核电厂核燃料成本控制分析

2019-11-28曹鹏久梁宗弢章圣斌

商品与质量 2019年40期

关键词：换料核燃料后处理

曹鹏久梁宗弢章圣斌

福建福清核电有限公司福建福清 350300

核电厂的发电成本一般由投资成本、运行维护成本和核燃料成本组成。对于固定的核电厂来讲，其前二者成本基本上浮动不大，而核燃料成本是需要长远进行考虑的。在核电厂寿期内如何有效控制核燃料成本是现如今核电厂运营过程中降低发电成本的重中之重。

1 核电厂核燃料成本控制的影响因素

1.1 核燃料采购成本分析

核燃料价格通常指代的是核燃料组件价格，核燃料组件是核燃料循环前端的最终产品，其价格主要由天然U3O8（黄饼）、纯化转化、浓缩和组件制造的价格构成，是直接影响核燃料成本的因素之一。目前，国际市场上低浓度铀、天然铀等材料价格并不高，但不同国家和地区间的核燃料加工费并不相同[1]。在一定程度上，核燃料价格差别主要体现在加工费上。对于我国来讲，核燃料组件制造还处在发展阶段，不同堆芯所需核燃料组件类型千差万别，在规模上还不具备经济规模，核燃料组件的加工成本相对较高。而从其他国家采购核燃料可能还会受到国家政策的制约。由此可见，通过寻求较低价格的核燃料虽是降低核燃料成本的手段之一，但目前仍具有一定局限性。随着技术进步，核燃料循环前端加工过程随着工艺水平的提高，其价格水平会有所下降。但是由于铀矿资源的稀缺性和战略性，伴随着后福岛时代全球核能事业的复苏发展，必然会导致U3O8现货交易价格上涨，这是目前核电厂核燃料采购中要必须面对的问题[2]。

1.2 核燃料换料管理成本分析

核电机组在运行12个月或18个月后，需更换一定数量的核燃料组件，以弥补堆芯中核燃料的消耗，确保核电厂生产效率及质量。在更换核燃料组件的同时，整个机组会进行大修工作，对各系统设备进行全面的检修和维护。所以核电厂循环周期的长短将会影响机组整个寿期内得换料次数，同时每次换料设计论证的成本，换料检修期间机组停工造成的发电损失成本等综合构成了换料管理成本。核燃料在堆内消耗时间越长，核燃料利用率越高，则核电的成本也就越低。反之，利用率越低，成本越高。可见核电厂换料管理成本也是影响核电厂核燃料成本的关键因素之一。

1.3 核燃料后端循环成本分析

核燃料后端循环的包括乏燃料运输、乏燃料后处理、放射性废物处理和最终处置，一般由乏燃料后处理厂负责。后端处理主要是考虑从堆芯卸出的乏燃料仍含有大量的易裂变核素和可转换核素，比如U-235和Pu-239。经过乏燃料厂后处理后，将裂变产物分离出去，并回收这些易裂变核素和可转换核素，重新制成可用的燃料元件返回反应堆中复用，从而形成了核燃料闭式循环[3]。

但是，后端循环处理核燃料需要投入一定的成本，这部分后端成本主要包括乏燃料的运输成本和后处理成本。乏燃料运输成本主要为运输容器成本和车船运费，由于核安全标准要求高，运输容器的价格昂贵，使得运输费用也比较高。另外，核燃料循环后处理需将燃料棒分解，分离铀、钚等有用资源，工艺技术要求严格，投资设备成本高且运行维护成本高昂，这些成本一般由核电厂发电收入来补偿。因此，可见核电厂除支付核燃料采购费外，还需支付乏燃料后处理费，是整个核燃料循环成本的实际承担者。

2 核电厂降低核燃料成本的管理策略

2.1 科学规划、合理采购核燃料

目前，国际上天然铀价格相对国内价格较低，核电厂为降低核燃料采购成本，可以考虑从其他国家采购一些天然铀。另外，考虑到核电厂的换料周期能达到一年及以上，在此期间核燃料循环前端各过程的价格变化不会立刻影响到核电厂采购核燃料组件的成本，有一定滞后性，尤其核电厂前期具有储备的情况下滞后性会更大。因此，可以通过签署中期、长期合同方式，合理规划采购项目。同时为避免国际市场的不确定性，核电厂可保证大部分核燃料由国内采购，少部分核燃料由国外采购。针对由国内采购的核燃料，需保证每三年协商一次价格，并重新签订合同；针对由国外采购的核燃料，则需保证每五年协商一次价格，并重新签订合同。通过上述方式，不仅可保证核电厂拥有足够核燃料来源，还可降低核燃料采购成本，提高核电厂经济效益。

2.2 优化核燃料换料的控制管理

核燃料换料成本的控制管理可以通过改进和优化核燃料的换料管理模式与方法来实现的。比如提高燃料组件的富集度，使每次换料需要调整更新的燃料组件数目进一步地减少，从而使核燃料循环的经济性得到大幅提高。目前，国内核电厂的换料管理工作中，逐步倾向由年换料向18个月换料周期的管理策略过渡。通过延长循环周期的燃料管理既加深了堆芯燃料的燃耗，又减少因换料而停堆的次数,提高了电站的负荷因子,这可较大降低核燃料的堆内循环成本费。

2.3 加强核燃料的后端循环管理

一个循环周期结束后核电厂会更换一定数量的乏燃料组件然后贮存在乏燃料水池中，达到一定数量后，再统一运输和处理。目前，国内后处理技术还处在起步阶段，核心处理设备和工艺还要依托于国外引进，因此乏燃料后处理成本相对较高。为了减少这部分费用，核电厂可以与专业乏燃料处理、运输公司签订长期合同，加强粘性联系。比如，核电厂暂时性存储乏燃料，之后再统一运输，降低乏燃料运输成本。另外，签订长期合同可以保障乏燃料处理企业维持长久运营效益。在此良性合作的基础上，核电厂可以要求由乏燃料处理、运输企业承担部分核燃料处理费用。这样可以有效减少核电厂在核燃料后端循环处理上所需的费用，从而实现对核电厂和乏燃料后处理企业共赢发展，继而降低核燃料的成本。