Урановые ресурсы России в разрезе быстрой энергетики

К моему великому сожалению, последний год дискусия на Афтершоке сильно продрейфовала от экономической и технологической в сторону политики, Украины и т.п. Особенно это заметно по Анпилогову (AY).  Я же попробую поплыть против течения, и вернутся к теме будущего ядерной энергетики.

Инженерная модель БН-800.

Как-то раз я уже задавался вопросом: как быть с тем фактом, что относительно небольшое количество плутония в хранилищах Росатома и отработанном ядерном топливе (далее - ОЯТ), а так же длительное время удвоения количества плутония (путем конверсии из U238) не позволяют построить сотни гигаватт быстрых реакторов за век? И тут же, в обсуждении многие дали вопрос - берем U235, который, слава богу еще не закончился, пихаем его в качестве стартового топлива в БН и получаем нужное количество плутония.  

При упрощенном моделировании ЗЯТЦ при старте на имеющемся плутониевом инвертаре мы получаем долгое саморазвитие с ускорением на уровне 110-120 блоков БН-1200 - именно это количество уже позволяет увеличивать ЗЯТЦ энергетику темпом, который будет ограничиваться только строителями, а не наличием плутония. Оптимистичная модель только на плутонии выходит к этому количеству за 50 лет.

Если добавить уран, то все становится гораздо оптимистичнее. Всего 30 тысяч тонн природного урана удвоят наш запас делящегося материала и приблизят срок достижения самодостаточности до 34 лет. 65 тысяч позволяет отстроится до этого уровня за 27 лет, и это уже будет довольно грандиозная программа ввода 4-5 блоков каждый год - до триллиона рублей в сегодняшних ценах. 

Остается маленькая проблема, по сути которой я хотел бы процитировать вот эту статью 2012 года

добыча урана. Собственное производство в России составляет 3,56 тысяч тонн, и ещё примерно полторы тысячи тонн дают принадлежащие "Росатому" рудники в Казахстане. При этом потребление составляет 9 тысяч тонн уже сейчас. Пока дефицит покрывается за счёт демонтируемого ядерного оружия, однако к 2016-му этот источник иссякнет. Дополнительные проблемы в этом отношении создал российско-американский договор ВОУ-НОУ, подписанный в 90-х по поводу тяжёлого безденежья, и предусматривавший экспорт переработанного в топливо оружейного урана в США до 2013 года. Дальше будет хуже - если планы по развитию атомной энергетики будут реализованы, то к 2020-му потребность в уране составит 26-28 тыс. тонн в год.

Возможности для наращивания добычи есть, но они своеобразны. Основные перспективы связаны с освоением Эльконского месторождения в южной Якутии, на которое приходится почти половина российских запасов урановых руд. Однако качество руд в месторождении достаточно низкое - содержание урана составляет 0,15% (в канадских рудниках оно составляет до 1%). Это сочетается с очень глубоким залеганием - 400-1200 метров, восьмибалльной сейсмичностью и типично якутским климатом - между тем, вечная мерзлота сильно осложняет шахтную добычу полезных ископаемых. В итоге себестоимость урана весьма высока. Возможные объёмы добычи также ограничены - даже в оптимистическом случае к 2025 году Элькон сможет дать около 5 тыс. тонн ежегодно. Таким образом, внутреннее производство сможет покрыть потребности атомной отрасли менее, чем на треть. Принадлежащие "Росатому" активы в Казахстане способны дать ещё 1,9 тыс. тонн.

Попробуем разобратся, откуда же взялся дефицит урана. 12 гигаватт отечественных ВВЭР-1000, 11 гиваватт РБМК и 2,65 гигаватта ВВЭР-440 отвественны за ~4800 тонн. Транспортные (АПЛ и ледоколы) и исследовательские реакторы, включая БН-600, потребляют еще примерно эквивалент 500 тонн природного урана.  21 зарубежный ВВЭР-1000 и 17 ВВЭР-440 отвественны еще за 5400 тонн потребления природного урана. Эти, расчитанные мною цифры сходятся с оценкой, с учетом того, что с 2006 года зарубежом было введено в строй 3 реактора ВВЭР-1000. 

- 5,0 тысяч тонн для обеспечения потребностей российских ядерных реакторов (включая транспортные),
- 4,2 тысячи тонн для экспорта ТВС. 

Источник - доклад «Роснедра», ФГУП ВИМС, «Урангеологоразведка» и ВНИИХТ на научно-практической конференции «Недра-2006» (Москва).

Итого, мы получаем 10700 ежегодно расходуемого урана. Кроме того, каждый запуск нового энергоблока (например ВВЭР-1200) обходится в 600-700 тонн урана. Есть так же и небольшие продажи урана западным потребилям. Округлим потребление урана до 11500 тонн. 

Теперь посмотрим приход урана. В 2013 году в Росси уран добывался на трех рудниках. 

1) Приаргунский - 2133 тонны.

2) Хиагда - 440 тонн.
3) Далур - 562 тонны.

Добыча в России получается 3135 тонн. 

Кроме России, Росатом добывает уран и в других странах. Общая добыча, по словам Кириенко, в 2013 году составила 8400 тонн. Кроме того, из иностранных заказчиков, как минимум Украина добывает для своих ТВС 800 тонн урана. Кроме того есть незначительные приходы регенерированного урана (переработка ОЯТ ВВЭР-440 и БН-600) и прокрутка старых хвостов газодифузионного обогащения. Округлим приход урана до 9500 тонн. 

Таким образом, за последние 5 лет, прикладывая довольно значительные усилия по наращиванию добычи урана Росатом сократил дефицит до 2000 тонн в год. Эта дельта сегодня компенсируется из избыточных запасов ВОУ, вынутых из старых ядерных боеголовок и просто лежавших на складах СССР. Этот запас оценивается в примерно 600 тонн, из которого сегодня извлекается 10 тонн ежегодно. 

Возвращаясь к изначальной модели построения 65000 природного урана - это ~325 тонн U235. Текущих советских запасов хватает, если мы прямо сегодня переключимся на ускоренное строительство энергетики на ЗЯТЦ! Какая запасливая страна была. Если же предположить более инерционный сценарий, со строительством и снабжением 16 экспортных гигаватт и 4 дополнительных внутри страны (остальные - замещающие первое поколение), то разрыв может увеличится до ~6000 тонн, с потреблением 30 тонн U235 ежегодно. Тогда через 20-30 лет (в зависимости от темпа ввода мощностей) запасы ВОУ полностью исчерпаются и раньше чем к 2070 году мы быструю энергетику не получим. 

Что бы не вставать 2 раза, вспомнил про Эльконское месторождение. Когда говорят, что Россия обладает одними из крупнейших запасов урана в мире (попадает в пятерку с очень оптимистичными запасами, скажем, 600 тысяч тонн), то говорят именно про Элькон. Все остальные, работающие, месторождения не имеют в совокупности и 70 тысяч тонн запасов. 

Если исходить из нижеприведенных источников, то освоение Эльконских месторождений будет еще тем дорогостоящим гемором.
http://www.vipstd.ru/gim/index.php?option=...id=77&ed=11
http://www.mining-media.ru/ru/article/newt...stochnoj-sibiri
В Союзе Южное Эльконское месторождение собирались осваивать следующим способом. 

Планировалось вскрытие месторождения по простиранию штольней-тоннелем протяженностью 20 км и 13 стволами шахт глубиной 1300-1900 м. Годовая производительность по руде – 3,8 млн т, по урану – 5175 т. Попутная добыча золота – 1 т, молибдена – 370 т. Для переработки золотоурановых руд планировалось построить гидрометаллургический завод с автоклавным вскрытием. Общие капиталовложения планировались в объеме 3,2 млрд р. (в ценах 1977 г.)

Исходя из того, что пишется об особенностях геологии Эльконовского рудного поля, работы на нем будут заметно дорогими. 

Исследования по изысканию технологии подземной разработки урановых месторождений в этом районе начаты в 2007 г. При этом было установлено, что эффективная стратегия отработки месторождений урана Эльконского рудного поля должна быть основана на решении новых, нетрадиционных задач при проектировании и реализации всех технологических процессов подземной добычи урана, что определяется, в первую очередь, следующими факторами:

- резко континентальным климатом с высоким перепадом температур, оказывающим значительное влияние на формирование криолитозоны и управление тепловым режимом шахт в зоне пониженных температур горного массива (от -5...7°C и до +8... + 10°C). По данным ИМЗ СО РАН глубина распространения пониженных температур в этом регионе превышает 600 м от поверхности и достигает отметки 800-1000 м. В связи с этим возникает проблема пылеподавления и обеспечения безопасности радоновыделения в условиях пониженных температур, необходимость обеспечения экологической безопасности поверхностных и подземных водных ресурсов;

- высоким уровнем сейсмичности (более 7 баллов), что указывает на высокий уровень концентрации тектонических напряжений, определяющих напряженно-деформированное состояние (НДС) массива, изменения которого необходимо учитывать при проходке шахтных стволов, подготовительных и очистных выработок и на весь период эксплуатации горного предприятия; - приуроченностью оруднения к тектоническим разломам, что затрудняет обеспечение безопасности и эффективности ведения горных работ.

Из производственного опыта известно, что низкотемпературный режим горных пород и подземных вод в вечной мерзлоте, как и весь комплекс ее природных условий, оказывают весьма неблагоприятное влияние на все процессы горного производства. Это связано с высокой плотностью и вязкостью мерзлых пород, предопределяющих повышенную энергоемкость их разрушения и высокую степень пылеобразования при бурении и взрывных работах.

Именно эти причины все время заставляют говорить о добыче урана на Эльконе в будущем времени. Серьезной разведкой и планированием добычи урана там занимались еще в 60х. 

Что ж, подведем итоги:

-В стране есть необходимые стартовые запасы делящихся материалов для построения экономики, базирующейся на атомной энергетике с замкнутым ядерным циклом, устойчивой по природным ресурсам как минимум на тысячи лет.

-Минимальным уровнем такой энергетики, с которого начинает идти быстрое накопление плутония, позволяющее вводить реакторы любым темпом (по строительным ограничениям) является уровень в 120-140 гигаватт (эл). Этого уровня, в зависимости от обстоятельств и наличия ресурсов делящихся материалов можно достичь по реалистичным оценкам за срок в 25-50 лет.
-Однако в этих ресурсах могут пробить дырку экспортные планы строительства АЭС Росатомом. При существующей ситуации горизонт начала недостатка ДМ для всех проектов - 2025 год.
-У нас в стране есть месторождение урана, которое потенциально позволяет и рыбку съесть (строить АЭС на экспорт) и косточкой не подавится, однако существует немалые риски, что в ситуации business as usual оно не будет начато к разработке.