Влияние параметров ядерного топливного цикла на экономику атомных станций малой мощности
https://doi.org/10.26583/gns-2026-03-09
EDN: VSDCMW
Аннотация
Актуальность темы обусловлена развертыванием работ в России и мире по сооружению атомных станций малой мощности (АСММ), в частности, для энергоснабжения центров обработки данных в условиях стремительного роста облачных вычислений и искусственного интеллекта, а также для удаленных районов и для атомного флота. Одним из преимуществ АСММ называют возможность длительной непрерывной работы реактора без перегрузки топлива (до 10 лет и более). Дискретная замена целиком активной зоны реактора через несколько лет его непрерывной работы означает, что затраты на топливо также будут дискретными в отличие от больших энергетических реакторов, в которых частичные перегрузки топлива проводятся каждые 12-18 месяцев, то есть с экономической точки зрения практически непрерывно. В данной работе приведена комплексная аналитическая методика оценки взаимосвязей технологических параметров ядерного топливного цикла (ЯТЦ) водо-охлаждаемых реакторов типа РИТМ и влияния этих параметров на экономику АСММ. Впервые получены аналитические выражения для оценки взаимосвязанных критериев эффективности инвестиций в АСММ (NPV, LCOE, DPP, IRR) при дискретных перегрузках всей активной зоны реактора. Поскольку длительная работа реактора АСММ между перегрузками (5‒10 лет) требует более высокого обогащения и выгорания топлива, по сравнению с большими энергетическими реакторами, в статье приведены универсальные аналитические взаимосвязи выгорания, обогащения и тепловой напряженности топлива с топливной кампанией реактора (периодичностью перегрузок), расходом топлива и природного урана, а также стоимостными показателями ключевых технологических переделов, что необходимо для полноценного экономического анализа АСММ. Представленные материалы применимы и для инженерно-экономического анализа энергетических реакторов большой мощности. В статье приведены многочисленные количественные примеры и результаты расчетов рассмотренных экономических критериев АСММ в широком диапазоне технологических параметров ЯТЦ.
Об авторах
К. Ж. Аусенов
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Россия
Россия
В. А. Карпов
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Россия
Россия
В. В. Харитонов
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Россия
Россия
доктор физико-математических наук, профессор
Список литературы
1. Small modular reactors: challenges and opportunities. NEA No. 7560, OECD 2021. 56 p. Available at: https://oecd-nea.org/upload/docs/application/pdf/2021-03/7560_smr_report.pdf (accessed: 02.07.2026).
2. Advances in small modular reactor technology developments. A Supplement to: IAEA Advanced Reactors In-formation System (ARIS). 2020 – IAEA, September 2020. 354 p. Available at: https://aris.iaea.org/Publications/SMR-Book_2018.pdf (accessed: 02.07.2026).
3. Boarin S., Mancini M., Ricotti M., Locatelli G. Economics and financing of small modular reactors (SMRs). Handbook of Small Modular Nuclear Reactors. Woodhead Publishing Series in Energy: Number 64. 2015. Elsevier Ltd. 40 p. Available at: file:///F:/Downloads/HANDBOOKSMR-OurChapterV01.pdf (accessed: 02.07.2026).
4. Kamiya G., Coroamă V.C. Data centre energy use: critical review of models and results. March 2025, EDNA – IEA 4E TCP. 72 р. Available at: https://www.iea-4e.org/wp-content/uploads/2025/05/Data-Centre-Energy-Use-Critical-Review-of-Models-and-Results.pdf (accessed: 02.07.2026).
5. Журавлев И.Б., Квятковский С.А., Птицын П.Б., Смирнова Л.С. Оценка конкурентоспособности отече-ственных проектов АСММ в изолированных районах. Москва: Госкорпорация «Росатом», 2023. 238 с. Режим доступа: https://naukarosatom.ru/results/reports/?ysclid=mseok71b3273473796 (дата обращения: 02.07.2026).
6. The path to a new era for nuclear energy. International Energy Agency (IEA). 2025. 99 p. Available at: https://www.iea.org/reports/the-path-to-a-new-era-for-nuclear-energy (accessed: 02.07.2026).
7. Смирнова Л.С., Королев С.А. Анализ факторов, важных для комплексного подхода к экономике проектов атомных станций малой мощности. Атомная энергия. 2024;137(1-2):3-14. Режим доступа: https://www.j-atomicenergy.ru/index.php/ae/article/view/5410 (дата обращения: 02.07.2026).
8. Kim Ph., Macfarlane A. Challenges of small modular reactors: A comprehensive exploration of economic and waste uncertainties associated with U.S. small modular reactor designs. Progress in Nuclear Energy. 2026;190. Availa-ble at: https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2025.105989 (accessed: 02.07.2026).
9. Петрунин В.В. Реакторные установки для атомных станций малой мощности. Вестник РАН. 2021;91(6):528-540. https://doi.org/10.31857/S0869587321050182
10. Петрунин В.В., Шешина Н.В., Фатеев C.А. [и др.] Научно-технические аспекты создания инновационной реакторной установки РИТМ-200Н для АСММ. Атомная энергия. 2023;134;1-2:3-10. Режим доступа: https://www.j-atomicenergy.ru/index.php/ae/article/view/5265 (дата обращения: 02.07.2026).
11. Романов А.И., Папотин В.Ю., Тутуркин М.Ю. Разработка активных зон для АСММ и ПЭБ. Текущее со-стояние и направления развития. Вопросы атомной науки и техники. Серия: Материаловедение и новые мате-риалы. 2023;5(121):86-111. Режим доступа: https://vniinm.tvel.ru/upload/iblock/b7d/%D0%92%D0%90%D0%9D%D0%A2%20121%20-%202023.5.pdf?ysclid=msep0vfq6v641790600 (дата обращения: 02.07.2026).
12. Брыкалов С.М., Балыбердин А.С., Нырков Д.А., Шешина Н.В., Гущина Е.А. Выбор приоритетного вари-анта плавучего энергоблока по анализу технико‑экономических показателей. Арктика: экология и экономика. 2022;12(4):551−558. https://doi.org/10.25283/2223-4594-2022-4-551-558
13. Manual for evaluation of industrial projects. United Nations Industrial Development Organization (UNIDO). Vienna, 1986. 139 pp. Available at: http://bizplan5.ru/doc/unido/Manual_for_Evaluation_of_Industrial_Projects.pdf?ysclid=msefbo4315326565850 (accessed: 02.07.2026).
14. Семенов Е.В., Семенова Д.Ю., Харитонов В.В. Усовершенствованная модель расчета микроэкономиче-ских критериев эффективности инвестиций в энергетические проекты. Микроэкономика. 2024;(3):41-68. DOI: 10.33917/mic-3.116.2024.41-68
15. Electricity Generation Costs 2025. OGL, UK Government, January 2026. 43 p. Available at: https://assets.publishing.service.gov.uk/media/696697d19d9b9da37c04c2e4/electricity-generation-costs-report2025.pdf (accessed: 02.07.2026).
16. Nuclear power economics and structuring. 2024, World Nuclear Association. Published: April 2024, Report No. 2024/001. 56 p. Available at: https://world-nuclear.org/images/articles/economics-report-2024-April.pdf (accessed: 02.07.2026).
17. Мичурина Д.А., Семенов Е.В., Харитонов В.В. Об экономической конкурентоспособности малых мо-дульных АЭС с толерантным топливом. Микроэкономика. 2025;(4):62-69. DOI: 10.33917/mic-4.123.2025.62-69
18. Семенов Е.В., Харитонов В.В., Мичурина Д.А. Об экономической конкурентоспособности малых мо-дульных АЭС с толерантным топливом. Часть 2. Микроэкономика. 2025;(5):13-20. DOI: 10.33917/mic-5.124.2025.13-20
19. АО «Атомэнергопром». Годовой отчет, 2024. 235 с. Режим доступа: https://atomenergoprom.ru/upload/iblock/9de/grmxnj1vnpfsjdld309y4caw26z9i4ck.pdf (дата обращения 02.07.2026). ре
20. Very High Burn-ups in Light Water Reactors. OECD/NEA No 6224, 2006. Available at: https://oecd-nea.org/upload/docs/application/pdf/2019-12/nea6224-burn-up.pdf (accessed: 02.07.2026).
21. Семенов Е.В., Харитонов В.В. Аналитическая зависимость глубины выгорания от обогащения перспек-тивного топлива и параметров топливной кампании реакторов. Известия вузов. Ядерная энергетика. 2023;(3)94-105. https://doi.org/10.26583/npe.2023.3.08
22. 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: https://nrcki.ru/files/pdf/VANT-2024-01.pdf (дата обраще-ния: 02.07.2026).
23. Семченков Ю., Павловичев А., Чибиняев А. Близость к сценарию. Перспективы эволюционного развития топлива ВВЭР. Росэнергоатом (РЭА). 2011;10:24-29.
24. Zhiwen Xu. Design Strategies for Optimizing High Burnup Fuel in Pressurized Water Reactors. Ph.D. dissertation. Massachusetts Institute of Technology, 2003, 305 p. Available at: https://www.researchgate.net/publication/279838782_Design_strategies_for_optimizing_high_burnup_fuel_in_pressurized_water_reactors (accessed: 02.07.2026).
25. The Future of Nuclear Power. An Interdisciplinary MIT Study. Massachusetts Institute of Technology, 2003. Available at: https://web.mit.edu/nuclearpower/ (accessed: 02.07.2026).
26. Поваров В.П., Голубев Е.И., Жук М.М. Физика реактора ВВЭР-1200 и эксплуатационные вопросы : научно-практическое пособие. Филиал АО «Концерн Росэнергоатом» «Нововоронежская атомная станция». Белгород: Константа; Нововоронеж, 2025. 332 с. Режим доступа: https://openrepository.mephi.ru/handle/123456789/36946 (дата обращения 02.07.2026).
Рецензия
РЕЦЕНЗИЯ
Рассмотрена статья «Влияние параметров ядерного топливного цикла на экономику атомных станций малой мощности».
Статья посвящена актуальной проблеме обоснования экономической эффективности атомных станций малой мощности (АСММ), в частности, реакторов типа РИТМ. Авторами рассматривается специфика ядерного топливного цикла (ЯТЦ) для АСММ, ключевой особенностью которой является длительная непрерывная работа реактора без перегрузок (до 10 лет и более) с последующей полной заменой активной зоны.
Научная цель исследования сформулирована четко и заключается в разработке аналитической методики оценки взаимосвязей технологических параметров ЯТЦ и микроэкономических критериев эффективности инвестиций (NPV, LCOE, DPP, IRR). Методология опирается на строгий математический аппарат: авторами впервые предложен «дискретный подход» к расчету денежных потоков, где затраты на топливо моделируются через сумму дельта-функций, что адекватно отражает физику процессов перегрузки АСММ в отличие от классических моделей с непрерывными затратами.
Ключевые результаты работы представляют несомненный интерес:
– получены новые аналитические выражения для расчета приведенной стоимости электроэнергии (LCOE) и периода окупаемости (DPP) с учетом дискретности топливных затрат;
– установлены фундаментальные аналитические взаимосвязи между выгоранием, обогащением, тепловой напряженностью топлива и кампанией реактора, позволяющие формировать непротиворечивый набор параметров ЯТЦ;
– количественно показано, что удельный расход природного урана и топливная составляющая стоимости электроэнергии для АСММ типа РИТМ практически в два раза превышают аналогичные показатели для крупных реакторов ВВЭР-1200.
Статья написана строгим техническим языком, математические выкладки изложены последовательно и логично. Графический материал (сеточные диаграммы, графики чувствительности) наглядно иллюстрирует полученные аналитические зависимости. Структура работы соответствует формату IMRAD, выводы полностью базируются на проведенных расчетах.
К статье имеются отдельные замечания рекомендательного характера:
а) В работе используются оценочные значения удельных капитальных затрат для АСММ (6±2 тыс. долл./кВт). Учитывая высокую чувствительность LCOE к ставке дисконтирования и капитальным затратам, целесообразно дополнить анализ таблицей чувствительности LCOE к разбросу CAPEX в более широких пределах.
б) Приведенные полуэмпирические зависимости идеального выгорания от обогащения (формулы 16 и 17) получены для традиционного топлива UO2. Стоит сделать оговорку о границах их применимости при переходе на перспективные топливные матрицы (например, дисперсионное топливо), для которых коэффициенты аппроксимации могут отличаться.
Данные замечания не снижают ценности работы и носят лишь рекомендательный характер, обозначая направления для дальнейших исследований.
Учитывая вышеизложенное, считаю, что статья «Влияние параметров ядерного топливного цикла на экономику атомных станций малой мощности» представляет собой завершенное исследование, вносящее вклад в методологию экономического обоснования проектов АСММ, и рекомендуется к публикации в журнале «Глобальная ядерная безопасность».
Рецензент
к.т.н., доцент кафедры атомной энергетики
ВИТИ НИЯУ МИФИ А.А. Лапкис
Для цитирования:
Аусенов К.Ж., Карпов В.А., Харитонов В.В. Влияние параметров ядерного топливного цикла на экономику атомных станций малой мощности. Глобальная ядерная безопасность. 2026;16(3):93-107. https://doi.org/10.26583/gns-2026-03-09. EDN: VSDCMW
For citation:
Aussenov K.G., Karpov V.A., Kharitonov V.V. Impact of nuclear fuel cycle parameters on the economics of small-capacity nuclear power plants. Global Nuclear Safety. 2026;16(3):93-107. (In Russ.) https://doi.org/10.26583/gns-2026-03-09. EDN: VSDCMW
Просмотров:
27
JATS XML
Послать статью по эл. почте 