Language:  

Как устроена экономика добычи урана в России и мире: инвестиционный обзор рынка

 
Метки: Инвестиционный обзор | Инвестиции | Уран | Добыча | Сырье | Электричество
 

Опубликованная ниже статья - это не обзор на конкретную дату и не анализ того, что с компаниями из анализируемой отрасли может произойти в ближайшем будущем. Мы постарались абстрагироваться от текущей конъюнктуры, и попробовали собрать самое главное о том, что влияет на рассматриваемую отрасль в долгосрочном периоде, включая закономерности, которым подчиняются основные составляющие денежного потока участников рынка. Как любая модель, данная статья представляет собой упрощение - сказанное ниже не обязательно будет в точности применимо к любой компании из отрасли. Тем не менее, мы надеемся, что статья будет полезна тем инвесторам и аналитикам, которым необходимо быстро познакомиться с отраслью, чтобы в дальнейшем выводы, сформулированные в статье, дополнить результатами собственного анализа на конкретную дату и для конкретной компании.

Цепочка создания стоимости

Атомная энергия - единственный доступный сегодня человечеству вид энергии, не являющийся производным от энергии солнца. Получение атомной энергии основано на процессе деления ядер тяжелых химических элементов, в первую очередь урана и плутония. Уран в природе существует в виде нескольких изотопов - уран-235 (U-235) и уран-238 (U-238). Под изотопами понимаются атомы одного и того же химического элемента, обладающие разным количеством электронов. Разные изотопы одного и того же химического элемента обладают одними и теми же химическими свойствами (то есть их поведение в химических реакциях одинаково). А вот атомные свойства изотопов одного и того же химического элемента могут существенно отличаться. Производственный процесс в урановой промышленности ставит своей целью получение из урановых руд изотопа урана-235.

Природный уран состоит на 0,7% из изотопа U-235, а на 99,3% из изотопа U-238. Цель производственного процесса как в атомной электроэнергетике, так и в военной промышленности - увеличить процентную долю изотопа U-235 в исходном материале. Для использования в большинстве атомных реакторов необходимо увеличить долю урана-235 до 4-5%, а для использования в ядерном оружии - до 90%.

Цепочка создания стоимости в атомной промышленности состоит из следующих основных этапов:

  1. Добыча сырья. Процесс добычи и первичной обработки урановых руд в целом не отличается от процесса добычи других твердых полезных ископаемых - например, золота, меди, никеля и прочих.
  2. Обогащение сырья. Основной производственный процесс в атомной промышленности, цель которого заключается в получении изотопа урана-235, который необходим для осуществления управляемой атомной реакции.
  3. Производство электроэнергии. Процесс выработки электроэнергии в атомных реакторах атомных электростанций (АЭС) на основе обогащенного урана.
  4. Утилизация или переработка отработанного сырья. В зависимости от используемой технологии, отработанное урановое сырье может утилизироваться (захораниваться в специальных безопасных могильниках) либо перерабатываться с целью последующего повторного использования при производстве электроэнергии.

В данной статье основной акцент будет сделан на двух первых этапах цепочки создания стоимости. Работа атомных электростанций и утилизация/переработка отработанного топлива не будут далее рассматриваться в деталях.

Детерминанты спроса

Практически единственный мотив спроса на уран сегодня – производство электрической энергии. В период с 1942 по 1974 большой спрос (до 50% от мирового объема добычи урановых руд) был связан с военными целями, однако сегодня значимость этого фактора ничтожна. Таким образом, спрос на уран является производным от спроса на электрическую энергию, производимую атомными электростанциями.

Основным товаром-заменителем для урана является отработанное ядерное топливо (которое можно использовать в производственном процессе повторно). Однако возможность переработки отработанного атомного топлива необходимо предусмотреть на этапе проектирования технологической цепочки - поэтому в краткосрочном периоде объем имеющегося в наличии отработанного атомного топлива конечен. Другие близкие заменители у урана отсутствуют.

Детерминанты предложения

Атомная отрасль - это отрасль с необычно длительным сроком ввода производственных мощностей в эксплуатацию. Как при разработке урановых месторождений, так и при проектировании атомных электростанций между датой принятия решения о запуске проекта и датой ввода новых мощностей в эксплуатацию может пройти десять и более лет. Как результат, объемы предложения урана на мировом рынке на горизонте 10 лет могут быть просчитаны с очень высокой степенью точности. Таким образом, объемы предложения абсолютно неэластичны в краткосрочном периоде, и низкоэластичны в долгосрочном периоде.

Технология добычи и обогащения урана

Фаза Производственный цикл
Добыча 1. Добыча руды / mining the ore
2. Производство уранового концентрата / Concentrate to UOC
Обогащение 3. Переработка концентрата (U3O8 в UF6) / UOC conversion
4. Обогащение / enrichment
5. Изготовление топлива (включая преобразование в UO2) / Fuel fabrication (including conversion to UO2)
6. Доставка топлива на электростанцию / Fuel delivery to station
Электростанция 7. Cжигание в реакторе / In reactor
8. Хранение переработанного топлива / Station storage pool
Утилизация Опция 1: Утилизация переработанного топлива / Direct disposal option Опция 2: Повторная переработка / Reprocessing option
Транспортировка топлива / spent fuel transport Транспортировка топлива / spent fuel transport
Хранение топлива / Storage Хранение топлива / Storage
Инкапсуляция / Encapsulation Переработка / Reprocessing. После этой стадии уран возвращается на стадию 3, а плутоний – на стадию 5
Выбытие / Disposal Обработка и хранение отходов / treatment and storage of waste
Disposal of LLW + ILW
Disposal of VHLW

1-2. Добыча руды и производство уранового концентрата. Урановая руда добывается открытым или подземным способом, после чего направляется на дробильную мельницу. После дробления руда перерабатывается до уранового концентрата химическими методами. Коэффициент извлечения урана обычно составляет от 85 до 95 процентов урана, содержащегося в руде. Радиоактивность выделенного урана очень низкая. На выходе получается урановый концентрат U3O8 (иногда называется желтым кеком – yellowcake), масса урана в концентрате составляет от 60% до 85%.

3. Переработка концентрата. Высокая чистота ядерного топлива достигается растворением уранового концентрата в азотной кислоте, фильтрации и обработке раствора химическими растворителями. Получаемый нитрат урана имеет более 99,95% чистоты. Нитрат урана снова превращается в оксид урана, а он, в свою очередь, превращается в легкий летучий газ гексафторид урана (UF6), который используется в процессе обогащения.

4. Обогащение. Уран в природе чаще всего находится в виде 238 изотопа. Однако цепная самоподдерживающая ядерная реакция в реакторе возможна только с 235 изотопом. Процесс повышения концентрации U-235 в гексафториде урана называется обогащением. Химические методы, которые широко применяются при работе с другими металлами (золото, медь, никель и пр.), в случае с обогащением урана не дают результата, т.к. химические свойства двух разделяемых изотопов идентичны. Физические методы должны обладать высокой степенью точности, так как разница в атомной массе между двумя изотопами составляет 1.5%. В мире для обогащения урана до 235-го изотопа применяют две основные технологии - газовую диффузию (gaseous diffusion) и газовое центрифугирование (gas centrifuges).

При газовой диффузии газообразное сырье (гексафторид урана) продавливается сквозь мелкопористую мембрану, при этом различные изотопы проходят сквозь поры с различной скоростью. При центрифугировании газ очень быстро раскручивается в центрифуге, и за счет центробежного ускорения более тяжелые молекулы будут скапливаться у периферии, а ближе к центру будет больше легких. Одна установка (как диффузная машина, так и центрифуга) обеспечивает обогащение исходного сырья лишь на незначительную величину. Поэтому установки обычно объединяются в каскады. Последовательно проходя через цепочку установок, исходное сырье достигает необходимого уровня обогащения.

Метод газовой диффузии

Метод газовой диффузии (источник)

Метод газового центрифугирования

Метод газового центрифугирования (источник)

Технология газовой диффузии была первой внедрена на обогатительных фабриках, так как является более простой для практического воплощения. Именно на основе этой технологии были построены основные мощности по обогащению урана в Европе и США. В Советском Союзе она также была исторически первой, однако уже начиная с 1950-х новые мощности по обогащению урана строились на основе технологии центрифугирования, которая оказалась более предпочтительной с экономической точки зрения (меньший расход электроэнергии). Сегодня технология центрифугирования является доминирующей в мире.

После процесса обогащения исходный уран разделяется на две фракции. Та фракция, в которой увеличено содержание 235 изотопа, отправляется на завод для изготовления топлива, при этом применяются все необходимые меры предосторожности. Вторая фракция с пониженным содержанием U-235 остается на хранении - развитие технологий в будущем может сделать хвосты обогащения привлекательными для дальнейшей переработки.

5. Изготовление топлива. Обогащенный гексафторид урана химически превращается в порошок чистого диоксида урана, который затем прессуется в окатыши и спекается в печи при высокой температуре с получением плотного керамического топлива. Топливные таблетки укладываются друг на друга, а затем герметизируются в трубках из коррозионно-стойкого циркониевого сплава.

Капитальные расходы

Капитальные расходы, связанные с процессом добычи урана, в целом типичны для горнодобывающих компаний. Расходы на геологоразведку у производителей урана обычно относительно не существенны. Поэтому основные капитальные расходы компании несут на этапе запуска месторождения в эксплуатацию. Основным компонентом капитальных расходов являются расходы на строительство горно-обогатительного комплекса, комплекса по производству уранового концентрата, обустройство инфраструктуры месторождения (в первую очередь линий электропередач и транспортной инфраструктуры для транспортировки сырья и готовой продукции). Доля стоимости оборудования в общих капитальных расходах обычно не столь существенна. Основной составляющей поддерживающих капитальных расходов являются затраты на горную технику (в первую очередь, горные самосвалы, если применяется открытый способ добычи, либо на шахтную технику) и используемое в процессе производства уранового концентрата оборудование, которые требуется менять один раз в 7-10 лет.

Основным элементом капитальных расходов в рамках процесса обогащения является стоимость каскада установок - диффузионных машин и газовых центрифуг. Срок службы газовой центрифуги составляет около 30 лет.

Cтруктура и основные драйверы себестоимости добычи урана

Организация экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) подготовила подробное исследование, касающееся экономики атомной промышленности. Исследование достаточно старое (1994 год), но с учетом долгосрочного горизонта планирования в атомной отрасли во многих своих частях не утратило актуальности. Ниже представлена структура себестоимости электроэнергии, получаемой на атомных электростанциях (при использовании технологии, предполагающей последующую переработку отработанного топлива и возвращения его в производственный процесс):

Структура себестоимости электроэнергии в атомной энергетике (при переработке отработавшего топлива)

Структура себестоимости электроэнергии в атомной энергетике (при переработке отработавшего топлива, по данным ОЭСР)

Аналогичный график приведен для технологии, предусматривающей захоронение отработанного топлива:

Структура себестоимости электроэнергии в атомной энергетике (при захоронении отработавшего топлива)

Структура себестоимости электроэнергии в атомной энергетике (при захоронении отработавшего топлива, по данным ОЭСР)

Добыча (приобретение) уранового сырья и его обогащение являются наиболее дорогими процессами в структуре себестоимости электроэнергии, получаемой на атомных электростанциях. В случае, если производственная схема предполагает переработку отработанного топлива, добавляется третий дорогой процесс - переработка топлива. При этом стоимость уранового сырья в этом случае снижается за счет вовлечения отработанного топлива в повторный производственный цикл (на графике представлено как уменьшение себестоимости).

Структура себестоимости добычи необогащенного урана в целом типична для горнодобывающей отрасли. Себестоимость на этом переделе относительно равномерно распределена между расходами на оплату труда, амортизацией оборудования, расходами на материалы и реагенты, топливо и энергию. В себестоимости добычи необогащенного урана преобладают переменные расходы. При этом они зависят в большей степени не от объема произведенного урана, а от объема извлеченной руды (а также от объема извлеченной вскрыши в случае открытого способа добычи).

Себестоимость процесса обогащения урана также большей частью складывается из переменных расходов, при этом доминирующий компонент расходов - расходы на использованную в рамках этого процесса электроэнергию. Чтобы обеспечить движение содержащей уран газообразной смеси (гексафторид урана) через каскад установок, требуются огромные затраты электрической энергии (хотя они все равно существенно ниже, чем генерируемые электростанцией объемы электрической энергии). Особенно высокий уровень энергопотребления характерен для технологии газовой диффузии. После Второй мировой войны на обогащение урана уходило до 3% всей электроэнергии, генерируемой в СССР, а в США аналогичный показатель доходил до 7%. Саяно-Шушенская ГЭС и первая очередь Белоярской атомной электростанции строились прежде всего для обеспечения потребностей в электроэнергии заводов по обогащению урана (а по схеме расположения электрических мощностей можно было вычислить местонахождение засекреченных заводов по обогащению урана). Доминирующая сейчас в мире технология газового центрифугирования требует в разы меньше электрической энергии. Это позволяет существенно снизить себестоимость процесса обогащения - примерно в два раза. На графике выше приведена структура себестоимости атомной электроэнергии при условии использования газовой диффузии для обогащения урана, в случае применения технологии центрифугирования доля обогащения в общей стоимости электроэнергии окажется заметно ниже.

Прогнозирование выручки и ценообразование

Когда говорят о ценах на уран, обычно имеют в виду урановый концентрат U308 (промежуточный продукт, полученный после стадии 2) - именно он является биржевым товаром. Торги контрактами на поставку уранового концентрата осуществляются на Нью-Йоркской фондовой бирже. Обогащенный уран обычно поставляется по прямым долгосрочным контрактам между обогатительными фабриками и атомными электростанциями.

Объем производства обогащенного урана определяется доступными обогатительными мощностями и спросом со стороны атомных электростанций. Атомная электростанция работает в непрерывном цикле, её работу нельзя остановить, поэтому спрос на топливо и объемы его реализации обычно очень стабильны.

Транспортные расходы

Уран является самым дешевым с точки зрения расходов на транспортировку видом топлива. В таблице ниже рассчитаны годовые потребности в топливе для производства 100МВ электрической энергии и транспортные затраты, связанные с перевозкой данного объема сырья:

Уголь Нефть Уран
Требуемое количество топлива 2.2*10^6 тонн угля 1.5*10^6 тонн нефти 150 тонн натурального урана
Требуемые площади для хранения 40 гектар (400 на 100 м) 25 гектар (50 резервуаров объемом 30 000 м3) 50 м2 (66 контейнеров по 3 тонны)
Транспорт 22 балкера с дедвейтом 100 000 1500 барж по 1000 тонн 2 железнодорожных вагона или 7 грузовиков

Основные участники и преобладающие стратегии ведения бизнеса

Добычей и разработкой урановых месторождений занимается большое количество компаний (процессы 1-2 на схеме выше). Производственный цикл на добывающих активах обычно включает только две первые стадии, а конечным продуктом является урановый концентрат U3O8. Урановый концентрат подлежит транспортировке в страну-переработчик. Это мало отличается от бизнеса по добыче других твердых полезных ископаемых - золота, меди, никеля и пр. Отрасль добычи урана характеризуется умеренной концентрацией. Кроме того, она конкурирует по цене с отработанным урановым топливом, которое может быть использовано в производственном цикле повторно. Основные добывающие активы сосредоточены в Центральной Африке, Канаде, среднеазиатских республиках бывшего СССР (в первую очередь в Казахстане) и Австралии.

Мировые мощности по переработке концентрата и его обогащению (процессы 3-5 на схеме) имеются лишь в ограниченном количестве стран. Это связано с угрозой распространения ядерного оружия - обогатительные мощности в основном контролируются теми странами, которые обладают ядерным оружием. Лидерами рынка по мощностям переработки является российский Росатом (через свою структуру Tenex - Техснабэкспорт), британо-германо-нидерландская Urenco и китайская CNNC:

Структура себестоимости электроэнергии в атомной энергетике (при захоронении отработавшего топлива)

Структура мощностей по обогащению урана (по данным Всемирной ядерной ассоциации)

Британская Urenco занимается только обогащением урана. Данная компания в равных долях принадлежит британским, нидерландским и германским владельцам (при этом только немецкая часть контролируется частными собственниками, британская и нидерландская доля контролируются государством). Российский Росатом и китайская CNNC представляют собой государственные отраслевые корпорации и объединяет под своим началом всю цепочку создания стоимости в атомной промышленности (включая управление атомными электростанциями).

Почему одни страны, города или компании добиваются экономического успеха, а другие - вынуждены влачить жалкое существование? Почему экономический рост такой слабый, а неравенство доходов все выше? Как новые технологии могут изменить глобальный экономический ландшафт? Присоединяйтесь к нашей группе ВКонтакте, чтобы получать больше информации о долгосрочных трендах в экономике и бизнесе.

Комментарии:
Авторизация через:
Здесь пока нет комментариев. Чтобы их оставить, авторизуйтесь вверху страницы или с помощью аккаунта ВКонтакте либо зарегистрируйтесь .
1