Efficiency of investments in fast reactors NPPs and a spent nuclear fuel reprocessing plant in the common area

The research relevance lies in the active development in Russian Federation of a dual-component nuclear power system based on a closed nuclear fuel cycle (NFC) incorporating both competitive thermal and fast neutron reactors. Among the considered approaches to spent nuclear fuel (SNF) management from fast reactors is the deployment of a plant located on the site of a Nuclear Power Plant (NPP). The aim of this study is to develop a methodology for assessing the microeconomic competitiveness of fast reactor NPPs with taking into account capital, operational, and decommissioning costs associated with the construction and operation of the reactors and the on-site plant. Calculations of the levelized cost of electricity, the total cost of SNF reprocessing and fuel assembly fabrication as well as the return on investment in both the NPP and the on-site plant (used to substantiate the choice of the discount rate), are conducted using an enhanced proprietary model developed by the authors and based on recommendations of UNIDO experts. The reference case involves a nuclear power plant comprising two fast reactors, each with an installed electrical capacity of W=1200 MW (with parameters similar to those of the BR-1200 design), and a co-located on-site plant responsible for both SNF reprocessing and the fabrication of fuel assemblies for annual reactor refueling. The study quantifies the annual demand for fuel and SNF reprocessing for the reactors operating within a closed NFC. The cost of electricity from a nuclear power plant and the total cost of SNF processing and fuel assembly fabrication are determined for a given set of economic parameters of an on-site plant depending on the discount rate. The analysis demonstrates that, even under scenarios involving high capital expenditures for the on-site plant —resulting in total SNF reprocessing and fuel fabrication costs of up to 8,000 $/kg of heavy metal – the LCOE remains economically viable at approximately 60 $/MW*h, provided the discount rate does not exceed 5 %/year.

1. Адамов Е.О., Арутюнян Р.В., Большов Л.А. и др. Белая книга ядерной энергетики. Замкнутый ЯТЦ с быстрыми реакторами. Москва: НИКИЭТ, 2020. 495 с. Режим доступа: https://rusneb.ru/catalog/000199_000009_010449673/ (дата обращения: 02.10.2024).

2. Глазов А.Г., Леонов В.Н., Орлов В.В., Сила-Новицкий А.Г. [и др.]. Реактор БРЕСТ и пристанционный ядерный топливный цикл. Атомная энергия. 2007;103(1):15–21. Режим доступа: https://www.j-atomicenergy.ru/index.php/ae/article/view/2367/2345 (дата обращения: 02.10.2024).

3. Кожокарь И.А., Харитонов В.В. Оценка эффективности инвестиций в переработку отработавшего ядерного топлива. Атомная энергия. 2023;135:5-6:204–212. Режим доступа: https://www.j-atomicenergy.ru/index.php/ae/article/view/5366/5340 (дата обращения: 02.10.2024).

4. The economics of the back end of the nuclear fuel cycle. Paris: OECD, 2013. 193 р. Available at: https://oecd-nea.org/upload/docs/application/pdf/2019-12/7061-ebenfc.pdf (accessed: 02.10.2024).

5. Семенов Е.В., Семенова Д.Ю., Харитонов В.В. Усовершенствованная модель расчета микроэкономических критериев эффективности инвестиций в энергетические проекты. Микроэкономика. 2024;3:41–68. doi: 10.33917/mic-3.116.2024.41-68

6. Путилов А.В., Черняховская Ю.В. Коммерциализация технологий и промышленные инновации. Санкт-Петербург: Лань, 2018. 324 с.

7. Исанов К.А., Колесов В.В., Коробейников В.В., Усанов В.И., Хныкина Е.С. Расчетные исследования замкнутого топливного цикла реактора типа ВВЭР-1200 на плутонии из отработавшего ядерного топлива. Известия вузов. Ядерная энергетика. 2024;2:185–201. https://doi.org/10.26583/npe.2024.2.15

8. Алексеев П. Н. [и др.]. Двухкомпонентная ядерная энергетическая система с тепловыми и быстрыми реакторами в замкнутом ядерном топливном цикле. Монография. Под редакцией Н.Н. Пономарева-Степного. Москва: Техносфера, 2016. 159 с. Режим доступа: https://rusneb.ru/catalog/000199_000009_008251440/ (дата обращения: 02.10.2024).

9. Поплавский В.М., Цибуля А.М., Хомяков Ю.С. [и др.]. Активная зона и топливный цикл для перспективного быстрого натриевого реактора. Атомная энергия. 2010;108(4):206–212. Режим доступа: https://eposlink.com/ru/catalog/library/elibrary/book/atomnaya_energiya-2063/publication/82741/?ysclid=mbj74zn81

10. c119815098 (дата обращения: 02.10.2024).

11. Бабушкин С.В., Васильев Б.А., Васяев А.В., Воронцов В.Е. [и др.]. Реакторные установки с быстрыми реакторами с натриевым теплоносителем для двухкомпонентной ядерной энергетики. Атомная энергия. 2020;129(1):20−29. Режим доступа: https://www.j-atomicenergy.ru/index.php/ae/article/view/3199/4490 (дата обращения: 02.10.2024).

12. Гулевич А. В., Декусар В. М., Мосеев А. Л., Гурская О. С. Начальный этап замыкания ЯТЦ двухкомпонентной ядерной энергетики. Вызовы и возможные решения: Препринт ФЭИ-3297. Обнинск: АО «ГНЦ РФ-ФЭИ», 2022. 27 с. Режим доступа: https://www.ippe.ru/images/publications/preprints/2022/3297.pdf (дата обращения: 02.10.2024).

13. Семенов Е.В., Харитонов В.В. Аналитическое построение сеточных диаграмм для выгорания ядерного топлива различного состава в водоохлаждаемых реакторах. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика ядерных реакторов. 2024;1:51–57. Режим доступа: http://nrcki.ru/files/pdf/VANT-2024-01.pdf (дата обращения: 02.10.2024).

14. Bunn М., Zhang H., Kang L. The cost of reprocessing in China. Cambridge, UK: Harvard Kennedy School, 2016. 96 р. Available at: https://www.belfercenter.org/sites/default/files/2025-03/bunn_the_cost_of_reprocessing_in_china.pdf (accessed: 02.10.2024).

15. Архангельский Н.В., Квятковский С.А., Птицын П.Б., Сафиканов Д.И. Перспективные реакторные технологии в Международном форуме «Поколение IV». Аналитический отчет. Москва: Наука и инновации, 2023. 192 c. Режим доступа: https://naukarosatom.ru/upload/iblock/2b1/l61ne3buxa0jt3fc60m78qc99muc294f.pdf (дата обращения: 02.10.2024).