогатителей поставлять уран. Вторичные поставки от обогатителей ограничены имеющимися свободными мощностями. Таким образом, этот источник вторичного предложения сокращается по мере старения и закрытия мощностей по обогащению, а также по мере увеличения спроса на услуги по обогащению. Обратное также верно. Вторичные поставки от обогатителей производятся в результате двух процессов: повторного обогащения хвостов и подпитка.
Дообогащение хвостов
Повторное обогащение хвостов — это когда обогатители используют избыточные мощности по обогащению для переработки обедненного урана или хвостов, полученных в результате первоначального обогащения природного урана.
Подпитка
Подпитка – это когда обогатители используют избыточные обогатительные мощности для извлечения большего количества 235U для подачи природного урана. Иными словами, обогатители могут извлекать такое же количество урана-235 из меньшего количества урана. За счет уменьшения количества урана, необходимого для производства законтрактованных количеств обогащенного урана, создается запас урана, который можно продать. Это достигается за счет увеличения времени нахождения сырья U в центрифугах. Переработка небольшого, но потенциально крупного источника поставок Переработка или переработка отработавшего топлива, при том что всего 9% мировых вторичных поставок U3O8 в 2019 году и всего 5% мировых мировых поставок U3O8 в 2019 году, является потенциально очень крупным источником вторичных поставок. Это связано с тем, что примерно 96 % отработавшего топлива, выгруженного из коммерческого ядерного реактора, представляет собой исходный урановый топливный материал, из которого менее 1 % (часто 0,4–0,8 %) приходится на 235U. Из оставшихся 4% от общего количества отработавшего топлива немногим менее 1% приходится на плутоний, а остальное составляют отходы, продукты деления и другие отходы. Перед повторным использованием в качестве топлива отработавшее топливо должно быть переработано для отделения урана, плутония и отходов. По оценкам WNA, по состоянию на конец 2017 года запасы раздельного урана и плутония были эквивалентны запасам первичного природного урана примерно на три года.
На сегодняшний день большая часть переработанного топлива представляет собой плутоний, который затем смешивают с обедненным ураном (побочным продуктом обогащения) для создания смешанного оксидного или МОКС-топлива реактора. МОКС-топливо, состоящее примерно из 7-11% плутония, смешанного с обедненным ураном, эквивалентно топливу из оксида урана, обогащенному примерно до 4,5% 235U, с изменениями в эквивалентности, зависящими от концентрации делящегося изотопа плутония в плутонии, извлеченном из отработавшего топлива, и анализ хвостов обедненного урана. Только небольшое количество реакторов во всем мире настроено и лицензировано для использования МОКС-топлива, и это ограничивается экономическими и технологическими факторами. Например,
МОКС-топливо становится более экономичным, когда цена на уран возрастает, а потребность в сокращении объемов отработавшего топлива возрастает. Однако сегодня, учитывая относительно низкую цену на U3O8 и высокую стоимость как переработки, так и изготовления МОКС-топлива, основной мотивацией для использования МОКС-топлива является необходимость сокращения запасов выделенного плутония, образовавшегося в результате прошлой переработки, а не экономия энергетических реакторов. . Это связано с тем, что выделенный плутоний можно относительно легко транспортировать и хранить, создавая риск кражи для использования в ядерном оружии. Уран, извлеченный из отработавшего топлива, называемый переработанным ураном (RepU), по большей части хранится для повторного использования в будущем, когда экономические и технические факторы более благоприятны. Одним из запретительных экономических соображений является высокая стоимость, связанная с необходимостью специальных установок по конверсии, обогащению и изготовлению.
Запасы урана - основной источник
Запасы или инвентарные запасы являются крупнейшим источником вторичных поставок урана. В 2019 году сокращение запасов составило 51% мировых вторичных поставок урана и 15% мировых поставок. Однако этот вклад уменьшился с 1998 года, когда запасы составляли 74% мирового вторичного предложения и 20% общего мирового предложения. Эти запасы обычно поступают либо из государственных, либо из коммерческих источников. Категория государственных запасов в основном охватывает стратегические военные запасы, находящиеся в собственности правительств России и США. Категория коммерческих запасов включает запасы, находящиеся в распоряжении коммунальных служб, поставщиков, торговых компаний и инвестиционных фондов.
С 1990-х и начала 2000-х годов значение государственных запасов во вторичных поставках уменьшилось по мере того, как запасы США и России были истощены, а две страны все больше отдавали приоритет своим стратегическим запасам ядерного топлива. Вклад коммерческих запасов во вторичные поставки в последние годы возросло, поскольку запасы производственных и коммунальных служб, которые быстро росли после аварии на АЭС «Фукусима» в Японии, недавно сократились.
Управление ядерными отходами
Обращение с отходами является последним этапом в ядерном топливном цикле и, вероятно, чаще всего неправильно понимается. Тепловое производство электроэнергии производит отходы, какое бы топливо не использовалось. Эти отходы должны быть утилизированы для защиты здоровья человека и окружающей среды. Атомная энергетика — единственная энергетическая отрасль, которая взяла на себя полную ответственность за все свои отходы и включает их в продукт. При обращении с радиоактивными отходами используются три основных принципа: 1) концентрирование и содержание; 2) Разбавление и рассеивание; и 3) Задержка и распад.
Атомная энергетика характеризуется получением большого количества энергии из небольшого количества топлива. Таким образом, количество отходов, соответственно, очень мало. Однако большая часть отходов является радиоактивными, что требует обращения с ними как с опасными отходами. Радиоактивные отходы обычно подразделяются на три уровня:
Низкоактивные отходы, которые составляют около 90% объема, но только 1% радиоактивности всех радиоактивных отходов;
Отходы среднего уровня активности, составляющие 7 % объема и обладающие 4 % радиоактивности всех радиоактивных отходов;
и высокоактивные отходы, которые составляют 3% от объема всех радиоактивных отходов и содержат 95% радиоактивности.
Учитывая чрезвычайно высокое количество энергии, производимой по отношению к объему ядерного топлива, отходы, образующиеся при производстве ядерной энергии, невелики по сравнению с другими формами производства электроэнергии. По оценкам Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), со всех когда-либо эксплуатировавшихся атомных электростанций было выгружено 370 000 тонн (т) отработавшего топлива с тяжелыми металлами; и что 120 000 т из них были переработаны. По оценкам МАГАТЭ, все высокоактивные ядерные отходы на планете занимают объем в 22 000 м3, что примерно эквивалентно трехметровому зданию, занимающему площадь размером с футбольное поле. Для сравнения, Американская ассоциация угольной золы в своем отчете «Обзор производства и использования угля» подсчитала, что только в США в 2014 году было произведено 120 млн тонн угольной золы.