产业与科技论転2019年第18卷第11期
长途运输鱼苗时□薄美芳张弘
【内容摘要】本文探索研究了商用快堆的经济性，燃料循环成本及运维成本，分析了快堆的其他优势，评价了综合竞争力，并对我国快堆的经济评价方法提出了建议。 【关键词】商用快堆；燃料循环成本；运维成本；综合竞争力
【作者简介】薄美芳（1984.1~），女，山西浑源人；中国核电工程有限公司高级工程师；研究方向：核电技术经济张弘（1967.11~），女，北京人；中国核电工程有限公司高级工程师；研究方向：核电技术经济
对于商用核电项目，经济分析最基本的目标和出发点是发电成本，核电厂总的发电成本为：建设成本（包含折旧费、摊销费、财务费用），燃料成本（燃料的换料成本和乏燃料后处理或处置成本），运行和维护成本（O&M）。在项目建设投资已有测算结果的情况下，本文通过与压水堆的发电成本差异分析得出经济性结论，并分析了快堆的综合竞争力，如对铀资源的高效利用，闭合燃料循环，嫗变长寿期核素等。本报告研究意义在于针对商用快堆的经济性进行了定量分析，对其综合竞争力进行了评价，并对 我国商用快堆的评价方法及标准提出了建议，尽快建立适合四代快堆的评价体系。
一、商用增殖快堆经济竞争力分析
（一）商用增殖快堆燃料循环成本。
1.概述。国内已建或在建压水堆核电项目中，投资成本约占发电成本的40%，燃料成本约占发电成本的35%，如图 1所示，在项目投资已确定的情况下，燃料成本是发电成本的重要组成部分，整个电厂寿期都要发生的燃料成本是影响整个发电成本的重要影响因素，国际上发展快堆的主要优势在于燃料循环，因此燃料循环成本分析也是本文经济分析的
备注1：主要基于项目编制基期飾燃科单价，后续燃料单价随审场价调整后各项发电成本的构成会有所不同。 备注2：国内建设的不同压水堆机型的发电成本有所差异，本丈暂不考虑。
2.燃料循环方式。本文考虑压水堆堆芯及快堆活性区按后处理的燃料循环方式，快堆的轴向增殖区及径向增殖区乏燃料进行后处理，并回收其中的易裂变钵，以此作为燃料成本分析的基础。压水堆前端燃料循环成本包括：天然铀供给、转化、浓缩和燃料元件的制造成本。堆芯平均的平衡卸料燃耗约为40.000MWd/tU，额定电功率为2x1,lOOMWe，热效率约为37%左右（厂址不同时会有差异，本报告
暂不考虑），换料周期12个月，采用1/3换料方式，换料富集度约为4%。后端燃料循环成本包括：暂时贮存的乏燃料管理费用。快堆换料燃料为混合铀钵氧化物燃料（MOX），活性区采用PuO?及LIO?混合氧化物，增殖区采用贫铀为转换材料。其中钵原料来自于工业钵，铀原料来自于铀浓缩厂产生的贫铀（富集度0.25%），增殖比1.2，平均卸料燃耗68,OOOMWd/ tU，额定电功率为2x1,lOOMWe，热效率为41%，换料周期为12个月，换料方式为1/3换料。燃料成本包括：工业穌、贫铀购买、MOX燃料制造成本、后处理费用及钵的收益。其中后处理拟采用湿化学法（PUREX工艺）。
3.快堆燃料循环成本。压水堆前端燃料循环各环节单价均采用国际上发布的市场价，如表1所示。
表1压水堆燃料循环各个环节单价
序号项目单位数值
1天然铀MYM/lb65
2贫铀MYM/lb10
3转化MYM/kg8
4富集MYM/SWU163
5制造MYM/kg600
对于快堆，由于目前尚无市场单价，因此主要参照公开数据进行测算，与实际项目的差异暂不考虑。对于制造单价，本文暂按对比电厂的2倍计算，对于分别采用后处理铀、贫铀制造的原件，在此基础上按2.5、0.75的系数调整。需要说明的是，由于没有成熟的商业后处理厂，后处理市场尚处在单一垄断的状态，而不是一个具有竞争性的、成熟的商业市场状况，因此后处理单价具有一定的不确定性，本文在研究测算过程中采用国际报告中的参考单价进行。
考虑增殖快堆乏燃料中易裂变钵的含量高，需要用更小容积的容器以防止达到临界发生事故。同时由于放射性钵含量高，要求重新制造的过程在特殊的屏蔽环境中完成，过程更加复杂。因此快堆的后处理单价、制造单价都较高。
经计算，采用近期美元汇率，压水堆换料成本约0.06元/KWh，后处理成本为0.026元/KWh.燃料成本共计0.086元/KWh。商用快堆换料成本为0.05元/KWh，后处理成本为0.01元/KWh，燃料成本共计0.06元/KWh。如表2所示。
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表2燃料循环成本对比表单位：元/KWh
序号项目名称商用快堆一般压水堆
1换料成本0.050.06
2后处理成本0.010.026
3燃料成本小计0.060.086
快堆的增殖功能使其可以产生更多易裂变产物，乏燃料
中剩余的钵比消耗的多，以收益的在燃料成本中体现，虽然
快堆的后处理费用价格昂贵，但钵的回收价值补偿了后处理
代价。因此，尽管增殖快堆的后处理成本单价及制造单价都
较高，但其燃料成本更具有竞争力。
4.燃料成本平衡点分析。燃料循环各个环节的单价变
化都将影响二者的燃料成本差异，经分析，当天然铀单价为
40MYM/lb时（或者浓缩单价为85MYM/SWU时），或者商用
快堆与压水堆的燃料循环成本基本相当。需要说明的是，本
平衡点随着各环节单价的变化而发生变化。
（二）商用增殖快堆运行和维护成本分析。
1.运行和维护成本组成。运维成本（O&M）—般占整个
发电成本约25%，主要由大修理费、人员费用（人员工资及福
利、管理性费用）、日常运行维护费（如材料费、水费）以及其
他（如中低放废物处置费、保险费等）组成。对比电厂运维成
本构成及比例如表3所示。
表3压水堆运维成本构成表
序号项目名称占比（％）备注
1人员费用38含人员工资福利及管理费用。
2大修理费39
3日常运行和维护费用17材料费、水费等。
4其他部分6中低放废物处置费、保险费等。
2.商用快堆运维成本。第一，人员费用：由定员决定，如表4所示。第二，大修理费用：如前文所述，一方面，相对于压水堆而言，增殖快堆设备数量更多，会需要更多的设备维护及部件更换费用。另一方面，增殖快堆的设计及运行压力远低于压水堆，这样不需要承受高压运行的设备，降低了大修理费用。综合两方面考虑大修理费费率基本相当。第三，日常运行维护费：快堆在运行过程中几乎不需要补充核级钠，且钠分布广泛，单价不高，因此本部分费用极少。
表4运维成本差异对比
序号项目名称压水堆快堆备注1定员800人800人
2大修理费率 1.35% 1.35%
3水费、材料费单价10ju/MWh
4运维成本合计0.06彭KWh0.07彭KWh 综合导致增加及减少的因素分析，计算结果表明，商用快堆和一般压水堆的运行成本相差较小，尽管需要将来在商用增殖快堆进行验证。
3.商用快堆经济评价。如表5所示。
由表6可以看出，较低的燃料成本补偿了部分髙岀的投资成本，运维成本相差不大，商用快堆的发电成本比对比电厂高约5%o
表5商用快堆经济性评价参数表
序号项目名称单位数量
1机组数台2
2总装机容量千瓦2200000 3电站热效率%41
4燃耗深度兆瓦日/吨铀68000 5年利用小时小时7000 6厂用电率%6
7建设期月72
8项目经济性评价运营期年30
9固定资产形成率%95
10基础价单位投资元/千瓦14500 11折旧期年25
12摊销期年5
13修理费率% 1.35
17电厂定员人800
表6商用快堆经济性评价结果表
序号项目名称单位商用快堆压水堆1发电成本冠KWh0.280.266 1.1投资成本冠KWh0.150.12 1.2燃料成本jt/KWh0.060.086 1.3运维成本7E/KWh0.070.06
目前的天然铀、浓缩铀价格较低，因此压水堆的综合经济优势暂时有所体现，但是在不久的将来，铀资源有限的情况下，当铀单价、浓缩单价上升到一定程度时，快堆不依赖于天然铀、浓缩铀及增值的独特优势必然会体现。经测算，天然铀价格上升到110MYM/lb以上时，或浓缩铀单价上升到200MYM/SWU，压水堆在造价方面的优势将会消失，燃料成本的差异将会补偿、持平增殖快堆发电成本的差异。此外，目前后处理单价较高，随着后处理技术的不断成熟及商业化，其单价将呈现下降的趋势，也会让快堆的发电成本更低。
快堆更高的热效率会为其发电成本提供一个非常积极的方面，热效率越高，对于相同热功率的其它堆型，意味着发电量越高，即单位成本（KWh）的下降，在经济上也将具备竞争力。以上各方面都将使商用快堆在后续的发展中经济竞争力逐渐提高。
二、商用快堆综合竞争力扩展分析
（一）快堆竞争力-铀资源的高效利用。压水堆对天然铀的利用率不到1%：工业提供的铀浓缩水平是将近4.5%。铀矿开采的天然铀富集度为0.71%，每得到1吨4.5%的
需要消耗的天然铀为8-10吨。剩下的7~9吨贫化铀.一般富集度为0.25%，基本视同为废物处理。进入堆芯内1吨富集铀中，仅约5%参与裂变，所以铀的利用率仅为~5%的1/ 9，将近0.6%o
采用apu为裂变材料、2"U为转换材料的快中子反应堆，是最好的增殖堆型之一，常规热堆中（如压水堆），在堆芯内也会发生向”°Pu的转换，但是从净消耗的角度看燃料是减少的，不能实现易裂变元素的增殖，压水堆的转换比一般为0.6~1，不能称为增殖比。快堆通过”8u向apu的转化以及对后处理回收的铀钵的重复利用，对铀资源的利用率可以达到30-60%，实现了本质的增长。几种堆型对铀资源利
上海副市长陈通15岁上大学Industrial&Science Tribune•95•
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表7几种堆型的铀资源利用率
用率如表7所示。
序号堆型循环方式铀资源利用率％1压水堆一次通过0.58七五期间
2压水堆铀钵复用0.98
3重水堆一次通过0.78
4高温气冷堆 1.1（有社参与）5快种子增殖堆30-60
根据本报告的燃料循环方案进行估算，压水堆中2台机组30年经济计算期的天然铀需要量为12,000吨，快堆30年经济计算期贫铀需要量为225吨，不需要依赖于天然铀的供给，这两部分费用在压水堆的燃料成本中占45%以上，降低了投资风险。
（二）快堆竞争力-闭合燃料循环。为了提高压水堆燃料循环方式对铀资源利用率，目前有的国家在积极推广将压水堆后处理回收的钵制造成的MOX燃料组件重新用于压水堆中，经计算，采用此种循环方式，后端燃料循环成本约0.03元/KWh，与一次通过的燃料循环方式相比，后处理费用更高，但可以使天然铀供给及铀浓缩的成本降低1/3，在一定程度上提高了铀资源的利用率，减少了对铀资源的依赖。但是将回收的弥用于压水堆中效率很低，1kg易裂变钵在快堆中的使用价值至少为热堆中的1.4倍，即消耗同样质量的易裂变钵快堆的发电量为热堆的1.4倍，只有快堆才能弥补在热堆中由于深度辐照而质量下降造成的损失。单靠轻水堆不能将钵烧尽，剩余的你只能贮存起来留待日后用于快堆，只有快堆
才能解决大规模发展核电的裂变燃料资源问题。因此对于铀资源缺乏的国家，在热堆中复用铀和弥，只能减少天然铀进口量，只有加快发展快堆，才能最终摆脱对外来铀的依赖。压水堆燃料不能满足核能可持续发展的需求，而快堆的燃料循环可以实现铀资源的可持续发展。闭合燃料循环符合我国的政策及国情，从前述分析看出，压水堆不能实现闭合循环，只有快堆才能实现闭合循环，解决能源的可持续发展问题。
（三）快堆竞争力-后处理嫂变功能。目前世界上广泛运行的轻水堆每年卸出大量的乏燃料,2台百万千瓦级的压水堆核电机组运行30年产生的乏燃料约1,500吨，每吨乏燃料中含有10kg左右的超铀元素，其中钵占85%-90%，次要钢系元素占10%~15%，其半衰期长达几千年上万年以上，成为核电发展中难于解决的重大问题之一，始终是一个危险的因素，快堆可以将乏燃料中的此类高放长寿命钢系元素烧掉，裂变为短寿命核素，半衰期几百年左右。目前来看，将它们装入快堆的MOX燃料中烧掉，成为处置这类核素的最佳方案。长远来看，从经济的角度也是非常可行的，其社会效益不言而喻。
三、本报告的研究意义
（一）国内快堆经济评价体系建议。目前核电厂经济评价的主要依据为能源标准（NB），经济评价的思路为根据有关文件规定，结合目前国内商用核电站建设工程可行性研究报告编制阶段经济评价部分的习惯做法，经济分析部分以财务评价的结论为主，国民经济评价暂不考虑。以核电厂作为独立的公
司法人进行财务评价，不考虑配套送变电工程。在保证成本回收、履行还贷合约、合法纳税的前提下测算上网电价，计算各项经济指标，进行敏感性分析并得出结论。我国能源规划指出，核电建设方面坚持热堆、快堆、聚变堆“三步走”技术路线，积极发展商业快堆技术。我国发展快堆用来闭式核燃料循环，解决我国核能可持续发展、解决能源危机和减缓环境压力。因此评价快堆的立足点不应该是单独从核电厂的角度，采用现有核电厂的经济评价标准，无论是评价方法，还是基准数据的采用以及可行性结论的判断，都已不适用于快堆的评价。因此对快堆的评价需要一个全新的立足点，要立足于整个核燃料循环，结合我国的能源政策，从经济性、对铀资源的利用率、闭合燃料循环、壇变长寿命核素等多个方面，立足于对我国核能行业的意义，考虑其综合竞争力。因此，针对快堆，建议经济评价应该制定新的评价标准、评价方法，不能单独从核电厂的角度去评价它。第四代核能发展的目标，要求其不但要具备经济性，同时要考虑将天然铀资源高效使用，安全性更高、核废物处理最小化以及长期风险更低、对整个核能的可持续发展以及防扩散都提岀了更高的要求。因此，要综合评价快堆的竞争力。
卫慧作品（二）积极应对风险，提高快堆经济竞争力。快堆也存在一些缺点，积极关注并加强控制此方面的问题将有利于快堆经济性的提高。根据快堆的运行经验，快堆存在连续不停堆满功率运行的高风险，这种风险主要还是来自于对钠泄露和钠火的控制，会影响电厂负荷因子，经济性及可靠性，因此加强对钠泄露的控制、保证电厂稳定运行是保证快堆经济性最重要的措施。此外，在核安全标准（包括建造
和运行）方面，快堆要面对更大的不确定性，商用快堆不同于实验快堆，可能会面临更髙的风险，关注此方面的风险并积累示范工程的经验将有利于商用快堆的积极推广。
四、结语
按照目前的状况测算，商用快堆的发电成本稍高于压水堆，但是随着商业快堆的不断建设，在铀浓缩资源有限的条件下（天然铀国际市场价格不稳定而且将来肯定是上涨趋势），商用快堆的发电成本与压水堆差异会逐渐缩小。快堆的经济竞争力取决于天然铀的供给情况、浓缩单价、后处理的水平以及钵的收益，随着后处理技术的逐渐成熟，快堆经济性将逐渐提高。
快堆固有安全性、对铀资源的高效利用、闭式燃料循环以及社会效益：将一些有毒的长寿命核素壇变为短寿命核素，降低后处理工程在长寿命高放废物的潜在的风险，降低核扩散风险，提高发电容量以及向特殊堆型过渡的优势，都将与其经济性一起，成为快堆大规模进入市场、实现商业利用的动力。
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黄纪宪
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