機(jī)組核燃料經(jīng)濟(jì)性分析

王青山

(成都理工大學(xué)核技術(shù)與自動(dòng)化工程學(xué)院，四川成都610059)

摘要：本文在研究中以“華龍一號”機(jī)組核燃料為核心，明確核燃料循環(huán)，對“華龍一號”機(jī)組核燃料進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，得到結(jié)論并提出建議，不斷提高“華龍一號”機(jī)組核燃料的經(jīng)濟(jì)性，并為相關(guān)研究人員提供一定的借鑒和幫助。

關(guān)鍵詞：華龍一號;核燃料;經(jīng)濟(jì)性

“華龍一號”作為我國第三代核電技術(shù)，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，并代表中國參加國際競爭，肩負(fù)著十分重要的使命，為了分析和評價(jià)“華龍一號”的綜合競爭力，要對其機(jī)組核燃料進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，以便于制定科學(xué)合理的完善措施。燃料費(fèi)用是核電廠工程造價(jià)的重要部分，“華龍一號”在設(shè)計(jì)中以“177堆芯”為技術(shù)核心，為了判斷“華龍一號”的應(yīng)用價(jià)值，要做好經(jīng)濟(jì)性分析，對比二代改進(jìn)型核電機(jī)組、AP1000核電機(jī)組，確定“華龍一號”機(jī)組核燃料經(jīng)濟(jì)性，提出合理的建議，進(jìn)而推進(jìn)“華龍一號”機(jī)組核燃料的廣泛應(yīng)用。

一、核燃料循環(huán)

核燃料循環(huán)特指一種裂變堆應(yīng)用活動(dòng)，即為反應(yīng)堆燃料供給與乏燃料處理的全過程。核電站在實(shí)際運(yùn)行中，全壽期內(nèi)會(huì)經(jīng)歷很多運(yùn)行循環(huán)，根據(jù)每一個(gè)循環(huán)的特性，可以將其歸類為初婚循環(huán)、過渡循環(huán)、平衡循環(huán)，循環(huán)期末中的反應(yīng)堆要經(jīng)歷2次停堆換料，完成后核電站啟動(dòng)間隔是一個(gè)換料周期，而反應(yīng)堆的這一個(gè)換料周期就是一個(gè)運(yùn)行循環(huán)。在實(shí)際運(yùn)行中，核燃料循環(huán)包括核燃料循環(huán)前端和后端等兩部分內(nèi)容，前端主要以鈾礦開采加工、鈾提取精制、燃料元件制造以及鈾濃縮為主要內(nèi)容，后端則涉及到乏燃料中間儲(chǔ)存、后處理以及放射性廢物處理等內(nèi)容。從經(jīng)濟(jì)性角度上看，核燃料相關(guān)費(fèi)用包括前端燃料制造和后期處理中形成的費(fèi)用，本文暫時(shí)不考慮后期處理部分的費(fèi)用，這是因?yàn)獒槍筇幚碣M(fèi)用根據(jù)0. 026元/kW.h進(jìn)行計(jì)算，沒有融入組件形式形成的計(jì)算差異，并不能反映出不同乏燃料后處理的經(jīng)濟(jì)特征，再加上缺少大規(guī)模乏燃料后處理經(jīng)驗(yàn)，不同燃料組件的后期處理成本無法短時(shí)問內(nèi)獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。

二、“龍華一號”機(jī)組核燃料經(jīng)濟(jì)性分析

(一)首爐階段

從“華龍一號”裝載方案上看，反應(yīng)堆電功率是1161MW，而熱功率是3050MW，堆芯鈾裝量是81.35t。在第一循環(huán)運(yùn)行中，二區(qū)裝載，第一區(qū)富集度為1.8%，有61個(gè)燃料組件;第二區(qū)富集度為2.4%，有68個(gè)燃料組件;第三區(qū)富集度為3.1%，有48個(gè)燃料組件，總循環(huán)長度是336EFPD。從=代改進(jìn)型機(jī)組裝載方案上看，反應(yīng)堆熱功率是2895MW，、可達(dá)到1089MW的連續(xù)性出力，堆芯是157個(gè)改進(jìn)型AFA-3C燃料組件形成，堆芯鈾裝量是72.lt。在第一循環(huán)運(yùn)行中，三區(qū)裝載，第一區(qū)富集度為1.8%，有53個(gè)燃料組件;第二區(qū)富集度為2.4%，有52個(gè)燃料組件;第三區(qū)富集度為3.l%，有52個(gè)燃料組件，總循環(huán)長度是319EFPD。從AP1000裝載方案上看，反應(yīng)堆電功率是1250MW，而熱功率是3400MW。存第一循環(huán)運(yùn)行中，五區(qū)裝載，第一區(qū)富集度為0.74%，有16個(gè)燃料組件;第二區(qū)富集度為1.58%，有49個(gè)燃料組件;第三區(qū)富集度為3.2%，有28個(gè)燃料組件，第四區(qū)富集度為3.776%，有36個(gè)燃料組件;第五區(qū)富集度為4.376%，有28個(gè)燃料組件，總循環(huán)長度是450EFPD。通過綜合分析對比，“華龍一號”組件和二代改進(jìn)型組件差異不大，這種差別形成的組件制造費(fèi)用影響可以忽略不計(jì)，而AP1000組件較長。從費(fèi)用上看，通過對比發(fā)現(xiàn)“華龍一號”發(fā)電中消耗天然鈾、轉(zhuǎn)化和分離功數(shù)量明顯低于AP1000、二代改進(jìn)型機(jī)組，采購費(fèi)用較低。但從組件制造費(fèi)用來看，“華龍一號”不占優(yōu)勢，便得總費(fèi)用較高。

(二)換料階段

各個(gè)機(jī)組換料方案如表l所示，從各個(gè)機(jī)組的消耗量上看，“華龍一號”、改進(jìn)型機(jī)組、AP1000的天然鈾、轉(zhuǎn)化等數(shù)量基本持平，“華龍一號”、AP1000消耗的分離功持平，高于改進(jìn)型機(jī)組約12%，但從組件數(shù)量消耗上看，“華龍一號”低于二代改進(jìn)型機(jī)組，卻高于AP1000。由此可見，提升富集度、循環(huán)長度以及燃耗可以控制組件消耗。從費(fèi)用分析上看，通過對各個(gè)機(jī)組發(fā)消耗工程量與單價(jià)的分析對比，在平衡循環(huán)內(nèi)，核算機(jī)組各階段所需的燃料費(fèi)用，發(fā)現(xiàn)組件制作與天然鈾的采用費(fèi)用可達(dá)到總費(fèi)用的800/0，依次是分離功費(fèi)用，在成本控制中，要以組件制作、天然鈾采購為燃料費(fèi)用控制要點(diǎn)，提高燃料的經(jīng)濟(jì)性。

表1為各個(gè)機(jī)組換料方案

三、結(jié)論

通過對比“華龍一號”、AP1000、改進(jìn)型機(jī)組的首爐階段和換料階段所需消耗量和費(fèi)用，得到以下結(jié)論：第一，首爐階段中的“華龍一號”和AP1000機(jī)組核燃料費(fèi)用為持平狀態(tài)，略高于二代改進(jìn)型機(jī)組，而在換料階段，“華龍一號”機(jī)組核燃料費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他機(jī)組，總費(fèi)用最低，競爭優(yōu)勢明顯。第二，換料階段中，由于富集度和循環(huán)長度的增加，相比于其他兩種機(jī)組而言，消耗組件數(shù)量降低，控制核燃料總費(fèi)用，凸顯競爭優(yōu)勢和設(shè)計(jì)優(yōu)勢。

綜上所述，為了提高“華龍一號”機(jī)組核燃料的經(jīng)濟(jì)性，要重點(diǎn)控制天然鈾采購費(fèi)用與組件制作費(fèi)用，不斷提升燃料富集度，強(qiáng)化燃料，控制整體費(fèi)用，進(jìn)而提高“華龍一號”機(jī)組的綜合競爭力。

參考文獻(xiàn)：

[1]法丹，鄭保軍，F(xiàn)ADan，等，“華龍一號”機(jī)組核燃料經(jīng)濟(jì)性分析[J].中國核電，2017.

[2]Gu0 0,Su G.China's Nuclaar Power StrategicEmerging Industries 12th Five-Year Foster Outcomes and Long-Term Development Prospects[J].中國工程科學(xué)，2017.

作者簡介：

王青山(1997-)，男，山東省德州市人，漢，本科在讀，研究方向?yàn)楹斯こ膛c核技術(shù)。