低温核供热堆项目经济竞争力研究

余瑞霞

摘要：本文以低温核供热堆的各技术方案为基础条件，论述了其产品及应用领域在经济竞争力方面的优劣势。分析了设计方案产生的投资差异以及产品变化所带来的经济效益，重点分析了汽水联供耦合系统工艺的经济优势，为低温核供热堆技术方案优化和产业化推广提供技术支持。

關键词：核供热堆;汽水联供耦合;经济性

低温核供热堆（以下简称核供热堆）是我国具有自主知识产权的先进反应堆技术，从5MW试验堆成功建成运行到各项工程验证试验，迄今已经经过了三十多年的研发和优化，并且曾获得了国家核安全局颁发的建造许可证。从技术和安全角度来说，核供热堆是安全可靠、技术成熟的清洁能源技术，具有竞争力。核供热堆项目在经济上是否具有竞争力，成为制约其产业化进程的关键因素之一。为了扩大应用领域以及提高经济性，清华大学核能与新能源技术研究院和中核能源科技有限公司开发了新的产品系列，本文主要从项目经济性角度出发，分析技术方案及产品调整所获得的经济效果。

1 I型核供热堆技术经济现状分析

上世纪80年代最早开始研发核供热堆的初衷，是为了解决我国北方城市冬季采暖问题，因此核供热堆的设计出口温度较低，这种堆型称为I型核供热堆。由热参数决定，核供热堆的应用领域主要是城市区域供热以及热法海水淡化。

经过多个项目的市场推广投资估算及经济分析，可以判定I型核供热堆用于供热及核能海水淡化，同常规能源供热及海水淡化产水成本基本持平，具有一定的经济竞争力。但其产品及应用领域也有一些经济障碍，主要有以下几点：

（1）核能供热年负荷因子较低，固定成本分摊偏高。

核供热反应堆在采暖季运行，非采暖季停堆，年负荷因子在我国北方供暖的一般城市难以超过50%。反应堆运行成本中的折旧、摊销、借款利息偿还、大修理费以及人工费等固定成本，不会因停堆而减少。而固定成本在核供热成本中的比例较大，达到60%以上，这些费用都要由用户分摊。

（2）与热法海水淡化工艺耦合，产水成本偏高。

I型核供热堆要与热法海水淡化工艺耦合，而热法海水淡化装置投资较大，相应淡水成本较高。虽然热法核能海水淡化成本与燃煤热源厂生产的同类淡化水成本相比，处于同等价格水平，但是与市场能够接受的价格比较，仍然需要进一步降低成本。

另外一种海水淡化技术——反渗透法海水淡化的产水成本要低于热法产水成本，经济性更好。反渗透海水淡化系统与外部动力耦合的主要设备是高压泵，能量消耗主要是机械能或电能。Ⅰ型核供热堆受设计参数限制，不适宜同反渗透法海水淡化装置耦合。

（3）产品热和水都属于公用事业产品，不能采用竞争性投资项目的财务评价体系。

目前我国采暖和自来水还没有完全实行市场化，供暖价格和水价是政府定价，现行市场价格都是国家补贴的结果，需要国家给予资金方面的支持。核能供热、核能海水淡化如果要保证一定的财务收益率，也需要国家给予资金方面的支持。

由上面的分析得出，低温核供热的产业化推广需要开拓新的应用领域，进一步开发全年需求相对稳定的产品。

2 Ⅱ型核供热堆技术方案

2.1 Ⅱ型核供热堆技术特性和应用领域的调整

根据市场需求分析及经济性研究比较，在I型核供热堆的基础上，开发了II型核供热堆，提高了反应堆温度、压力等主要技术参数[1]。Ⅱ型堆保持了Ⅰ型堆的技术和安全特性，技术是成熟的。I型和II型核供热堆的主要技术特性和应用领域如图1所示，II型核供热堆的应用领域扩展到了工业蒸汽、反渗透法海水淡化等，使产品从民用领域扩展到工业领域。

2.2 Ⅱ型核供热堆汽水联供耦合工艺系统技术方案

在常规反渗透法海水淡化技术中，高压泵由电力驱动，其电耗约占系统运行费用的35%，是影响产水成本的主要因素之一。而II型核供热堆技术用于海水淡化，可以采用核能耦合、汽水联产、蒸汽透平、热膜结合海水淡化工艺，耦合系统工艺方法示意图见图2[2]。反应堆中产生的热量通过中间回路输送至蒸汽发生器，蒸汽发生器产生的蒸汽一部分供给工业蒸汽用户，一部分进入汽轮机直接驱动反渗透高压泵进行反渗透海水淡化;汽轮机排汽作为蒸馏法海水淡化系统的加热蒸汽，进行蒸馏法海水淡化;蒸馏法海水淡化系统的排热段冷却海水送至反渗透高压泵，加压后送至反渗透海水淡化系统进行海水淡化。

3 各堆型及产品方案的经济性比较

3.1 核岛主要设备投资比较

由于Ⅱ型核供热堆参数较Ⅰ型核供热堆参数提高，因此主要设备重量或者选用的主材单价也相对Ⅰ型堆提高。Ⅱ型堆同Ⅰ型堆的首炉燃料费用也不相同，相应的燃料费用、组件加工费用也会增加。除这些主要设备以外，其他设备以及中间回路、管道、阀门等部件也会因为壁厚增加，或者对材料性能要求提高，相应增加投资。

3.2 各产品方案财务评价

核供热堆项目的经济性，一方面取决于总投资及总成本，另一方面也取决于产品的销售收入，取决于这几方面综合作用所带来的效益。Ⅰ型和Ⅱ型核供热堆由于应用领域较广，因此产品组合方案也较多。几种技术方案的经济效益指标对比见表1。其中Ⅱ型核供热堆汽水联产方案采用图2中的耦合技术方案。

由此可见，通过技术方案以及产品组合方案的优化，采用Ⅱ型核供热堆进行汽水联供，产水成本降低，同时由于工业蒸汽的销售按市场化运作售价较高，因此新方案的利润空间较大，经济效益较优。

4 Ⅱ型核供热堆技术经济优势分析

通过对技术方案和经济性数据进行分析，可以得出Ⅱ型核供热堆技术的经济优势：

（1）产品种类增加，并可以根据项目具体需求灵活组合，反应堆负荷因子提高，成本分摊降低。采用II型核供热堆与海水淡化装置耦合，在生产淡水的同时，还能提供一定量的工业蒸汽。而淡水和蒸汽需求都是全年性质的，这样反应堆的年负荷因子就可以大大提高，超过75%，单位产品的固定成本分摊费用将相应降低。

（2）产品工业蒸汽价格与市场接轨，提高了项目的整体经济性。II型堆相比Ⅰ型堆，在应用领域的很重要的变化是可以用于工业蒸汽供应。而工业蒸汽的用户是企业，不同于热、水的用户等居民群体，产品售价较高，因此利润空间较大，项目经济性指标相对较高。

（3）采用汽轮机驱动反渗透高压泵可以节省投资，降低能耗成本。采用图2中的耦合技术方案，用汽轮机直接驱动反渗透高压泵，可减少发电-变电-配电-电机-水泵之间的能量转换损耗，节省投资，提高效率。相对于常规反渗透海水淡化工艺，核供热堆耦合反渗透海水淡化方案的高压泵电能消耗为0，本应有的高压泵电能消耗成本由核供热堆成本分摊费用替代。

（4）核供热堆汽水联供耦合工艺可以实现能源的梯级利用，达到较高的能源利用率。反渗透海水淡化系统的产水量，受原料海水温度影响比较大，海水温度下降其产水量会降低[3]。而采用热法、反渗透法耦合技术方案，蒸馏法海水淡化系统的排热段冷却海水作为反渗透海水淡化系统的原料海水，实现了余热再利用，在冬季增加了淡水产量。

5 结论

从以上的经济分析结果看出，Ⅱ型核供热堆由于技术参数和应用领域的优化，克服了Ⅰ型堆的经济障碍，更具有经济竞争力。Ⅱ型核供热堆汽水联供耦合系统技术方案在技术和经济上都是可行的，能源梯级利用提高了核供热堆的能源利用率，降低了能耗成本，提高了海水淡化产量，经济效益良好。如果考虑核供热堆的环境效益和社会效益，则其竞争力将更加显著。在核供热堆今后的市场化推广工作中，要以综合利用方案为推广重点，以提高项目的经济性。投资领域可以先工业，后民用，将经济风险降到最低。

参考文献

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[3] 樊雄，张维润.火力发电厂反渗透法海水淡化系统设计研究[C].中国电力脱盐技术（西湖）论坛暨首届全国电站化学专业技术研讨会论文集.杭州：2009：154-161.

[4] 小型区域锅炉房采暖外网扩建和改造的分析研究[J].王瑞华.甘肃科技.2008（11）.

[5] 城市集中供热中发展区域锅炉房的问题探讨[J]. 吴宝良.科技创新与应用.2013（29）.