论文总字数：26571字

摘 要

单位电价是衡量一种发电方式经济竞争力的关键指标，随着核能的发展与普及，核能的发电成本已经成为了未来核能大规模开发利用的决定性因素之一。在核电占全球发电比重越来越大的今天，开展核燃料循环路线的经济性分析和研究对我国核燃料循环路线的制定以及对核能的可持续性发展方面具有重要的意义。

目前，世界上主流的核燃料循环路线有三种：“开式一次通过热堆循环”、“半开式热堆循环”以及“闭式快堆热堆混合循环”。开式循环和半开式循环现在已经在国际上依据不同国情、地域等因素的选择下得到了认可和推广，而闭式循环现在还处于试验阶段。长久以来，我国坚持对乏燃料进行后处理，本论文将着重对半开式核燃料循环路线的经济性开展研究分析。

我们首先参考国际上现运行的标准压水堆参数对半开式循环路线进行了长期平衡物料流模拟，绘制了其详细的物料流程图。然后选取了反应堆和核燃料循环路线中各组分的时间参数和经济参数，对其成本单价进行贴现计算。再次，依据物料流模拟结果，利用蒙特卡洛方法模拟进行不确定性经济性分析。当贴现率为5%时，半开式核燃料循环方式的平准化度电成本为39.56至56.18mills/kWh。最后设置贴现率为0%的对照组与之进行比较分析及敏感度分析，深入探究半开式循环路线的经济竞争力并给出核燃料循环未来发展方向的一些建议。

关键词：半开式核燃料循环 平准化度电成本 蒙特卡洛模拟 敏感度分析

Economic analysis of Twice-though fuel cycle

Abstract

Unit price is a key indicator to measure the economic competitiveness of a power generation method. With the development and popularization of nuclear energy, the cost of nuclear power generation has become one of the decisive factors for the future large-scale development and utilization of nuclear energy. Today, nuclear power accounts for an increasing proportion of global power generation. The economic analysis and research of nuclear fuel cycle routes are of great significance to the formulation of China's nuclear fuel cycle routes and the sustainable development of nuclear energy.

At present, there are three mainstream nuclear fuel cycle routes in the world: "Once-though fuel cycle"(OTC), "Twice-though fuel cycle"(TTC)and "Fast Reactor along with Thermal Reactor cycle"(FRC). OTC and TTC have no been recognized and promoted under the international selection according to different national conditions, regions and other factors, while FRC is still in the experimental stage. For a long time, China has insisted on reprocessing spent fuel. This paper will focus on the analysis of the economics of TTC.

We first carried out a long-term equilibrium material flow simulation on the TTC with reference to the international standard pressurized water reactor parameters currently in operation, and plotted its detailed material flow chart. Then the time parameters and economic parameters of each component in the reactor and nuclear fuel circulation route are selected, and the cost unit price is discounted. Thirdly, according to the results of material flow simulation, Monte Carlo simulation is used to analyze the economics of uncertainty. When the discount rate is 5%, the levelized electricity cost of the TTC is 39.56 to 56.18 mills / kWh. Finally, a control group with a discount rate of 0% was set up to conduct comparative analysis and sensitivity analysis, to deeply explore the economic competitiveness of the semi-open cycle route and give some suggestions on the future development direction of the nuclear fuel cycle.

Keywords: Twice-though fuel cycle; Levelised Cost of Electricity; Monte Carlo simulation; sensitivity analysis

目录

摘 要 I

Abstract II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1 背景 1

1.1.1 前言 1

1.1.2 我国核电站发展现状 1

1.2 核燃料循环的概述 2

1.2.1 核燃料循环的概念与分类 2

1.2.2 国内核燃料循环发展现状 5

1.2.3 国外核燃料循环发展现状 6

1.2.4 核燃料循环路径评价的研究现状 6

1.3 研究目的和意义 7

第二章 半开式压水堆核燃料循环路线的物质流概述 9

2.1 反应堆与核燃料参数 9

2.1.1 反应堆参数 9

2.1.2 核燃料参数 9

2.2 半开式压水堆核燃料循环路线的物质流模拟 9

2.2.1 基本概念 9

2.2.2 公式计算 10

2.3 模拟结果 12

第三章 半开式压水堆核燃料循环路线的经济性分析 13

3.1 平准化发电成本 13

3.1.1 简介 13

3.1.2 定义与公式 13

3.2 计算模型 14

3.2.1 LRC计算模型 14

3.2.2 LFCC计算模型 14

3.3 贴现率 16

3.4 时间参数 16

3.5 经济参数的选取 18

3.5.1 反应堆的经济参数 18

3.5.2 天然铀 18

3.5.3 铀转化 19

3.5.4 铀浓缩 20

3.5.5 贫铀的回收与贮藏 21

3.5.6 核燃料元件制造 22

3.5.7 后处理与回收铀的储存 23

3.5.8 冷却、中间贮存和包装 23

3.5.9 最终处置 23

3.5.10 贴现计算结果汇总 24

3.6 蒙特卡洛模拟计算 25

3.7 结果分析 26

3.7.1 结果汇总 26

3.7.2 不确定性分析 27

3.7.3 敏感度分析 30

第四章 结论与展望 33

参考文献 34

致 谢 37

绪论

背景

前言

自十九世纪以来，由工业革命带来的一系列科学技术使得工厂机械化生产逐渐取代个体手工生产，从而导致传统化石燃料在国际上越来越大规模的被开采利用，其供应量逐渐减少，并且排出的二氧化碳逐年积累，引发了严重的全球变暖问题^[1]。为了控制全球变暖，各国纷纷投入研究以开发出更多的新型能源来减少二氧化碳的排放。

因此，核能作为一种低碳能源，直接映入人们眼帘。经过时间与事实的验证，核能在当今世界能源向低碳方向转型这一过程中占据着重要的战略地位。然而，随着核能的开发利用，大量乏燃料和其它具有极高放射性的核废料也无可避免地产生了，所以如何处理这些产物成为核能发展过程中的难题之一，对于这一问题不同国家在依据各自国情等方面综合考虑下所选择的处理方式不尽相同，进而最终选择的核燃料循环方式也存在差异。但是迄今为止，仍然没有任何国家能够建设出完美贴合于现实的核循环路线。对此，笔者查阅了大量国内外研究学者关于核燃料循环方式的研究成果，并对这些研究成果进行分析、对比与思考。

我国核电站发展现状

核能利用是近现代人类在低碳能源领域发展的重大成果之一，其中核电已经利用其广阔的发展前景与极具竞争力的发电成本从经济、环境和社会等多方面推动着一个国家能源领域的可持续发展。尽管如此，碍于核循环带来的放射性废物以及运行中的各种不稳定因素，我国对于核电的发展一直持保守态度。直到2003年开始，我国出现了全面性的能源紧张，原有的电力供应途径开始显现疲态，因此国内对于核电的需求越来越明显。国家高层对此不得不开放政策，支持大力发展核电。这一决定对于我国来说无疑是极为正确的，因为其不但可以解决全国能源紧张的问题，而且也是和平时期保持中国战略威慑能力的理想途径^[2]。

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