機組核燃料經(jīng)濟性分析

王青山

(成都理工大學核技術與自動化工程學院，四川成都610059)

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

關鍵詞：華龍一號;核燃料;經(jīng)濟性

“華龍一號”作為我國第三代核電技術，擁有自主知識產(chǎn)權，并代表中國參加國際競爭，肩負著十分重要的使命，為了分析和評價“華龍一號”的綜合競爭力，要對其機組核燃料進行經(jīng)濟性分析，以便于制定科學合理的完善措施。燃料費用是核電廠工程造價的重要部分，“華龍一號”在設計中以“177堆芯”為技術核心，為了判斷“華龍一號”的應用價值，要做好經(jīng)濟性分析，對比二代改進型核電機組、AP1000核電機組，確定“華龍一號”機組核燃料經(jīng)濟性，提出合理的建議，進而推進“華龍一號”機組核燃料的廣泛應用。

一、核燃料循環(huán)

核燃料循環(huán)特指一種裂變堆應用活動，即為反應堆燃料供給與乏燃料處理的全過程。核電站在實際運行中，全壽期內(nèi)會經(jīng)歷很多運行循環(huán)，根據(jù)每一個循環(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)期末中的反應堆要經(jīng)歷2次停堆換料，完成后核電站啟動間隔是一個換料周期，而反應堆的這一個換料周期就是一個運行循環(huán)。在實際運行中，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存、后處理以及放射性廢物處理等內(nèi)容。從經(jīng)濟性角度上看，核燃料相關費用包括前端燃料制造和后期處理中形成的費用，本文暫時不考慮后期處理部分的費用，這是因為針對后處理費用根據(jù)0. 026元/kW.h進行計算，沒有融入組件形式形成的計算差異，并不能反映出不同乏燃料后處理的經(jīng)濟特征，再加上缺少大規(guī)模乏燃料后處理經(jīng)驗，不同燃料組件的后期處理成本無法短時問內(nèi)獲得準確數(shù)據(jù)。

二、“龍華一號”機組核燃料經(jīng)濟性分析

(一)首爐階段

從“華龍一號”裝載方案上看，反應堆電功率是1161MW，而熱功率是3050MW，堆芯鈾裝量是81.35t。在第一循環(huán)運行中，二區(qū)裝載，第一區(qū)富集度為1.8%，有61個燃料組件;第二區(qū)富集度為2.4%，有68個燃料組件;第三區(qū)富集度為3.1%，有48個燃料組件，總循環(huán)長度是336EFPD。從=代改進型機組裝載方案上看，反應堆熱功率是2895MW，、可達到1089MW的連續(xù)性出力，堆芯是157個改進型AFA-3C燃料組件形成，堆芯鈾裝量是72.lt。在第一循環(huán)運行中，三區(qū)裝載，第一區(qū)富集度為1.8%，有53個燃料組件;第二區(qū)富集度為2.4%，有52個燃料組件;第三區(qū)富集度為3.l%，有52個燃料組件，總循環(huán)長度是319EFPD。從AP1000裝載方案上看，反應堆電功率是1250MW，而熱功率是3400MW。存第一循環(huán)運行中，五區(qū)裝載，第一區(qū)富集度為0.74%，有16個燃料組件;第二區(qū)富集度為1.58%，有49個燃料組件;第三區(qū)富集度為3.2%，有28個燃料組件，第四區(qū)富集度為3.776%，有36個燃料組件;第五區(qū)富集度為4.376%，有28個燃料組件，總循環(huán)長度是450EFPD。通過綜合分析對比，“華龍一號”組件和二代改進型組件差異不大，這種差別形成的組件制造費用影響可以忽略不計，而AP1000組件較長。從費用上看，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、二代改進型機組，采購費用較低。但從組件制造費用來看，“華龍一號”不占優(yōu)勢，便得總費用較高。

(二)換料階段

各個機組換料方案如表l所示，從各個機組的消耗量上看，“華龍一號”、改進型機組、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，高于改進型機組約12%，但從組件數(shù)量消耗上看，“華龍一號”低于二代改進型機組，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。從費用分析上看，通過對各個機組發(fā)消耗工程量與單價的分析對比，在平衡循環(huán)內(nèi)，核算機組各階段所需的燃料費用，發(fā)現(xiàn)組件制作與天然鈾的采用費用可達到總費用的800/0，依次是分離功費用，在成本控制中，要以組件制作、天然鈾采購為燃料費用控制要點，提高燃料的經(jīng)濟性。

表1為各個機組換料方案

三、結論

通過對比“華龍一號”、AP1000、改進型機組的首爐階段和換料階段所需消耗量和費用，得到以下結論：第一，首爐階段中的“華龍一號”和AP1000機組核燃料費用為持平狀態(tài)，略高于二代改進型機組，而在換料階段，“華龍一號”機組核燃料費用遠遠低于其他機組，總費用最低，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，相比于其他兩種機組而言，消耗組件數(shù)量降低，控制核燃料總費用，凸顯競爭優(yōu)勢和設計優(yōu)勢。

綜上所述，為了提高“華龍一號”機組核燃料的經(jīng)濟性，要重點控制天然鈾采購費用與組件制作費用，不斷提升燃料富集度，強化燃料，控制整體費用，進而提高“華龍一號”機組的綜合競爭力。

參考文獻：

[1]法丹，鄭保軍，F(xiàn)ADan，等，“華龍一號”機組核燃料經(jīng)濟性分析[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，2017.

作者簡介：

王青山(1997-)，男，山東省德州市人，漢，本科在讀，研究方向為核工程與核技術。