机组核燃料经济性分析

机组核燃料经济性分析

王青山

(成都理工大学核技术与自动化工程学院，四川成都610059)

摘要：本文在研究中以“华龙一号”机组核燃料为核心，明确核燃料循环，对“华龙一号”机组核燃料进行经济性分析，得到结论并提出建议，不断提高“华龙一号”机组核燃料的经济性，并为相关研究人员提供一定的借鉴和帮助。

关键词：华龙一号;核燃料;经济性

“华龙一号”作为我国第三代核电技术，拥有自主知识产权，并代表中国参加国际竞争，肩负着十分重要的使命，为了分析和评价“华龙一号”的综合竞争力，要对其机组核燃料进行经济性分析，以便于制定科学合理的完善措施。燃料费用是核电厂工程造价的重要部分，“华龙一号”在设计中以“177堆芯”为技术核心，为了判断“华龙一号”的应用价值，要做好经济性分析，对比二代改进型核电机组、AP1000核电机组，确定“华龙一号”机组核燃料经济性，提出合理的建议，进而推进“华龙一号”机组核燃料的广泛应用。

一、核燃料循环

核燃料循环特指一种裂变堆应用活动，即为反应堆燃料供给与乏燃料处理的全过程。核电站在实际运行中，全寿期内会经历很多运行循环，根据每一个循环的特性，可以将其归类为初婚循环、过渡循环、平衡循环，循环期末中的反应堆要经历2次停堆换料，完成后核电站启动间隔是一个换料周期，而反应堆的这一个换料周期就是一个运行循环。在实际运行中，核燃料循环包括核燃料循环前端和后端等两部分内容，前端主要以铀矿开采加工、铀提取精制、燃料元件制造以及铀浓缩为主要内容，后端则涉及到乏燃料中间储存、后处理以及放射性废物处理等内容。从经济性角度上看，核燃料相关费用包括前端燃料制造和后期处理中形成的费用，本文暂时不考虑后期处理部分的费用，这是因为针对后处理费用根据0. 026元/kW.h进行计算，没有融入组件形式形成的计算差异，并不能反映出不同乏燃料后处理的经济特征，再加上缺少大规模乏燃料后处理经验，不同燃料组件的后期处理成本无法短时问内获得准确数据。

二、“龙华一号”机组核燃料经济性分析

(一)首炉阶段

从“华龙一号”装载方案上看，反应堆电功率是1161MW，而热功率是3050MW，堆芯铀装量是81.35t。在第一循环运行中，二区装载，第一区富集度为1.8%，有61个燃料组件;第二区富集度为2.4%，有68个燃料组件;第三区富集度为3.1%，有48个燃料组件，总循环长度是336EFPD。从=代改进型机组装载方案上看，反应堆热功率是2895MW，、可达到1089MW的连续性出力，堆芯是157个改进型AFA-3C燃料组件形成，堆芯铀装量是72.lt。在第一循环运行中，三区装载，第一区富集度为1.8%，有53个燃料组件;第二区富集度为2.4%，有52个燃料组件;第三区富集度为3.l%，有52个燃料组件，总循环长度是319EFPD。从AP1000装载方案上看，反应堆电功率是1250MW，而热功率是3400MW。存第一循环运行中，五区装载，第一区富集度为0.74%，有16个燃料组件;第二区富集度为1.58%，有49个燃料组件;第三区富集度为3.2%，有28个燃料组件，第四区富集度为3.776%，有36个燃料组件;第五区富集度为4.376%，有28个燃料组件，总循环长度是450EFPD。通过综合分析对比，“华龙一号”组件和二代改进型组件差异不大，这种差别形成的组件制造费用影响可以忽略不计，而AP1000组件较长。从费用上看，通过对比发现“华龙一号”发电中消耗天然铀、转化和分离功数量明显低于AP1000、二代改进型机组，采购费用较低。但从组件制造费用来看，“华龙一号”不占优势，便得总费用较高。

(二)换料阶段

各个机组换料方案如表l所示，从各个机组的消耗量上看，“华龙一号”、改进型机组、AP1000的天然铀、转化等数量基本持平，“华龙一号”、AP1000消耗的分离功持平，高于改进型机组约12%，但从组件数量消耗上看，“华龙一号”低于二代改进型机组，却高于AP1000。由此可见，提升富集度、循环长度以及燃耗可以控制组件消耗。从费用分析上看，通过对各个机组发消耗工程量与单价的分析对比，在平衡循环内，核算机组各阶段所需的燃料费用，发现组件制作与天然铀的采用费用可达到总费用的800/0，依次是分离功费用，在成本控制中，要以组件制作、天然铀采购为燃料费用控制要点，提高燃料的经济性。

表1为各个机组换料方案

三、结论

通过对比“华龙一号”、AP1000、改进型机组的首炉阶段和换料阶段所需消耗量和费用，得到以下结论：第一，首炉阶段中的“华龙一号”和AP1000机组核燃料费用为持平状态，略高于二代改进型机组，而在换料阶段，“华龙一号”机组核燃料费用远远低于其他机组，总费用最低，竞争优势明显。第二，换料阶段中，由于富集度和循环长度的增加，相比于其他两种机组而言，消耗组件数量降低，控制核燃料总费用，凸显竞争优势和设计优势。

综上所述，为了提高“华龙一号”机组核燃料的经济性，要重点控制天然铀采购费用与组件制作费用，不断提升燃料富集度，强化燃料，控制整体费用，进而提高“华龙一号”机组的综合竞争力。

参考文献：

[1]法丹，郑保军，FADan，等，“华龙一号”机组核燃料经济性分析[J].中国核电，2017.

[2]Gu0 0,Su G.China's Nuclaar Power StrategicEmerging Industries 12th Five-Year Foster Outcomes and Long-Term Development Prospects[J].中国工程科学，2017.

作者简介：

王青山(1997-)，男，山东省德州市人，汉，本科在读，研究方向为核工程与核技术。