Оценки конкурентоспособности перспективных ядерных топливных циклов и их компонентов на основе международного программного комплекса энергетического планирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.03, кандидат технических наук Федорова, Елена Викторовна

• Федорова, Елена Викторовна
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Федорова, Елена Викторовна

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ И СОВРЕМЕННЫЕ ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА ПЕРСПЕКТИВ РАЗВИТИЯ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

1.1. Методологические подходы, используемые в системном анализе ядерных энергетических систем: достоинства и недостатки

1.1.1. Аналитический подход

1.1.2. Имитационный подход

1.1.3. Оптимизационный подход

1.2. Международные инициативы в области развития ядерной энергетики организации глобального ЯТЦ

1.3. Требования к современным программным средствам оценки ядерных стратегий

1.4. Современные системные модели и тенденции их совершенствования

1.4.1. Имитационные системные модели ЯЭ

1.4.2. Оптимизационные модели ЯЭ

1.5. Среда энергетического планирования MESSAGE

Выводы к главе 1

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА РАЗРАБОТКИ РАСЧЕТНЫХ СХЕМ ДЛЯ ОЦЕНКИ СИСТЕМ ЯЭ С РАЗЛИЧНЫМИ ВАРИАНТАМИ ЯДЕРНЫХ ТОПЛИВНЫХ ЦИКЛОВ

2.1. Особенности описания топливных и энергетических потоков системы ЯЭ в среде моделирования MESSAGE

2.2. Выбор расчетного интервала и глубины прогнозирования в задачах поиска оптимальных стратегий развития ЯЭ

2.3. Ресурсы природного урана. Добыча и конверсия природного урана

2.4. Обогатительные производства

2.5. Расчет производства ядерного топлива

2.6. Загрузка активной зоны и ежегодные перегрузки. Переход от единиц

измерения массы к энергетическим единицам. У чет расхода значимых материалов

2.7. Переработка ОЯТ. Особенности задания экономических

характеристик перерабатывающего предприятия в среде моделирования

MESSAGE

2.8. Особенности описания хранилищ ОЯТ

2.9. Подходы к учету задержек ЯТЦ

2.10. Верификация методики разработки расчетных схем ЯТЦ

Выводы к главе 2

ГЛАВА III. ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТОДИКИ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЯДЕРНЫХ ЦИКЛОВ В ПРОГРАММНОЙ СРЕДЕ MESSAGE ДЛЯ ОЦЕНКИ КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

3.1. Оценка конкурентоспособности АЭ в масштабах ТЭК России

3.2. Оценка перспектив строительства российской АЭС в Беларуси с помощью модели межрегионального энергообмена

3.3. Оценка конкурентоспособности перспективных ядерных технологий в двухкомпонентной системе АЭ с быстрыми натриевыми реакторами (БН) и расширенным воспроизводством топлива

Выводы к главе 3

ГЛАВА 4. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА КРИТЕРИАЛЬНЫХ ОГРАНИЧЕНИЙ В СРЕДЕ MESSAGE ДЛЯ ЗАДАЧ ОПТИМИЗАЦИИ СТРУКТУРЫ ГЛОБАЛЬНОЙ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

4.1. Исходные данные и описание моделей

4.2. Неограниченные запасы урана (могут быть использованы категории запасов a,b,c,d,e)

4.3. Ограниченные запасы урана (могут быть использованы категории запасов а,в,с)

4.4. U-Pu-Тн ЯТЦ и ограниченные запасы урана (могут быть использованы категории запасов а,в,с)

4.5. Влияние обогащения отвалов на результаты базовых расчетов

Выводы к главе 4

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

131

Обозначения и сокращения

GNPI Инициатива «Глобальная ядерно-энергетическая инфраструктура»

GNEP Инициатива «Глобальное партнерство в ядерной энергетике»

АЭС атомная электростанция

БН быстрый натриевый реактор

BAO высокоактивные отходы

ЕРР единицы разделительных работ

ИЯЭС инновационные ядерно-энергетические системы

ЛВР легководяной реактор

МА минорные актиниды

МАГАТЭ Международное агентство по атомной энергии

НОУ низкообогащенный уран

ОЯТ отработавшее ядерное топливо

РАО радиоактивные отходы

РБН реактор на быстрых нейтронах

РТН реактор на тепловых нейтронах

тТМ тонн тяжелых металлов

ЯЭ ядерная энергетика

ЯЭУ ядерно-энергетическая установка

ятц ядерный топливный цикл

AGR усовершенствованный газоохлаждаемый реактор

GCR газоохлаждаемый реактор

PHWR реактор на тяжелой воде

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оценки конкурентоспособности перспективных ядерных топливных циклов и их компонентов на основе международного программного комплекса энергетического планирования»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы.

Рост экономики и сопутствующее ему повышение энергопотребления вынуждают многие страны активно развивать генерирующие мощности. Стремление к повышению энергетической и экологической безопасности заставляют страны активнее использовать атомную энергию. В настоящее время во многих странах разработаны и реализуются проекты интенсивного развития ядерной энергетики. Согласно прогнозам МАГАТЭ, мировой рост ядерных генерирующих мощностей составит от 35% до 120% к 2030 г.

Формирование стратегии развития ядерной энергетики, независимо от того, идет речь о национальных, региональных или глобальных масштабах, неизбежно потребует оценки ее возможной роли в обеспечении устойчивого развития экономики, и, следовательно, сравнения различных ядерных сценариев наряду с оценкой ядерного с неядерными способами производства энергии. Необходимость использования программных средств системного моделирования при выработке стратегий развития таких сложных систем, как ядерная энергетика и ТЭК в целом, представляется очевидной, поэтому оценка ядерных стратегий является обязательной составляющей исследований, которые проводятся в рамках национальных и международных ядерных инициатив. За более чем 50—летнюю историю развития области ядерного моделирования было создано большое количество программных средств, предназначенных для решения задач, возникавших по мере развития ядерной науки и промышленности, однако системные факторы рассматривались как второстепенные или оставались за рамками рассмотрения. Выдвижение новых международных ядерных инициатив в начале 2000-х годов повлекло за собой разработку программных средств, которые могли бы не только использоваться внутри сообщества разработчиков перспективных ядерных установок, но и способствовали бы процессу принятия

решений в области ядерной энергетики как части общей системы энергоснабжения.

Степень разработанности проблемы исследования.

В 70-х - 80-х годах было разработано значительное количество оптимизационных моделей развивающейся ЯЭ. Задачи, которые ставились в то время перед разработчиками системных моделей ЯЭ, и ограниченные возможности вычислительной техники обусловили упрощенное описание топливного цикла, которое использовалось в оптимизационных моделях. Основным исследуемым вопросом был вопрос обеспечения топливом будущей национальной ядерной энергетики. Поэтому задачи оптимизации заключались в поиске структуры ЯЭ, обеспечивающей либо максимальную экономию природного урана, либо минимум денежных затрат в условиях ограниченности запасов природного урана. Вопросы обращения с отходами, защищенности от угрозы распространения ядерного оружия, экологические аспекты ЯЭ, учет накопленного за предысторию развития ЯЭ ОЯТ и плутония обсуждались лишь в отдельных работах [7]. Современные оптимизационные модели предполагают детальное описание всех основных переделов открытых и замкнутых топливных циклов, включающих перспективные ядерные установки и предприятия ЯТЦ. Новый уровень осознания проблем, связанных с широкомасштабным развитием ЯЭ ставит задачу поиска решения, наиболее приемлемого не только с точки зрения традиционного экономического критерия. В современных оптимизационных моделях наряду с экономическими должны учитываться экологические и социально- политические факторы.

Объектом исследования являются развивающиеся системы ЯЭ.

Предмет исследования - модели и математические методы анализа развивающихся систем ЯЭ.

Цель и задачи исследования. Целью работы является совершенствование методологии оценки стратегий развития ядерно-энергетических систем, разработка расчетных схем традиционных и инновационных ЯТЦ, выявление

конкурентоспособности ЯЭ и перспективных ЯЭУ. Задачами исследования стали:

- разработка методики формирования расчетных схем ЯТЦ;

- формирование расчетных схем ЯТЦ и их компонентов;

- верификация расчетных методик с помощью комплексов программ по ЯТЦ, рекомендованных МАГАТЭ;

- оптимизационная оценка стратегий развития ЯЭ с различными вариантами ЯТЦ и конкурентоспособности традиционных и инновационных ядерных технологий.

Информационная база исследования включала отечественные и зарубежные периодические издания, материалы конференций, интернет-ресурсы, аналитические материалы и базы данных российских и зарубежных профильных институтов и организаций.

На защиту выносятся:

- методика формирования расчетных схем традиционных и инновационных ЯТЦ, предназначенная для оценки конкурентоспособности ЯЭ и ядерных технологий в современной среде энергетического планирования MESSAGE;

- оптимизационная расчетная схема ТЭК России с ЯТЦ ВВЭР-1000, учитывающая производство не только электроэнергии, но и тепла;

- оптимизационная расчетная схема ЗЯТЦ России для оценки конкурентоспособности БН в рамках работ по новой технологической платформе ЯЭ России;

- оптимизационная расчетная схема межрегионального энергообмена между Россией и республикой Беларусь для оценки перспектив строительства АЭС в республике Беларусь;

- оптимизационная расчетная схема глобальной ЯЭ с U-PU-Th ЯТЦ и результаты применения метода критериальных ограничений в задачах замыкания глобального ЯТЦ.

Научная новизна работы:

- впервые разработана оптимизационная расчетная схема ТЭК России, которая включает описание всех основных переделов ЯТЦ и позволяет оценивать конкурентоспособность ЯЭ с учетом спроса не только на производство электроэнергии, но и тепла.

- впервые разработана оптимизационная расчетная схема ЯТЦ России, включающая варианты быстрых натриевых реакторов с разными параметрами воспроизводства, и оценена их конкурентоспособность в структуре ЯЭ в рамках работ по новой технологической платформе ЯЭ России.

- впервые разработана оптимизационная расчетная схема глобельной ЯЭ на базе смешанного U-Pu-Th ЯТЦ и выполнена оценка стратегий ее' развития при различных наборах критериальных ограничений.

Практическая значимость работы:

- предложенная методика обеспечивает корректное формирование материальных балансов ЯТЦ, что позволяет использовать ее для решения задач оптимизации структуры ЯТЦ и выявления направлений повышения конкурентоспособности ЯЭ;

- разработанные расчетные схемы перспективных ЯТЦ, включающие инновационные ЯЭУ, могут использоватьс я для обоснования их места и роли в стр) ктуре ЯЭ.

Личным вкладом соискателя в представленную работу является:

- разработка методики формирования расчетных схем ЯТЦ в среде MESSAGE;

- выполнение тестовых расчетов для верификации предложенной методики; -разработка схемы ТЭК России с ЯТЦ ВВЭР-1000, выполнение расчетного анализа влияния изменения цен на газ на конкурентоспособность ЯЭ;

- разработка схемы ЗЯТЦ России, выполнение расчетного анализа места БН с различными коэффициентами воспроизводства в структуре ЯЭ;

- разработка расчетной схемы межрегионального энергообмена, выполнение расчетного анализа конкурентоспособности АЭС в республике Беларусь;

- разработка расчетной схемы глобальной ЯЭ, выполнение расчетного анализа влияния критериальных ограничений на формирование оптимальной стратегии развития глобальной ЯЭ.

Апробация результатов диссертации. Лекции по разработанной методике были прочитаны на тренингах МАГАТЭ по программе MESSAGE (Киев, Украина, 2005; Братислава, Словакия, 2006; Загреб, Хорватия, 2007; Загреб, Хорватия, 2009). Результаты работы докладывались на рабочих совещаниях МАГАТЭ по программе ИНПРО (Вена, Австрия, 2005, 2006, 2009), на рабочем совещании МАГАТЭ по обмену опытом использования программных комплексов энергетического планирования (Сеул, Корея, 2006), на Международных конференциях «ENERGY STRAT'2004» (Москва, 2004), «Безопасность АЭС и подготовка кадров» (Обнинск, 2005, 2007); GEOBAE-2009 (Париж, Франция, 2009).

Опубликованность результатов диссертации. По материалам диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 6 статей в научных рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК, 1 - в материалах конференций, 4 - в тезисах докладов на конференциях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографического списка, включающего в себя 112 наименований. Работа изложена на 138 страницах с 60 иллюстрациями и 17 таблицами.

В главе I дан аналитический обзор методологических подходов и программных средств, используемых в оценках ядерных энергосистем. Показано, что на современном этапе перехода к масштабному развитию ЯЭ на основе реакторов нового поколения и перспективных топливных циклов формулируются новые требования к программным средствам оценки стратегий развития ЯЭ и ЯТЦ.

В §1.1 рассмотрены методологические подходы, их достоинства и недостатки. Отмечено, что развитие вычислительной техники и вычислительных ме-

тодов привело к вытеснению аналитических моделей современными программными продуктами, реализующими имитационный или оптимизационный подходы. Имитационный подход позволяет описывать системы с большой степенью детализации, однако, в отличие от оптимизационного подхода, не предусматривает направленного поиска лучшего варианта развития системы по сравнению с исследуемым вариантом.

В §1.2 показано, что в условиях масштабного развития ЯЭ и глобализации рынка услуг ЯТЦ изменились задачи в области расчетных оценок. Оценка конкурентоспособности ЯЭ, способной обеспечить устойчивое развитие экономики, должна учитывать не только экономические, но и экологические и социально-политические характеристики. Реализация многосторонних подходов к организации ЯТЦ предполагает, в частности, детальное рассмотрение региональных особенностей формирующейся глобальной ядерной энергетики.

В §1.3 обозначены новые требования к программным средствам. Конечная цель проведения расчетных оценок состоит в предоставлении точной «прозрачной» и всеобъемлющей информации лицам, принимающим решение, поэтому результаты системных исследований должны быть понятны не только внутри сообщества разработчиков перспективных ядерных установок, но и способствовать процессу принятия решений в области ЯЭ.

В §1.4 дан обзор состояния дел в области оценки стратегий развития ЯЭ и ЯТЦ и отмечены направления развития и совершенствования существующих программных средств. Системные ядерные модели наиболее активно разрабатываются в США. Подавляющее большинство программных средств реализуют имитационный подход.

Работы в области оценки стратегий развития ЯЭ и ЯТЦ ведутся в направлениях: повышения точности расчетов моделей, описывающих поведение компонентов топливного цикла; повышения степени детализации описания организации топливного цикла (включая стадию окончательного захоронения); увеличения расчетного интервала (до 100 и более лет); возможности расчета эко-

номических, экологических и социально-политических индикаторов; возможности учета региональных факторов организации глобального ЯТЦ; возможности многокритериальной оценки перспектив развития систем ЯЭ.

В §1.5 описаны возможности среды энергетического планирования MESSAGE и принципы организации пользовательского интерфейса.

В главе II описана предложенная автором методика разработки расчетных схем для оценки систем ЯЭ с различными вариантами ЯТЦ в среде MESSAGE.

В §2.1 рассмотрены особенности описания топливных и энергетических потоков системы ЯЭ. В отличие от традиционных расчетных схем, разрабатываемых для решения задач оптимизации энергосистем с углеводородными энергоносителями, моделирование ядерных топливных цепочек предполагает описание энергетических потоков и потоков материалов в рамках одной расчетной схемы.

В §2.2 обсуждается выбор расчетного интервала и глубины прогнозирования в задачах поиска оптимальных стратегий развития ЯЭ. Для корректного учета задержек ЯТЦ следует использовать шаг моделирования 1 год. Длительный жизненный цикл установок ядерного топливного цикла Tpe6veT рассмотрения сценариев развития ЯЭ на интервале не менее 100 лет.

В §2.3 отмечено, что опция «Ресурсы» позволяет подробно описать имеющиеся запасы полезных ископаемых и динамику их потребления.

В §2.4 описан подход к построению расчетной схемы процесса обогащения природного урана. Обогащение природного урана - единый технологический процесс, но для корректного описания этого процесса необходимо раздельно смоделировать в виде технологий источники двух входящих «сырьевых» потоков и накопление отвалов.

В §2.5 обсуждаются отличия в расчетах производства топлива в случае однозонной и многозонной активной зоны реактора. Отмечено, что при описании производства топлива, как и других технологий ЯТЦ, важно следовать пра-

вилам, в соответствии с которыми задаются соотношения между величинами моделируемых потоков.

В §2.6 описан подход к расчету первой загрузки активной зоны и ежегодных перегрузок. Построение расчетных схем ядерных топливных цепочек и топливных циклов по предложенной методике предполагает переход от единиц массы к энергетическим единицам на этапе описания производства энергии на АЭС.

В §2.7 описано расчетная схема предприятия по переработке ОЯТ. Обсуждаются особенности задания экономических характеристик перерабатывающего предприятия.

В §2.8 отмечено, что подходы к построению расчетных cx-jm, включающих временные хранилища и хранилища постоянного хранения/захоронения ядерных материалов, различаются. Дано описание методики построения расчетных схем, включающих хранилища различного назначения.

В §2.9 описаны способы учета задержек ЯТЦ. Отмечено, что задержки могут быть отнесены к разным элементам расчетной схемы сообразно особенностям описываемого реального объекта.

В §2.10 приведены результаты сравнительных тестовых расчетов по программам DESAE MESSAGE, рекомендованным МАГАТЭ в качестве расчетных инструментов ИНПРО. Отмечено, что приведенные результаты демонстрируют корректность расчета топливных балансов, рассчитанных в среде MESSAGE с применением предложенной методики.

В главе III приведены примеры решения разных по постановке задач, иллюстрирующих возможности применения разработанной методики для оценки конкурентоспособности АЭ.

В §3.1 на основе разработанной обобщенной модели ТЭК России определена оптимальная структура производства электроэнергии и тепла на интервале прогнозирования до 2030 г. Показано, что выделение ядерной цепочки в модели ТЭК России дает дополнительные возможности анализа

конкурентоспособности атомной энергетики в сравнении с другими входящими в систему топливными цепочками. Моделирование этапов подготовки ядерного горючего от добычи природного урана до выгрузки отработавшего топлива в хранилище позволяет оценить влияние изменения затрат на каждом из переделов ядерного топливного цикла на конкурентоспособность атомной энергетики.

В §3.2 с помощью разработанной модели межрегионального энергообмена выполнена оценка перспектив строительства российской АЭС в Беларуси. Согласно результатам расчетов, при цене энергоблока 3.5 млрд. $ строительство двух ядерных энергоблоков мощностью 1000 МВт позволяет снизить импорт нефти республикой Беларусь примерно в 2 раза, а импорт газа примерно в полтора раза, и несколько уменьшить импорт электроэнергии. При цене энергоблока 2.5 млрд. $ с вводом трех ядерных энергоблоков экономически оправдано не только снижение потребления импортируемых энергоресурсов, но и полный отказ от импорта электроэнергии к концу рассматриваемого интервала прогнозирования.

В §3.3 с использованием разработанной модели АЭ России выполнена оценка конкурентоспособности перспективных ядерных технологий в двухком-понентной системе АЭ с быстрыми натриевыми реакторами и расширенным воспроизводством топлива на интервале прогнозирования до 2100 г. Показано, что при принятых предположениях оптимальная структура АЭ определяется, в первую очередь, запасами природного урана. При темпах развития АЭ, обеспечивающих 200 ГВт установленных мощностей к 2100 г. не требуется ввод БН со сверхвысоким КВ.

В главе IV продемонстрировано применение метода критериальных огра ничений для задач оптимизации структуры глобальной ядерной энергетики. Показано, что наиболее приемлемым решением, которое удовлетворяет критерию минимума приведенных системных затрат и одновременно удовлетворяет ограничениям по запасам природного урана, оценке перспектив рынка техноло-

гий тепловых реакторов и требованию к нераспространению технологии переработки ОЯТ, является переход к замкнутому и-Ри-ТИ топливному циклу.

В §4.1 приведены исходные данные и описание расчетной схемы ОЯТЦ и следующих расчетных схем ЗЯТЦ:

и-Ри ЗЯТЦ с реакторами Н\\П и их усовершенствованными про-

тотипами, а также реакторами с быстрым спектром - наработчиком и выжига-телем плутония;

и-Ри-ТЬ ЗЯТЦ - описанный выше Ц-Ри топливный цикл, дополненный быстрым бридером с плутониевой активной зоной и ториевым бланкетом и легководным реактором на 233И. Это один из вариантов так называемого смешанного топливного цикла, в котором 233и для загрузки тепловых реакторов нарабатывается в ториевых бланкетах быстрых реакторов с МОХ топливом в активных зонах.

В §4.2 приведены результаты оптимизационных расчетов без учета критериального ограничения на запасы природного урана. Показано, что при принятых в задаче предположениях не происходит перехода к ЗЯТЦ.

В §4.3 приведены результаты оптимизационных расчетов с учетом критериального ограничения на запасы природного урана. Показано, что в этом случае доля быстрых реакторов в структуре глобальной ЯЭ превышает 60% к 2100 г., в то время как на долю стран, планирующих развитие быстрых технологий, приходится 40-60% мирового производства ядерной энергии.

В §4.4 показано, что в условиях ограниченности запасов урана доля тепловых реакторов может быть увеличена, если ввести в список технологий-кандидатов тепловой реактор на 233и, т.е. разрешить переход к У-Ри-ТИ ЯТЦ.

Заключение диссертации по теме «Ядерные энергетические установки, включая проектирование, эксплуатацию и вывод из эксплуатации», Федорова, Елена Викторовна

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

Выполнен обзор методологических подходов и программных средств, используемых для оценки стратегий развития ядерных энергосистем, и сформулированы новые требования к программным средствам оценки ЯЭ и ЯТЦ, предъявляемые на современном этапе перехода к масштабному развитию ЯЭ на основе реакторов нового поколения и перспективных топливных циклов.

Предложена методика разработки расчетных схем, описывающих работу предприятий ОЯТЦ и ЗЯТЦ и связей между ними. Разработанные методические приемы обеспечивают адекватное отражение особенностей работы АЭС и предприятий топливного цикла и корректное формирование балансов ядерных материалов в системе ЯЭ.

Разработаны и реализованы в программной среде MESSAGE расчетные схемы для оценки конкурентоспособности АЭ и перспективных ядерных технологий.

Показано, что моделирования ядерной цепочки в составе расчетной схемы ТЭК России позволяет оценить влияние затрат на каждом из переделов ЯТЦ на конкурентоспособность АЭ.

С помощью разработанной расчетной схемы межрегионального энерго-обомена выполнена оценка перспектив строительства российских АЭС в Республике Беларусь.

Выполнены оценки оптимальной структуры замкнутого ЯТЦ России для разных предположений о масштабах развития ЯЭ и запасах природного урана, которые иллюстрируют возможности применения разработанной расчетной схемы для задач прогнозирования ЯТЦ, включающего различные типы перспективных ядерных технологий.

Разработаны и реализованы расчетные схемы для оценки сценариев развития глобальной ЯЭ: с открытым топливным циклом; замкнутым 11-Ри топливным циклом; замкнутым и-Ри-ТЪ топливным циклом.

Продемонстрировано применение метода критериальных ограничений для поиска наиболее приемлемой структуры глобальной ЯЭ, удовлетворяющей нескольким критериям.

Показано, что наиболее приемлемым решением, которое удовлетворяет критерию минимума приведенных системных затрат и одновременно удовлетворяет ограничениям по запасам природного урана, оценке перспектив рынка технологий тепловых реакторов и требованию к нераспространению технологии переработки ОЯТ, является переход к замкнутому и-Ри-ТИ топливному циклу.

Оценено влияние предположения о глубине переработки природного урана на полученные решения. Показано, что изменение предположения о глубине переработки природного урана приводит к изменению оптимальной структуры ЯТЦ, но не влияет на основные выводы исследования.

Автор выражает глубокую благодарность проф. Ю.А. Коровину за многолетнее руководство, всестороннюю поддержку и помощь в подготовке диссертации, постоянным соавторам доценту А.А. Андрианову, доценту Г.А. Фесенко и проф. В.В. Коробейникову за плодотворное сотрудничество, д.т.н. В.Ф. Цибульскому за конструктивную критику, г-ну А.Джалалу за полезные консультации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Стремление к повышению энергетической и экологической безопасности заставляют страны активнее использовать атомную энергию. Формирование стратегии развития такой сложной системы, как ядерная энергетика, независимо от того, идет речь о национальных, региональных или глобальных масштабах, предполагает использование программных средств оценки энергетических стратегий.

MESSAGE (Model for Energy Supply Strategy Alternatives and their General Environmental Impacts) является широко известным, в том числе в России, инструментом оценки энергетических стратегий. Благодаря усилиям МАГАТЭ, MESSAGE стал доступен пользователям стран-участниц МАГАТЭ и успешно применяется для формирования национальных энергетических стратегий. Прогнозируемый рост роли ЯЭ в производстве энергетической продукции требует более детального описании ядерной цепочки в системе ТЭК.

Предложенная автором методика разработки расчетных схем для оценки систем ЯЭ с различными вариантами ЯТЦ позволяет использовать этот программный продукт для разработки стратегий развития энергосистем, включающих ЯЭ, с более высокой степенью детализации. Методика позволяет описать работу всех переделов ЯТЦ и найти наилучший с экономической точки зрения вариант организации цикла.

Другие критерии сравнительной оценки стратегий развития ЯТЦ, такие как значимые количества делящихся материалов, требуемые объемы хранилищ, расход природного урана и т.д., могут быть учтены в качестве ограничений задачи линейного программирования. На этом этапе исследований выявляется конкурентоспособность перспективных ядерных технологий по сравнению с существующими технологиями. В случае необходимости проводятся дополнительные расчеты с помощью соответствующих имитационных моделей. Цепочка ЯТЦ, выбранная в результате оптимизационных исследований может затем включаться в расчетную схему ТЭК для оценки конкурентоспособности ЯЭ по сравнению с другими топливными цепочками.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Федорова, Елена Викторовна, 2011 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ источников

1. Чернавский С.Я. Системное прогнозирование ядерной энергетики: Теория и методы. - М.: Наука, 1980.- 218 с.

2. Беленький В.З., Белостоцкий A.M. Математическое моделирование развития ядерной энергетики. - М.: Наука, 1979.- 182 с.

3. Введение в математическое моделирование. Учебное пособие / Под ред. Трусова П.В. - М.: Логос, 2004.- 324 с.

4. Соболь И.М., Статников Р.Б. Выбор оптимальных параметров в задачах со многими критериями,- М.: Дрофа, 2006,- 318 с.

5. Интрилигатор М. Математические методы оптимизации и экономическая теория.- М: Прогресс, 1975,- 284 с.

6. Корнеенко В.П. Методы оптимизации. - М.: Высшая школа, 2007.- 326 с.

7. Silvennoinen P. Nuclear Fuel Cycle Optimization: Methods and Modelling Techniques, Pergamon Press, New York, 1982.- 148 p.

8. Данциг Дж. Линейное программирование, его применения и обобщения. -М.: Прогресс, 1966.- 472 с.

9. Таха X. Введение в исследование операций. Т. 1. -М.: Мир, 1985.- 281 с.

10. Rising Expectations for New Nuclear Power Programs, http://www.iaea.org/ About/Policy/GC/GC54/GC54Inmocuments/English/gc54inf-3-att6 en.pdf.

11. Multilateral Approaches to the Nuclear Fuel Cycle: Expert Group Report submitted to the Director General of the International Atomic Energy Agency, INFCIRC/640, February 22, 2005. http://www.iaea.org/Publications/Documents /Infcircs/2005/infcirc640.pdf.

12. Рыкова E. Российская инициатива по созданию международных центров по предоставлению услуг ядерного топливного цикла // Вопросы безопасности,-№4(167), 2006,- С. 11-16.

13. Асмолов В.Г., Гагаринский А.Ю., Сидоренко В.А., Чернилин Ю.Ф. Атомная энергетика. Оценки прошлого, реалии настоящего, ожидания будущего. - М: ИздАТ, 2004.-95 с.

14. «Ядерная энергия: экспертные оценки развития. Курчатовский институт 1949-2008 годы». -М.: ИздАТ, 2008,- 87 с.

15. Белая книга ядерной энергетики / Под ред. Е.О. Адамова. - М.: Изд-во ГУП НИКИЭТ, 2001.-275 с.

16. THREE AGENCY STUDY, "Innovative Nuclear Reactor Development - Opportunities for International Cooperation", IEA, 2002.- 178 p.

17. Nuclear Energy Handbook, http://www.iaea.org/inisnkm/nkm/ws/ihss/fr.html.

17. "The Pass to Sustainable Nuclear Energy. Basic and Research Opportunities for Advanced Fuel Cycles", http://www.er.doe.gov/bes/reports/files/PSNE_rpt.pdf.

18. Nuclear Fuel Cycle Transition Scenario Studies. Status Report. NEA No. 6194, OECD 2009.

19. C. Savage "Overview of the United States P&T Program" http://www.oecd-nea.org/pt/docs/iem/lasvegas04/04 General_Session/GS_02.pdf

20. Introduction to the Use of the INPRO Methodology in a Nuclear Energy System Assessment. IAEA Nuclear Energy Series No. NP-T-1.12. IAEA, Vienna 2010.

21. The Generation IV International Forum, www.gen-4.org/.

22. International Project on Innovative Nuclear Reactors and Fuel Cycles. www.iaea.org/INPRO/.

23. International Framework for Nuclear Energy Cooperation (IFNEC). http://www.ifnec.org/.

24. L. Van Den Durpel, IAEA INPRO Task 3 Meeting, Austria, Vienna, 27-30 January, 2009.

25. AFCI Project. http://afci.sandia.gov/downloads/AFCI FY04AnnRpt 6-10-05.pdf.

26. L. Dutton, et all, "COMPAS: A European Project on the Comparative Alternative Waste Management Strategies for Long-Lived Radioactive Waste/ Scope Working Methods and Conclusions", (http://www.eurosafe-forum.org/ipsn/fr/program_fr.html.

27. C.A. Juchau, M.L Dunzik-Gougar, K. Pasamehmetoglu. "Simulation Institute for Nuclear

Energy Modeling and Analysis (SINEMA): Developing a GENIUS." Transactions of the

American Nuclear Society, Reno, June 2006, Vol. 94, American Nuclear Society (2006).

28. L. Van Den Durpel, A.M. Yacout, D.C. Wade, T.A. Taiwo, U. Lauferts "DANESS V4.2: Overview of Capabilities and Developments", Proceedings of GLOBAL-2009, Paris, France, September 6-11, 2009.

29. University of Cincinnati. SINEMA Program. Nuclear Fuel Cycle Code Review Form, http://www.min.uc.edu/nuclear/current research/sinema-research/nuclear-fuel-cycle-code-review-form.

30. Identification and Analysis of Critical Gaps in Nuclear Fuel Cycle Codes Required by the SINEMA Program. Nuclear Energy Research Initiative Project. Final Report. DOE FC07-07ID14839.

31. INFCIS (The Integrated Nuclear Fuel Cycle Information System) web site (http://www-nfcis.iaea.org/).

32. V. Tsibulskiy, S.Subbotin, M. Khoroshev, F.Depisch. DESAE (Dynamic Energy System- Atomic Energy) Integrated Computer Model for Performing Global Analysis in INPRO Assessment Studies. International Conference on Nuclear Engineering "ICONE 14" 17-20 July 2006, Miami, Florida, USA

33. J.P. Grouller and all, "A Code for Simulating a System of Nuclear Power Reactor and Fuel Cycle", Int. Conf. on Fast Reactors and Related Fuel Cycle, Kyoto, Japan (1991)

34. A. M. Yacout, J. J. Jacobson, G. E. Matthern, S. J. Piet, and A. Moisseytsev, "Modeling the Nuclear Fuel Cycle," The 23rd International Conference of the System Dynamics Society," Boston, July 17-21, 2005

35. A. Moisseytsev, "DYMOND, a Dynamic Model of Nuclear Development," Ar-gonne National Laboratory Internal Report, August, 2001.

36. A.M. Yacout, J.J. Jacobson, G.E. Mattern, S.J. Piet, D.E. Shopshire, C. Lows. Vision - Verifiable Fuel Cycle Simulation of Nuclear Fuel Cycle Dynamics. WM'06 Conference, February 26- March 2, 2006, Tucson, AZ.

37. D. Millington. OSIRIS: An Obejct Oriented Software Tool for Modelling the Logistics, Economics and Environmental Impact of the Nuclear Fuel Cycle, M&C 2003, Avignon, France, September

38. C. G. Bathke(a), R. A. Krakowski, et al. Advanced Nuclear Fuel Cycle Systems Analyses for FY 2002. LA-UR-02-6674. October 22, 2002.

39. IIASA, MESSAGE - Model for Energy Supply Strategy Alternatives and their General Environmental Impact, www.iiasa.ac.at.

40. T. L. Johnson, J.F. DeCarolis, C.L. Shay et. all, MARKAL scenario analyses of Technology Options for the Electric Sector: The Impact on Air Quality, EPA/600/R-06/114, September 2006.

41. E. Schneider, Ch. Bathke, M. James. NFCSim: A Dynamic Fuel Burnup and Fuel cycle Simulation Tool, Nuclear Technology, Volume 151, Number 1, July 2005, pp. 35-50.

42. E. Ichimura. Quantitative Evaluation of Nuclear Fuel Cycle with SuperSTARTM Code, The RRTD 2nd International Workshop on Nuclear Fuel Cycle - Nuclear Fuel Cycle from the Viewpoint of Disposal Site Utilization, Aomori Gennen Technology Center, Aomori, Japan, March 24-25, 2003

43. A. L. Kotchetkov, S. V. Iougay. CANFU - Fuel Cycle Construction Code. IPPE-2590, 1997.

44. С.Д. Малкин, М.Ю. Липов, A.A. Махонько, И.Д. Ракитин. Прогноз - системная модель развития атомной энергетики и ядерного топливного цикла

России. Тезисы докладов семинара «Моделирование технологий обращения с ОЯТ и РАО как инструмент инновационного развития ЯТЦ», ВНИИНМ, Москва, 26 апреля 2007 г.

45. Н.А.Молоканов. «Имитационно-динамическая модель развития ядерной энергетики России». Научная сессия МИФИ-2007, т. 13.

46. Стенографический отчет о конференции «Россия - энергетическая сверхдержава». Электронный журнал энергосервисной компании «Экологические системы», №10, октябрь 2006.

47. Адамов Е. О., Габараев Б. А., Ганев И. X., Джапавян А. В., Лопаткин А. В., Муравьев Е. В., Орлов В. В. «Вклад НИНИЭТа в формирование стратегии развития ядерной энергетики России». Атомная энергия, No.001 Vol.103, Июль 2007, С. 5-15

48. Клименко А.В. «Математическая модель оптимизации энергосистемы и ее применение: монография».- М. НИЯУ МИФИ, 2010.

49. Елагин Ю.П. Модель, предназначенная для определения оптимальной структуры ядерной энергетики: сб. Вопросы атомной науки и техники, сер. Физика и техника ядерных реакторов.- В.5(7).-1982.

50. Елагин Ю.П., Смирнова JI.C., Попова Е.А. Краткое описание инструкция пользования комплексами программ расчета оптимальной структуры ядерной энергетики и ее экономических характеристик «КОРСАР», «КОРНЕР»: Отчет ИАЭ инв. № 482284, 1984.

51. OECD/NEA, "Integrated Cost and Needs of the Fuel Cycle Analysis Tool", OECD/NEA (2003).

52. K.M. Oliver, P.P.H. Wilson, A. Reveillere, T.W. Ahn, K. Dunn, K. Huff, R. Elmore "Studying International Fuel Cycle Robustness with the GENIUSv2 Discrete Facilities/Materials Fuel Cycle Systems Analysis Tool", Proceedings of GLOBAL-2009, Paris, France, September 6-11, 2009

53. G. Fesenko, M. Ceyhan. Overview of Nuclear Fuel Cycle Simulation System (NFCSS). Workshop on IAEA Tools for Nuclear Energy System Assessment for Long-Term Planning and Development, IAEA, Vienna, 20-23 July 2009.

54. M. Meyer, L. Boucher "New Developments on COSI 6, the Simulation Software for Fuel Cycle Analysis", Proceedings of GLOBAL-2009, Paris, France, September 6-11, 2009.

55. IAEA Nuclear Energy Series, No NP-T-1.8, "Nuclear Energy Development in the 21 Century: Global Scenarios and Regional Trends", IAEA, Vienna, 2010.

56. Клименко А.В. Компьютерный комплекс оптимизационных программ (код) «TOBAS». ВАНТ Сер. «Физика ядерных реакторов», 2005, вып.З.

57. Holly R. Trellue, et al. Results from a multiple-objective, nuclear-fuel-cycle optimization model. LA-UR-00-4526. September 29, 2000.

58. ETSAP: MARKAL. www.etsap.org/markal/main.html.

59. T.L. Johnson et. all, "MARKAL Scenario Analysis of Technology Options for the Electric Sector: The Impact on Air Quality", EPA/600/R-06/114, September 2006.

60. G.A. Goldstein "MARKAL@30 Legacy and Future", US MARKAL-TIMES Symposium, EPA Office of Research and Development, Research Triangle Park, North Carolina, September 28-29, 2009.

61. John C. Lee, MARKAL Modeling Workshop, EPA6, June 5-6, 2006, University of North Texas, Denton Texas.

62. L. A. Greening, E. Schneider, "The U.S. Spent Nuclear Fuel Legacy and the Sus-tainability of Nuclear Power", IAEE Newsletter, 2003, Vol. 12: pp. 12-19 www.iaee.org.

63. Messner, S., Strubegger, M. User's Guide for MESSAGE III. WP-95-69, International Institute for Applied Systems Analysis, Laxenburg, Austria, 1995.

64. Nakicenovic, N., Riahi, K. Model Runs with MESSAGE in the Context of the Further Development of the Kyoto-Protocol. Final Report submitted to the German Advisory Council on Gobal Change (WGBU), Berlin, Germany, 2003.

65. IPCC Special Report on Emissions Scenarios. A special report of working group III, Cambridge University Press, Cambridge (2000).

66. MESSAGE: Model for Energy Supply Strategy Alternatives and their General Environmental Impacts. User Manual (DRAFT). International Atomic Energy Agency, June 2007.

67. Analyses of Energy Supply Options and Security of Energy Supply in the Baltic States. IAEA TECDOC-1541, Feb. 2007.

68. Assessing policy options for increasing the use of renewable energy for sustainable development: Modeling energy scenarios for Sichuan, China. http://www.iaea.org/OurWork/ST/NE/Pess/assets/sichuan.........case studv.pdf.

69. Brazil: A Country Profile on Sustainable Energy Development. http://www-pub.iaea.org/MTCD/publications/PDF/Publ247 web.pdf.

70. Cuba: A Country Profile on Sustainable Energy Development. http://www-pub.iaea.org/MTCD/publications/PDF/Publ328_web.pdf

71. Fedorova E., Fesenko G. Consultancy meeting on Energy Modelling Tools as Integral Part of IAEA Toolbox for INPRO Methodology 18-20 May 2005. IAEA Headquarters, Vienna, Austria.

72. Фёдорова Е.В., Станковский Е.Ю., Коровин Ю.А. Опыт применения программы MESSAGE для моделирования ядерной энергетики России/ "ENERGY STRAT'2004": тез.докл. Международной конференции, Москва, 25-27 октября 2004.

73. Синев Н.М., Батуров Б.Б. Экономика атомной энергетики: Основы технологии и экономики ядерного топлива. Учеб. пособие для вузов. М.: Энерго-атомиздат, 1984.

74. OECD/NEA (1994) The Economics of the NFC, OECD, Paris, France.

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

76. Андрианов A.A., Коровин Ю.А., Мурогов B.M., Федорова Е.В., Фесенко Г.А. Сравнительный анализ методов и инструментальных средств моделирования открытого и замкнутого топливных циклов: MESSAGE и DESAE / Известия вузов. Ядерная энергетика. -2006.- №2. - С. 82-89.

77. М. Khoroshev , V.Tsibulskiy, G. Fesenko MESSAGE&DESAE&VISTA codes in INPRO toolbox, Vienna, Austria, 2007

78. Fesenko G., Fedorova E., Andrianov A. MESSAGE capabilities for INS Assessments Workshop on Application of INPRO methodology for assessment of innovative nuclear energy systems June 26-30 2006, Vienna, Austria

79. Fedorova E., Korovin Yu., Andrianov A., Fesenko G. Nuclear Modeling Using MESSAGE (ONPE recent works), Consultancy meeting on IAEA INPRO TASK 3 STUDY « Global Scenarios and Regional Trends of Nuclear Energy Development in the 21st Century » 26-30 January 2009 IAEA Headquarters, Vienna, Austria

80. Fedorova E., Yugay S., Korovin Yu., Andrianov A., Korobeynikov V, Bock M. Application of MESSAGE model for optimization of two-component structure of a large-scale nuclear power system, IAEA Training Meeting/Workshop on Exchange of Experience in Using IAEA's Energy Models and Assessment of Further Training Needs, Republic of Korea, 24-28 April 2006.

81. Андрианов A.A., Бок M.H., Коробейников B.B., Коровин Ю.А., Федорова Е.В. Применение программного комплекса MESSAGE для задач оптимизации двухкомпонентной структуры крупномасштабной ядерной энергетики // Известия вузов. Ядерная энергетика. -2007.- №3. - Выпуск 2. - С. 20-25.

82. А.А. Андрианов, В.В. Коробейников, Е.В. Поплавская, Е.Н. Рачкова, Е.В. Федорова Оптимизационные исследования структуры ядерной энергетики России с реакторами на тепловых и быстрых нейтронах с использованием

пакета MESSAGE// Известия вузов. Ядерная энергетика.- 2010 №2.- стр. 156-164.

83. A.A. Андрианов, Ю.А. Коровин, Е.В. Федорова. Оценка эффективности реакторов малой и средней мощности для Республики Саха (Якутия)// Известия вузов. Ядерная энергетика.- 2005.- №4, стр. 40-51.

84. A.A. Андрианов, Ю.А. Коровин, Е.В. Федорова. Метод критериальных ограничений в задачах оптимизации структуры глобальной ядерной энергетики в среде MESSAGE// Известия вузов. Ядерная энергетика.- 2010.- №2, стр. 165-175.

85. О целевом видении стратегии развития электроэнергетики России на период до 2030 года, РАН, Москва, 2007.

86. The Future of Nuclear Power. An interdisciplinary MIT Study, 2003.

87. Kirienko, S., paper at World Nuclear Fuel Cycle conference, April and WNA Symposium, Sept. 2006.

88. http//www/world-nuclear.org/info/inf02.html.

89. Зорина Т.Г. Прогнозирование развития белорусской энергетической системы. //Материалы международной научно-практической конференции "Теоретические и прикладные проблемы маркетинга", Иркутск, 2004.

90. С.Б. Белый. Доклад на пленарном заседании VIII Белорусского энергетического и экологического конгресса 7.10.2003 г.

91. СОЮЗ-ИНФО, информационное агентство союзного государства Беларуси и России, http://www.sinfo.ru/ru/main/focus/news/detail.shtml?id=2626.

92. Федорова Е.В., Зорина Т.Г. Применение программы MESSAGE для моделирования межрегионального энергообмена// Известия вузов. Ядерная энергетика.- 2004.- №4, стр. 3-11.

93. Федеральная целевая программа «Развитие атомного энергопромышленного комплекса России на 2007 - 2010 годы и на перспективу до 2015 года». Постановление Российской Федерации от 6 октября 2006 г. № 605.

94. IAEA, Power Reactor Information System, PRIS.

95. Концепция по обращению с ОЯТ. ГК РОСАТОМ, Москва, 2008.

96. Trends in nuclear fuel cycle: economic, environmental and social aspects. - NEA OECD, 2001.

97. INFCIRC/640.

98. B. PELLAUD. Multilateral nuclear arrangements: Status and outlook, ES ARD A BULLETIN, No. 36, July 2007, p.ll- 18.

99. Токарев B.B. Методы оптимальных решений, т.2.Многокритериальность. Динамка. Неопределенность. Москва: Физматлит, 2010. 414 с.

100. О.И.Ларичев, О.А.Поляков. Человеко-машинные процедуры решения многокритериальных задач математического программирования. Экономика и математические методы. 1980, Т. 16, № 1.

101. IAEA, Power Reactor Information System, PRIS.

102. IAEA, Integrated Nuclear Fuel Cycle Information Systems, INFCIS.

103.IPCC Special Report on Emissions Scenarios.

104. Red book, 2007.

105. NEA (2001), Trends in the Nuclear Fuel Cycle: Economic, Environmental and Social Aspects, OECD, Paris. 2. NEA and IAEA (2000)

106. Nuclear Energy Agency (NEA), Advanced Nuclear Fuel Cycles and Radioactive Waste Management, OECD-Paris, 2006.

107. IAEA-TECDOC-1575 Guidance for the Application of an Assessment Methodology for Innovative Nuclear Energy Systems INPRO Manual Economics Volume 2 of the Final Report of Phase 1 of the International Project on Innovative Nuclear Reactors and Fuel Cycles (INPRO) 2007.

108. T. KATSUTA and T. SUZUKI. Japan's Spent Fuel and Plutonium Management Challenges, A research report of the International Panel on Fissile Materials, September 2006.

109. DEKOUSSAR, V. ILYUNIN, A. KALASHNIKOV, M. TROYANOV. The use of thorium for plutonium utilization in reactors. Thorium fuel utilization: Options and trends Proceedings of three IAEA meetings held in Vienna in 1997, 1998 and 1999. P.154-164.

110. Nuclear Fuel Cycle Simulation System (VISTA), IAEA-TECDOC-1535.

111. TSIBULSKIY V.F., DAVIDENKO V.D., SUBBOTIN S.A., The interactive model for quantitative assessment of nuclear energy system key indicators. Code DESAE, Report on INPRO Individual Case Study, Working materials of Consultancy Meeting «To Review the Results of Individual Case Studies for Validation of the INPRO Methodology, 5-9 July 2004, IAEA Headquarters, Vienna, Austria.

112.Fedorova E., Korovin Yu., Andrianov A. Closed Nuclear Fuel Cycles with Fast Reactors: Scenarios of Worldwide Nuclear Power Expansion, Proceedings of GLOBAL-2009, Paris, France, September 6-11 2009, paper 9231.