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核電廠核燃料成本的主要影響因素及控制措施

文檔作者：李文海文檔來(lái)源：陽(yáng)江核電有限公司		更新日期： 2026年05月27日	點(diǎn) 擊數(shù)：
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（2019年第2期: Development and Innovation | 發(fā)展與創(chuàng)新 | T87,
核電廠核燃料成本的主要影響因素及控制措施
李文海
（陽(yáng)江核電有限公司，廣東 陽(yáng)江529500）
摘要：當(dāng)前核電上網(wǎng)電價(jià)較低，然而核燃料成本較高，因此核電廠為提升其綜合競(jìng)爭(zhēng)力，需加強(qiáng)運(yùn)營(yíng)管理。本文闡述
了核電廠、核燃料的含義，并分析了影響核電廠核燃料成本的主要因素，提出了降低核燃料成本的措施。
關(guān)鍵詞：核電廠；核燃料；成本；因素
中圖分類號(hào)：TM623 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-2789 （2019） 02-0187-02
近幾年，我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度較快，對(duì)能源的需
求量在不斷增加。而與水電、風(fēng)電相比，核電上網(wǎng)電價(jià)
較低，然而核燃料成本較高，導(dǎo)致核電廠運(yùn)營(yíng)管理難度
較大，這也是影響核電廠發(fā)展的主要因素。
1 核電廠
核電廠就是使用一座或多座動(dòng)力反應(yīng)堆形成的熱能
發(fā)電廠，核電廠的主要生產(chǎn)設(shè)備就是反應(yīng)堆，而鏈?zhǔn)搅?
變反應(yīng)需在反應(yīng)堆中進(jìn)行。核電廠可通過(guò)原子核裂變形
成的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽髮⑵滢D(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋：穗姀S經(jīng)
常使用的反應(yīng)堆主要包含輕水堆、重水堆、改進(jìn)型氣冷
堆等，然而在核電廠中使用較為廣泛的就是輕水堆，依
據(jù)蒸汽過(guò)程，可將輕水堆劃分為沸水堆和壓水堆這兩種。
壓水堆將普通清水作為冷卻劑與慢化劑，是目前最為成
熟的動(dòng)力堆類型，全球大部分核電廠均采用壓水堆這一
堆型。
2 核燃料
在核反應(yīng)堆中通過(guò)核裂變或核聚變形成核能的材料
就是核燃料，可通過(guò)核裂變形成核能的核燃料主要包含
鈾235、鈾233和環(huán)239,其也可被稱為裂變核燃料。
在大自然中存有鈾235,鈾233、釬239則是由232
和鈾238處理之后形成的。氛、氟則屬于聚變核燃料。
現(xiàn)階段，大多核反應(yīng)堆均使用鈾235、係239作為
裂變核燃料。為保證核電廠運(yùn)行安全性，核燃料在反應(yīng)
過(guò)程中不能一次消耗殆盡，核燃料需進(jìn)行回收再利用。
核燃料后處理工作屬于一項(xiàng)復(fù)雜工作，處理過(guò)程中將面
臨放射性、核臨界的風(fēng)險(xiǎn)。因而，需在具有防護(hù)墻的設(shè)
備室中進(jìn)行核燃料后處理操作，并釆取有效措施預(yù)防核
臨界問(wèn)題。
核燃料主要有金屬燃料、陶瓷燃料、彌散體燃料、
流體燃料等類型。
金屬燃料主要包含鈾、環(huán)、牡等。鈾是核電廠使用
最為廣泛的核燃料，其主要缺點(diǎn)為同質(zhì)異晶轉(zhuǎn)變、熔點(diǎn)
較低、尺寸不穩(wěn)定性較強(qiáng)、裂變過(guò)程中體積膨脹等；僑
屬于易裂變材料，相較于鈾其臨界質(zhì)量較小。同時(shí)，缽
的熔點(diǎn)較低；社在吸收中子之后將形成較易裂變的鈾，
地殼中蘊(yùn)含大量牡，其裂變過(guò)程中將提供大量能量。此
外，社的熔點(diǎn)較高（大約在14009）,其輻照穩(wěn)定性較強(qiáng)。
陶瓷燃料主要包含鈾和環(huán)等的氧化物、碳化物、氮
化物，使用較為廣泛的陶瓷燃料為UO2。但是此種陶瓷
芯塊的熔點(diǎn)比較高（可達(dá)到2865°C）,且其高溫穩(wěn)定性
較好。輻照過(guò)程中，UO2燃料芯塊中將留存大量裂變氣
體，因此其燃耗量達(dá)到10%時(shí)，其尺寸變化不大。UO2
與包殼材料錯(cuò)或不銹鋼的相同性較好，且與水出現(xiàn)化學(xué)
反應(yīng)的幾率較低，因而可用于輕水堆中，如陽(yáng)江核電廠
采用的即為UO2陶瓷芯塊。
彌散體燃料指的是把核燃料彌散分布在非裂變材料
當(dāng)中。核電廠中主要使用陶瓷燃料顆粒、金屬基體制作
為彌散體系。如此可充分發(fā)揮陶瓷燃料、金屬的積極作
用，提升核燃料裂變效果。此外，包覆顆粒燃料也屬于
彌散體系。在高溫氣冷堆中，可使用鈾、牡的氧化物、
碳化物作為核燃料，將其彌散在石墨當(dāng)中。石墨基體致
密性較差，因此需在燃料顆粒外包覆耐高溫、氣密性較
強(qiáng)的外殼，以免裂變中形成的物質(zhì)外散。
流體燃料在均勻反應(yīng)堆中，核燃料將懸浮或溶解在
水、液態(tài)金屬、熔鹽當(dāng)中，進(jìn)而形成流體燃料。流體燃
料可有效解決由于輻照因素形成的尺寸不穩(wěn)定、溫度因
素形成的熱應(yīng)力等問(wèn)題，有效提升核燃料燃耗。
3 影響核燃料成本的主要因素
3.1核燃料采購(gòu)成本
核電廠發(fā)電的過(guò)程中需消耗核燃料，而核燃料成本
則是影響核電廠生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本的主要因素。研究發(fā)現(xiàn)，
核燃料制作、加工、開釆等多個(gè)環(huán)節(jié)形成的成本共同構(gòu)
成了核燃料成本。目前，雖然國(guó)際市場(chǎng)上低濃度鈾、天
然鈾等材料價(jià)格并不高，然而不同國(guó)家的核燃料加工費(fèi)
并不相同。亞洲地區(qū)核燃料組件加工費(fèi)較高。其主要原
因?yàn)椋簛喼薜貐^(qū)未掌握核燃料組件加工技術(shù)，因此只能
由其他發(fā)達(dá)國(guó)家引進(jìn)相關(guān)技術(shù)。由此可見，核燃料釆購(gòu)
成本是影響我國(guó)核電廠核燃料成本的主要因素，其對(duì)核
電廠運(yùn)營(yíng)管理工作具有重要影響。
3.2核燃料換料管理成本
核電廠在生產(chǎn)電力資源時(shí)，需消耗核燃料，在核燃
料消耗完畢后核電廠需更換核燃料組件，如此才可保證
核電廠生產(chǎn)效率及質(zhì)量。核電廠每個(gè)循環(huán)需更換約三分
之一的核燃料，每次更換均需要專門的換料設(shè)計(jì)，包括
裝載方案的制定以及相關(guān)的分析論證。在更換核燃料的
同時(shí)，核電廠停堆開展大修，對(duì)各設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)性的檢
修，在此期間，核電廠停止電力生產(chǎn)。故核電廠循環(huán)長(zhǎng)
度的長(zhǎng)短將會(huì)決定換料次數(shù)，繼而影響核燃料成本，換
料設(shè)計(jì)論證的成本，換料檢修造成的發(fā)電損失成本等綜
合構(gòu)成了換料管理成本。
3.3核燃料循環(huán)成本
（1）核燃料循環(huán)含義。核燃料循環(huán)指的是反應(yīng)堆
作者簡(jiǎn)介：李文海（1986—）,男，本科，研究方向：核電
廠燃料管理。
.]gg. | 發(fā)展與創(chuàng)新 | Development and Innovation (2019年第2期：
中的核燃料組件需在一定周期內(nèi)由反應(yīng)堆中卸岀，在對(duì)
其進(jìn)行后處理之后，再進(jìn)行富集，從而形成可應(yīng)用的燃
料元件，之后將其放置在反應(yīng)堆中循環(huán)使用。
由于核燃料并不能一次消耗殆盡，因此需循環(huán)使用
核燃料，如此才可充分發(fā)揮其作用。核電廠在生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)
過(guò)程中，不僅會(huì)消耗核燃料、減少核反應(yīng)堆能量、形成
裂變產(chǎn)物，同時(shí)還將產(chǎn)生毒物，影響反應(yīng)堆后備反應(yīng)性，
影響其生產(chǎn)效率。由反應(yīng)堆中取出的核燃料，雖然仍具
備裂變性能，這些核燃料中還含有環(huán)-239、鈾-235等
能源，可通過(guò)科學(xué)處理這些能源，之后將這些核燃料重
新制作為燃燒元件，之后還可將這些燃燒元件放置在反
應(yīng)堆中。核燃料的生命周期總結(jié)為勘探一開釆?提取一
制作一化學(xué)轉(zhuǎn)變?分離鈾同位素亠制作燃燒元件?放置
反應(yīng)堆中?取出、存儲(chǔ)乏燃料一處理乏燃料一處理具有
放射性元素的廢料?終極出裝。由此可見乏燃料處理是
很重要的工作環(huán)節(jié)。
(2)核燃料循環(huán)成本。由于核燃料并不能一次消
耗完畢，因此核燃料在使用一段時(shí)間后需將其由反應(yīng)堆
中取出，在合理處理之后可循環(huán)使用。然而，在循環(huán)使
用核燃料時(shí)，也將形成核燃料處理成本，使用核燃料循
環(huán)處理方式也將影響核電廠核燃料成本。研究發(fā)現(xiàn)，核
燃料循環(huán)處理費(fèi)用屬于核燃料成本的重要組成部分，核
燃料循環(huán)過(guò)程中，需運(yùn)輸、處理核燃料。因此，核電廠
需依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范要求，釆購(gòu)合格的運(yùn)輸容器。同
時(shí)，在乏燃料處理過(guò)程中，需分解燃料棒，分離缽-239、
鈾-235等資源，因此核電廠需引進(jìn)先進(jìn)加工技術(shù)，同時(shí)
相關(guān)設(shè)備的維護(hù)、維修成本較高，此部分成本將影響核
電廠經(jīng)濟(jì)效益。
核燃料循環(huán)成本包含了核燃料循環(huán)前期成本、核燃
料反應(yīng)堆內(nèi)燃耗成本、核燃料循環(huán)后期成本這些部分；
核燃料循環(huán)前期成本主要包含鈾礦地質(zhì)勘查、鈾礦選礦
開采、鈾礦石加工處理等工作環(huán)節(jié)的成本。燃燒元件在
放置到反應(yīng)堆中后，核燃料將燃燒消耗，在其燃燒一段
時(shí)間之后，需由反應(yīng)堆中取出，在核燃料燃燒過(guò)程中涉
及的成本均屬于核燃料堆內(nèi)燃耗成本。核電廠需采購(gòu)核
燃料運(yùn)輸容器，并支付一定的運(yùn)輸費(fèi)用，此外乏燃料后
處理設(shè)備、人工成本這些都屬于核燃料循環(huán)后期成本。
乏燃料對(duì)其運(yùn)輸容器的要求較高，因此乏燃料運(yùn)輸容器
價(jià)格較高；乏燃料運(yùn)輸過(guò)程中需嚴(yán)格依據(jù)相關(guān)規(guī)范及標(biāo)
準(zhǔn)進(jìn)行運(yùn)輸，如此核電廠需支付較多資金；為科學(xué)處理
乏燃料，需使用先進(jìn)處理技術(shù)，而相關(guān)處理設(shè)備成本也
較高、人工成本也較高，由此可見核燃料循環(huán)后期成本
屬于核燃料循環(huán)成本的主要構(gòu)成部分。
4 核電廠降低核燃料成本的措施
4.1科學(xué)采購(gòu)核燃料
國(guó)際上天然鈾價(jià)格較低，因此核電廠為降低核燃料
釆購(gòu)成本，可釆購(gòu)其他國(guó)家的天然鈾。通常，核電廠在
更換核燃料時(shí)，也需更換相關(guān)組件，因此核電廠需由其
他國(guó)家釆購(gòu)天然鈾，在天然鈾富集過(guò)程中將形成相應(yīng)成
本。核電廠為降低核燃料釆購(gòu)成本，需在一個(gè)合同中明
確規(guī)定天然鈾采購(gòu)、富集服務(wù)。此外，還需簽署中期、
長(zhǎng)期合同，需保證大部分核燃料由國(guó)內(nèi)釆購(gòu)，少部分核
燃料由國(guó)外釆購(gòu)。針對(duì)由國(guó)內(nèi)釆購(gòu)的核燃料，需保證每
3年協(xié)商一次價(jià)格，并重新簽訂合同；針對(duì)由國(guó)外采購(gòu)
的核燃料，則需保證每五年協(xié)商一次價(jià)格，并重新簽訂
合同。釆用此種方式，不僅可保證核電廠擁有足夠核燃
料，還可降低核燃料采購(gòu)成本，提高核電廠經(jīng)濟(jì)效益。
4.2優(yōu)化核燃料換料管理
核電廠需依據(jù)本廠發(fā)電規(guī)劃，科學(xué)優(yōu)化核燃料管理
方案，如此可有效降低核電廠核燃料成本，提高核電廠
經(jīng)濟(jì)效益。釆用此種方式，可有效提升核燃料富集度，
盡量減少核電廠換料組件數(shù)量，如此可有效提升核燃料
循環(huán)效益。核電廠在研究核燃料成本時(shí)，需重視其換料
組件數(shù)量。其主要原因?yàn)椋弘S著換料組件數(shù)量的增加，
將增加組件后處理費(fèi)用，增加核電廠生產(chǎn)成本。此外，
核電廠需研究先進(jìn)的燃料管理方案，比如18個(gè)月?lián)Q料
燃料管理，這樣可減少燃料組件更換數(shù)量、提升核燃料
的卸料燃耗，可有效降低核電廠核燃料成本。
4.3控制核燃料循環(huán)處理成本
核電廠需與專業(yè)乏燃料處理、運(yùn)輸企業(yè)加強(qiáng)合作，
如此可有效降低核電廠核燃料循環(huán)處理成本，提高核電
廠經(jīng)濟(jì)效益。核電廠可暫時(shí)將生產(chǎn)過(guò)程中形成的乏燃料
存儲(chǔ)起來(lái)，之后由專業(yè)燃料處理、運(yùn)輸企業(yè)進(jìn)行統(tǒng)一處
理，如此可有效降低核電廠、合作企業(yè)的成本，提高雙
方經(jīng)濟(jì)效益。此外，核電廠在與此類企業(yè)合作時(shí)，需由
乏燃料處理、運(yùn)輸企業(yè)承擔(dān)部分核燃料處理費(fèi)用。簡(jiǎn)言
之，乏燃料處理、運(yùn)輸企業(yè)需到核電廠收取、運(yùn)輸乏燃料，
相對(duì)的乏燃料處理、運(yùn)輸企業(yè)需承擔(dān)乏燃料處理的部分
責(zé)任、獲得相應(yīng)利益。使用此種管理方式，可有效降低
核電廠核燃料循環(huán)處理成本，提升核燃料利用率，提高
核電廠經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益。
5 結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，核燃料成本是影響核電廠發(fā)展的主要因
素，因而核電廠需深入研究影響核燃料成本的主要因素，
并采取有效措施降低核燃料成本，提升核電廠經(jīng)濟(jì)效益
及社會(huì)效益。
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