Economie van de splijtstofcyclus:vandaag en morgen

Luc Van Den Durpel (LISTO bvba)Aliki van Heek (NRG)Ulrike Läüferts (NRG)

NNS Lezing9 November 2007

Den Haag

Inhoud

• De economie van de splijtstofcyclus vandaag– Aandeel van splijtstofcyclus in kernenergie kost– Trends in splijtstofcyclus kosten– Redenen voor bezorgdheid op korte tot middellange termijn?

• De economie van de splijtstofcyclus morgen– Van Generatie-II naar Generatie-III– En wat met Generatie-IV reactoren?– Mogelijke scenarii voor kernenergie– Wat is de kost voor duurzaamheid?– Blijft de splijtstofcyclus nog commercieel rendabel?

• Open vragen en besluiten

2

De economie van de splijtstofcyclus Vandaag

3

Competitiviteit van kernenergie?

4

Economische competitiviteit van kernenergie is goed tot zeer goed, doch nood aan:• risico beheer• aangepaste businessmodellen• gunstig socio-politiek kader

Een overzicht van de splijtstofcyclus

5

Uranium

Conversie

Back-End

Splijtstofcyclus kost hangt van vele factoren af

• Eenvoudige statische evaluatie levert enkel richtinggevende info op

– Typische LCOE berekening– Splijtstofopbrand optimum te

vinden tussen 55 – 65 GWd/tHM

• Doch rekening dient gehouden met

– Trends in prijzen voor U, conversie, aanrijking, …

– Contract politiek– Opties m.b.t. flexibiliteit in

splijtstofcyclus– … 6

OECD/NEA, Very High Burnup Fuels in LWRs, 2006

• Oplossingen:• Korte termijn:

• verhoging splijtstofopbrand• (Middel)Langere termijn:

• Opwerking & Recyclage• Th ?

Uranium behoeften en beschikbaarheid

7

Unat aanbod en vraag (1000 t U3O8)

2007 2010 2015 2020 2025

Reactor Capaciteit (GWe)

371 377 412 448 486

Mijn productie (@ 90%)

50.3 66.2 83.0 77.5 71.2

Rusland HEU 11.8 12.2 1.4 1.4 1.4

DU upgrading 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5

Andere* 7.3 8.2 7.3 7.3 6.8

Aanbod Capaciteit

73.9 91.2 96.1 90.7 81.6

Referentie behoeften**

76.2 83.0 87.5 93.9 101.6

Balans 2.3 -8.2 -8.6 3.2 20.0

* Omvat recyclage, USEC & DOE materiaal** Omvat reactoren en stock noden

World Nuclear Association, The World Nuclear Fuel Market – Supply and Demand 2007-2030, September 2007, London

Uranium

Tevens inventaris aan U3O8 te beschouwen:• ca. 240 kt U3O8

• ca. 15 mnd inventaris voor US-reactoren

Uranium (spot)prijs evolutie

• Sedert zo’n 3 jaar gestage stijging in spotprijzen voor Unat

– ‘Are we back to the ‘70s?’

• Prijsstijgingen gevolg van verschillende factoren

– Prijsstijging fossiele grondstoffen– Verwachtingen ‘nuclear boom’– Naijlende gevolgen van tekort

aan investeringen nieuwe U-mijn en aanrijkings faciliteiten

– Speculatie in een vrije markt

8

Uranium

Conversie behoeften en beschikbaarheid

• Conversie capaciteit is toereikend tot ca. 2013• Uitbouw van zowat 15 kt-capaciteit is nodig vanaf ca. 2020

9

Conversie aanbod en vraag (1000 tU als UF6)

2007 2010 2015 2020 2025

Cameco 13.7 15.5 15.5 18.0 18.0

Areva 14.0 14.0 15.0 18.0 21.0

Converdyn 12.0 14.0 18.0 18.0 18.0

Rosatom 5.0 5.5 10.0 13.0 14.0

China 1.5 2.5 2.5 3.5 3.5

UF6 stocks 20.1 20.8 11.0 11.2 8.8

Totaal aanbod 66.3 72.3 72.0 81.7 83.3

Referentie behoeften

59 62 ~ 65 67 ~ 77 72 ~ 85 79 ~ 97

Balans 7.3 7.3 ~ 10.3 -5 ~ 5 -3.3 ~ 9.7 -13.7 ~ 4.3

Conversie

Aanrijking behoeften en beschikbaarheid

• Aanrijkingscapaciteit kan voldoende zijn in de toekomst gezien de introductie van nieuwe spelers and capaciteitsuitbreiding

• Doch, veel hangt af van de daadwerkelijke invulling van nieuwe capaciteit op basis van ‘nuclear boom’ verwachtingen

• Aanrijking en Unat zijn tevens concurrerend en de DU-aanrijking is hierbij een bepalende factor

10

Aanrijking aanbod en vraag (106 SWU)

Huidige Capaciteit

in 2007

Mogelijke Capaciteit in

2015

Mogelijke Capaciteit in

2020

Areva USA - 1.00 3.00

Argentinië - 0.20 0.50

Australië - 1.50 3.00

Bazilië 0.30 0.50 0.70

Canada - 2.00 3.00

China 1.50 2.00 3.00

GE/Silex - 2.00 3.00

Japan 0.30 1.50 1.50

Rusland/Kazakhstan - 4.00 6.00

Zuid-Afrika - 1.00 3.00

Andere capaciteit* 43.70 58.20 62.70

Totaal aanbod 45.80 73.90 89.40

Referentie vraag 46.50 55.70 ~ 63.40

61.00 ~ 75.20

Balans -0.70 - 5.20 ~ 18.20

-14.50 ~ 14.20

* Van de 4 grote aanrijkingsbedrijven + stock + MOX + REPU

Aanrijking

Aanrijking prijs evolutie

• De prijs voor Unat en aanrijking zijn een dynamisch gekoppeld systeem

– Een ‘vrije’ variabele hierin is de DU-aanrijking

• Markt gedurende de voorbije 20 jaar voornamelijk gebaseerd op

– Lage Unat prijs– Hoge DU-aanrijking (0.3-0.35 %)– Lage aanrijkings-prijs– Gevolg: trage uitbreiding

aanrijkingscapaciteit• Heden:

– Hogere Unat prijzen– Contracten laten lagere DU-

aanrijking toe– Vraag naar meer aanrijking

11Thomas Neff, WNA Symposium ’07, London

Dynamische relatie tussen Unat en aanrijkingsprijs

• Hogere Unat prijzen verhogen equivalente aanrijkingsprijzen bij vaste DU-aanrijking– Voorbeeld

• Unat 130 $/kgU• Bij 0.30%: 290 $/SWU• Bij 0.20%: 100 $/SWU

– Maar SWU + 32% en Unat-vraag -28%

• Doch, capaciteit beschikbaarheid !– Aanrijkingscapaciteit beperkt lagere

DU-aanrijking• En stuwt dus naar hogere Unat en

aanrijkingsprijzen

– Tijdelijke beperking in Unat aanbod versterkt dit effect

12

Thomas Neff, WNA Symposium ’07, London

Update van prijzen t.o.v. generieke prijzen gebruikt door OECD/NEA

13

Item ‘NEA-prijs’(2000)

‘NEA-Prijs’

(2007 @ 2%/jr)

Laag Nominaal Hoog

Unat ($/kgU3O8) 30 34.5 150 200 250

Conversie ($/kgU3O8) 8 9.2 10 12 15

Aanrijking ($/SWU) 80 92 60 100 200

Fabricatie ($/kgHM)

UOX 300 345 300 400 500

MOX 1100 1265 1100 1500 1800

Transport + Interim Stockage SF

($/kgSF)

230 265 265 265 265

Transport + Opwerking($/kgSF)

770 886 530 770 950

Berging SF($/kgSF)

610 702 700 700 700

Berging HLW($/kgHLW)

90 104 104 104 104

Effect op splijtstofkosten

14

45 GWd / 3.8% OTC45 GWd / 3.8% RFC

55 GWd / 4.8% OTC

55 GWd / 4.8% RFC

8

8.25 8.5

8.75 9

9.25 9.5

9.75 10

10.2

5

10.5

10.7

5

11

11.2

5

11.5

11.7

5

12

12.2

5

12.5

12.7

5

13

13.2

5

13.5

13.7

5

14

14.2

5

14.5

14.7

5

15

11 $/MWhe

10.8 $/MWhe

‘NEA-Prijs’ @ 2007:OTC 6.51 $/MWheRFC 6.58 $/MWhe

Resultaten met 0% discounting en zonder cross-correlaties tussen front-end activiteitenDU-aanrijking = 0.25%

Front-End splijtstofcyclus business

• Ontwikkelingen aan de aanbodzijde:– Meer exploratie na lange ‘malaise’ in de branche– Verschuiving in de komende jaren van diffusie naar centrifuge

verrijking– Hogere opbrand (met hogere verrijking) mogelijk door nieuwe cladding

ontwikkelingen– Mogelijke toenemende economische interesse voor recyclage

• Ontwikkelingen aan de vraagzijde:– Hogere druk op spent fuel kosten– Meer vraag door levensduurverlenging centrales en nieuwbouw

15

De economie van de splijtstofcyclus Morgen

16

Evolutie kernenergie

17

Evolutie kernenergie: drie voorname richtingen

18

LWR HTR

FR

Lichtwaterreactor:Bestaande technologieEconomie

Hoge temperatuur-reactor:WKK, proceswarmte, Waterstof

Snelle reactor:Duurzaamheid-grondstoffengebruik-afvalproduktie

Enkele (partieel) gesloten splijtstofcycli

20OECD/NEAComparative Assessment of FR and ADS in Advanced Nuclear Fuel Cycles, 2001

Unat

Once Through (1) Pu Burning (2)

TRU Burning in FR (3A) Double Strata (4)

TRU Burning in ADS (3B) FR Strategy (5)

LWR LWR LWR FR

LWR FR LWR LWR FR

HLWFR/ADSLosses

An

LossesMA

An

Pu

AnAn

U

TRU

Losses

Losses

TRULWR ADS FR

Pu

Pu Pu

MA+Losses

Pu Pu

Losses

Evolutie kernenergiekost op weg naar duurzaamheid

21

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0.01 0.1 1 10 100

TRU-loss (kgTRU/TWhe)

RCO

ST (%

)

OTC

ADS TRU

MOX ADS TRU

ADS MA

FR TRUPu Burning

Front-end versus Back-end kostenbalans

22

0

2

4

6

8

10

12

LWR LWR Front-End * 2

LWR Front-End *3

LWR-MOX LWR-MOX Front-End * 2

LWR-MOX Front-End * 3

FR

COE/

MW

h

Disposal

Conditioning, Reprocessing

Fuel Fabrication

Mining, Conversion, Enrichment

0

2

4

6

8

10

12

LWR LWR Front-End * 2

LWR Front-End *3

LWR-MOX LWR-MOX Front-End * 2

LWR-MOX Front-End * 3

FR

COE/

MW

h

Disposal

Conditioning, Reprocessing

Fuel Fabrication

Mining, Conversion, Enrichment

OECD/NEAImpact of Advanced Nuclear Fuel Cycles on Waste Management, 2006

today's

LWR

Greenfield

GEN II

LWR - once through cycle cheap Uranium scenario

LWR - monorecycling high Uranium prices

LWR- MOX

LWR phase out Collapse of fuel cycle advantage

LWR + VHTR Penetration of H2-economy and process heat

application

LWR + FR - high U price +

availability of SFR or LFR

GEN III+ GEN IV

Option 1

Option 2

Option 3-1 Option 3-2

Option 4

Option 5

LWR+FR high front-and back-end cost

Opties om splijtstofcyclus kosten te mitigeren

Belang van splijtstofcyclus zal toenemen in meer duurzame kernenergie opties

24

Fuel Cycle Market Drivers

Energy Market Drivers

100% / 0%

0% / 100%

2020 2050

LWR

HTGR

LWR

FR

OTC

Mono-MOX

OTC

Mono-MOX

Multi-MOX

TRU-burning

Pu-breeding

Government

RegulationTaxesFees

Subsidies…

Open vragen &Besluiten

25

Besluiten

• De splijtstofcyclus is een dynamisch gegeven– Alle generieke kostprijsberekeningen gebaseerd op NPV/DCF/LCOE zijn slechts

benaderend• Correlatie en markteffecten tussen splijtstofcyclus stappen niet tenvolle geanalyseerd• Nood om reële opties in berekeningen te beschouwen

• Doch, als generieke conclusies:– De dubbele tijdelijke schaarste aan Unat en aanrijkingscapaciteit duwt de

huidige splijtstofkosten omhoog. – Reeds heden brengt dit mogelijk een kentering in de economische interesse

voor opwerkings scenarios temeer de back-end kosten, i.e. afval, mogelijks kunnen toenemen.

– Doch, de competitiviteit van kernenergie is op korte termijn niet in gevaar maar de splijtstofcyclus kan toenemend een bepalende factor worden

• Van zowat 20% van totale kost naar +30% • Evenwel hebben alle utilities hedging-maatregelen welke deze kortere termijn effecten

mitigeren26

Open vragen

• Welke splijtstofcycli opties worden geleidelijk aan aantrekkelijk bij verderzetting van deze front-end & back-end trends?

– Antwoord vergt een geïntegreerde studie omtrent zowel energie-markt als splijtstofmarkt en de mogelijke synergiëen

• Studie ondernomen door NRG / LISTO / ANL• De evolutie van kernenergie gebruik wereldwijd zal een nieuw dynamisch

evenwicht vragen doch kan dit mogelijk zowat 10 jaar in beslag nemen– Evenwicht hangt af van snelheid in balanceren van vraag en aanbod alsook

met de inherente speculatieve overdrijvingen• Ontwikkeling van nieuwe installaties vergt zowat 5 à 10 jr• Bovendien bepalen lopende contracten momenteel de prijsevolutie

gedurende deze periode van ‘schaarste’

27

Fuel Cycle Market

Synergy betweenLocal Competitiveness and Global Sustainabity

28

Energy Market

Capital

O&M

Fuel

CO

E

Capital cost reduction

• Government subsidies NOAK

• Tax reductions

• Economies of scale

• Economies of numbers

• R&D Government support

Investment Risk Mitigation

• Delivery contracts

• Liability limitations

• NPP Size

Fuel Cost reduction

• Reduced Front-end needs

• Reduced waste generation

• Flexibility of options

Key questions

How to optimize this locally and globally?

What business models are viable?

…

Met dank

29