_files_materials_5053_prog.ntr

211

Быстро меняющаяся ценовая ситуация на энергетических рынках повлияла и на рынок урана. За последние годы текущие цены на спотовом рынке увеличились почти в пятнадцать раз. По темпам повышения цен уран оставил позади самые ходовые товары, в том числе нефть и золото. Серьезные изменения цен на энергетические ресурсы влияют на традиционное соотношение затрат в экономике АЭС, где на сегодняшний день доля капитальных затрат в себестоимости электроэнергии составляет примерно 80%, а текущие расходы около 20 (в тепловой энергетике соотношение обратное).

При современных мировых ценах на природный газ на уровне 300 долл. за 1000 куб.м. текущие спотовые цены на природный уран не уравнивают себестоимость этих двух производителей. При расчете себестоимости на АЭС считалось, что капитальные затраты находятся на уровне 2000 дол./кВт, а стоимость конверсии урана, обогащения, фабрикации топлива соответствует современным ценам.

При темпах роста атомной энергетики в обозначенных сейчас масштабах возникают реальные основания получить дефицит ядерного топлива. Если нагрузка на энергетический рынок увеличится, то, скорее всего, в разных странах мира заявки на развитие атомной энергетики будут пересмотрены в сторону увеличения. В этом случае проблемы с дефицитом природного урана наступят раньше.

Несомненно, это приведет к росту цен на природный уран. Цена на уран будет сильно зависеть не только от того, как будет развиваться реальная атомная энергетика, но и от заявленных разными странами масштабов ее развития.

В настоящее время годовые потребности в природном уране составляют около 66 тыс. т (при годовой добыче около 40 тыс. т), что в финансовом эквиваленте даже по последним ценам спотового рынка составляет только около 19 млрд. дол. В то же время годовой объем торговли нефтью составляет около 2 млрд. т или в денежном эквиваленте более 1 трлн. дол. Понятно, что

212

спекуляции на урановом рынке не представляют сложностей с точки зрения финансовых ограничений, и, конечно, они будут присутствовать.

Мировой спрос на уран постоянно увеличивается. Работающие в мире в настоящее время реакторы ежегодно потребляют 77 тыс. тонн урана (U3O8). По прогнозам МАГАТЭ, при средних темпах развития атомной энергетики к 2050−му годовая потребность в этом топливе вырастет до 170–180 тыс. тонн. Начиная с 1991 года мировой дефицит в сырье для ядерного топлива компенсируется имеющимися запасами урана, поскольку после развала Советского Союза и прекращения военной гонки две противоборствующие державы — СССР и США — выбросили на мировой рынок запасы оружейного урана. Однако уже к середине 2020−х годов эти резервы исчерпаются107.

Сегодняшний урановый рынок характеризуется высокой степенью монополизации. На первую пятерку стран (Канада, Австралия, Казахстан, Нигер и Россия) приходится 70% мирового производства урана, при этом почти 80% – на 6 компаний (включая российский концерн ТВЭЛ).

Наибольшую долю в мировом производстве урана занимают Канада (23%), Австралия (21%) и Казахстан (16%).

Таблица 28.

107 Прудка, Н. Ответный ядерный удар//«Эксперт Украина» №46 (95)/27 ноября

2006

Источник: WNA, Июль 2008108

В 2007 году 70% всего урана добывалось на 12 ведущих шахтах. Таблица 29.

Источник: WNA, Июль 2008.

108 World Uranium Mining. World nuclear association, July 2008http://www.world-nuclear.org/info/inf23.html

214

Рост спотовых цен на природный уран обусловлен объективными причинами, связанными с выравниванием прибыли между участниками атомного сектора производства энергии.

Потенциал роста цен до предела конкурентоспособности АЭС имеет большой резерв (примерно в 10 раз) даже в той ситуации, если цены на органические ресурсы больше не будут увеличиваться.

Несмотря на то, что пока контрактные цены существенно ниже, длительное время такой разрыв существовать не может. Начнется заключение новых контрактов, в их условиях уже будут предложены более гибкие механизмы определения цены, примерно так, как это организовано на рынке органического топлива.

Рост цен на природный уран продолжится. С одной стороны, это понизит экономическую привлекательность атомной энергетики, но весьма слабо, с другой – выступит мощным стимулом к формированию замкнутого топливного цикла и развитию направления быстрых реакторов с целью вовлечения в топливный цикл урана-238 в качестве энергетического ресурса.

Новые продукты и технологии Масштабное развитие атомной энергетики связано с практической

реализацией топливного цикла, в котором уже не только изотоп уран-235 является энергетическим ресурсом, но и уран-238 после превращения в плутоний становится новым делящимся изотопом. Таким образом, сырьевой ресурс топлива увеличивается в десятки раз. А если принять во внимание, что при такой эффективности топливного цикла и более дорогие ресурсы природного урана, а в последствие и тория, становятся рентабельными, то можно говорить о практической неисчерпаемости ресурсной базы атомной энергетики при любых мыслимых масштабах ее развития.

Ожидается также появление технологии эффективной добычи урана из океана.

215

2.4.5.7 Водородная энергетика

Общая характеристика мирового рынка

Вотношении водородной энергетики пока можно говорить лишь о потенциальном рынке для топливных элементов на основе водородных технологий. Потребность в производстве малогабаритных источников энергии постоянно растет. Области применения источников энергии практически безгранична: от автомобилей до мобильных телефонов, ноутбуков, электронных игрушек и пр.

Суммарно можно сказать, что глобальный спрос на все виды топливных элементов, по прогнозу Pricewaterhouse Coopers, достигнет 46 млрд. долл. в год

к2011 году и 2,5 трлн долл. к 2021 году.

Всоответствии с прогнозом к концу XXI века децентрализованные системы, основанные главным образом на использовании водородных топливных элементов и преобразователях солнечной энергии, будут обеспечивать почти половину потребностей рынка в электроэнергии.

Предполагаемая структура рынка Водород для производства энергии может использоваться в нескольких

основных направлениях:

а) как эффективное экологически чистое топливо (в т.ч. присадки к обычному топливу), которое позволяет повысить КПД двигателя до 40%;

б) для пароперегрева турбин, что дает повышение КПД до 3% в) в топливных элементах, где КПД достигает 85%.

Система энергообеспечения на основе водорода отличается от системы энергообеспечения на основе электроэнергии следующими основными чертами:

транспорт водорода почти на порядок дешевле транспорта электроэнергии;

216

водород может накапливаться, что равносильно накоплению энергии (электроэнергию тоже можно запасать, но системы громоздки настолько, что практически непригодны к широкому использованию);

дуальные свойства водорода вместе со способностью накапливаться позволяют строить систему энерго-обеспечения так, чтобы устранить вредное влияние суточной неравномерности нагрузки сети путем применения технологий с участием водорода как вещества;

распределение энергии сильно зависит от распределения минеральных энергоисточников, что вредно сказывается на распределении производственных мощностей и, соответственно, трудовых ресурсов, а, следовательно, и на материальном достатке в разных регионах. Более взвешенного распределения, можно добиться, используя водород как существенно более дешевый вид транспорта энергии;

водород делает возможным расширенное применение альтернативных источников энергии, т.к., в силу способности к запасанию, может демпфировать неравномерность источника энергии;

результатом сжигания водорода является вода; если водород получен из воды, то сжигание водорода возвращает воду в природу, и, таким образом, не нарушается круговорот воды в природе, если же водород получен из углеводородов, то возникающий при этом диоксид углерода может быть использован, например, для закачки в отработанные скважины как для хранения, так и для повышения их нефтеотдачи.

Новые продукты и технологии Водородная энергетика соответствует мировым тенденциям автономного

и локального энергопотребления. В европейских энергетических программах фигурирует понятие «домашняя электростанция». Для мини-электростанций мощностью не более 5 кВт используются именно высокотемпературные топливные элементы. Такие установки экологичны уже потому, что позволяют производить столько электроэнергии, сколько необходимо потребителю, и

217

расходовать ее без потерь, неизбежных в большой энергетике с ее тысячекилометровыми линиями электропередач.

Распределенная энергетика очень удобна для удаленных регионов, куда трудно протянуть ЛЭП, и для дачных поселков, что характерно для России. Сейчас в такие районы завозят топливо или сжигают дерево для обогрева и используют дизель-генератор для получения электроэнергии. И то, и другое малоэффективно

По прогнозу, полученному в рамках европейский форсайтных проектов, в рассматриваемый период появятся следующие новые продукты и технологии: батареи с высокой плотностью энергии (400Вт/кг); инфраструктурная сеть водородных заправочных станций для автомобилей на топливных элементах; использование на местных ТЭЦ топливных элементов (> 10 МВт).

Проблемы, риски и возможности Развитие водородной энергетики и топливных элементов предполагает

создание новых эффективных технологий и устройств для: производства водорода

хранения, транспортировки и распределения водорода (создание водородной инфраструктуры)

использования водорода для производства энергии, а так же решения проблем водородной безопасности, разработки кодов и

стандартов, подготовки и переподготовки специалистов. Водородная энергетика включает в себя:

первичные источники энергии — традиционные, включая атомные, а также альтернативные — солнечные, ветровые, геотермальные, приливные ГЭС и др.;

получение водорода как из углеводородов, так и из воды с постепенным переходом к получению водорода в основном из воды;

способы хранения — газовые баллоны высокого давления, баллоны, содержащие гидридообразующие интерметаллиды, криогенное хранение, естественные и искусственные подземные емкости и пр.;

218

транспорт водорода, частично замещающий в будущем транспорт природного газа;

технику преобразования водорода в другие виды энергии — тепловую, электрическую, включая топливные элементы, двигатели внутреннего сгорания, авиационные турбины и т.д.

способы комбинирования техник с учетом дуализма водорода как вещества и энергоносителя, приводящие к максимально возможной системной эффективности.

Сегодня основным методом промышленного получения водорода является паровая конверсия метана. Эта технология, как и другие методы получения водорода из органического топлива (парциальное окисление. термическое разложение), постоянно усовершенствуется, однако, производство даже весьма энергоемкого и экологически чистого топлива – водорода – из других видов топлива, вряд ли можно считать успешным сценарием на долгосрочную перспективу.

Успешная коммерциализация технологий водородной энергетики встречает ряд существенных препятствий. Безусловно, необходимым условием реализации водородной экономики является создание водородной инфраструктуры и эффективное решение проблем хранения и транспортировки водорода, снижение его стоимости. Наряду с этой масштабной проблемой существуют и другие крайне значимые факторы, сдерживающие движение вперед. К ним, в первую очередь, следует отнести высокую стоимость ряда важнейших типов энергоустановок, в частности, топливных элементов и перспективных типов твердополимерных и твердооксидных электролизеров, их недостаточный ресурс (гарантийный срок службы имеющихся на рынке топливных элементов не превышает 2000 часов) и широкомасштабное применение благородных металлов и, в первую очередь, платины.

Предполагаемое существенное снижение цен топливных элементов и других устройств водородной энергетики при их массовом производстве не

219

коснется компонентов энергоустановок на основе платины и других благородных металлов (и, как следствие, во многом и самих энергоустановок).

Решением большого ряда вышеназванных проблем является разработка новых наноматериалов и технологий для водородной энергетики:

-нанокатализаторов для конверторов топлива, электролизеров и топливных элементов (увеличение удельной производительности, снижение расхода металлов платиновой группы, кардинальное повышение срока службы

иснижение стоимости энергоустановок));

-наноструктурированных твердых электролитов, мембран и мембраннокаталитических элементов для систем получения и очистки водорода, для водородных сенсоров (повышение КПД, решение проблем водородной безопасности);

-нанопорошков – сорбентов для систем хранения водорода (решение проблем создания водородной инфраструктуры);

-нанопленок, наноструктур, нанопокрытий для мембраннокаталитических систем, пассивных элементов водородной безопасности, защиты конструкционных элементов (увеличение срока службы и снижение стоимости энергоустановок).

2.4.5.8 Нанотехнологии и продукция наноиндустрии

Общепризнанно, что благодаря развитию нанотехнологий мировая экономика находится на пороге новой технологической революции, которая неминуемо затронет в ближайшие десятилетия практически все области деятельности человека – от медицины и машиностроения до энергетики и космических исследований. Накопление знаний о наномире, опыта манипулирования нанообъектами и конструирования наноструктур ведут к формированию фактически нового типа технологии – универсальной технологии «полного контроля над веществом».

220

Овладение такой технологией позволит целенаправленно вмешиваться в процессы, идущие в живых организмах на клеточном и субклеточном уровнях (предупреждение и лечение болезней, управление воспроизводством и наследственностью, придание живым организмам новых свойств и возможностей, производство качественной и дешевой пищевой продукции), а также приведет к настоящей революции во всех сферах материального производства и потребления («поатомная» сборка материалов с нужными характеристиками, дальнейшая миниатюризация сложнейших приборов и систем – вплоть до невидимых невооруженным глазом размеров, новые виды компьютеров и систем связи, сложнейшие сетевые структуры, нанороботы). По многим прогнозам, именно развитие нанотехнологии определит облик XXI века

инаправления дальнейшего развития цивилизации на Земле.

Вцелом в мире в 2007 году продажи в секторе нанотехнологий в составили 50 миллиардов долларов США. Прогнозируемый объем продаж в этом году, учитывая продвижение технологий, составит около 150 миллиардов, а к 2010 году по оценкам международных экспертов нанотехнологии будут представлять 800-миллиардную индустрию. Также эксперты ожидают, что, к 2015 году рынок нанотехнологий перешагнет порог в два триллиона долларов109.

Впоследние годы наблюдается устойчивая тенденция роста объема НИОКР в области нанотехнологий, а также все более широкое применение нанотехнологий и нанопродукции в различных областях науки и техники. Расходы на НИОКР по нанотехнологии в мире возрастают ежегодно на 10-15%. В 2005 г. вложения в нанотехнологии составили почти 9 млрд. долл., из них 4,36 млрд. долл. – инвестиции частных компаний.

109 В этом контексте, значительная часть индустрии и технологий, рассматриваемых в Российской классификации как биоиндустрия и биотехнологии включены (как это принято в американской наноинициативе) в состав нанотехнологий и наноиндустрии. Согласно мнению национального научного фонда и ННИ нанотехнологиями называется способность понимать, контролировать и манипулировать материей на уровне индивидуальных атомов и молекул, а также на «надмолекулярном» уровне, включающем в себя кластеры молекул (в пределах размеров от 0,1 до 100 нм), с целью создания материалов, устройств и систем с фундаментально новыми свойствами. Принципы, заложенные в данном определении, могут быть отнесены и к научной инженерии, работающей в наношкале и использующей молекулярные взаимодействия для разработок новых эффективных методов производства.