三种核燃料循环方案特征分析及经济性评价

发布时间：2020-04-11 12:27

【摘要】：本文在参考我国核电中长期发展规划的基础上,结合我国反应堆技术特征及参数,绘制了详细的一次通过循环方案(OTC)、单次U、Pu复用循环方案(TTC)和快堆-压水堆混合闭式循环方案(FRC)的循环框图;计算了相同发电量下每种循环方案的长期平衡物质流;进行了燃耗分析;并对燃料循环经济性(平准化发电成本)及组分敏感性进行了评估。最终集物质流、经济性和燃耗三位于一体对三种核燃料循环方案进行分析和对比,对我国未来核燃料循环方案的制定提供理论依据;并对实际循环方案实施具有实际指导意义,为其实现可能性将给出有力论证。平衡物质流计算结果表明,FRC方案在三种循环方案中所需的天然铀量、产生贫铀量及总燃料需求量均最小,促进了资源利用最优化。燃耗分析进一步说明FRC方案不仅所需U-238的量最小,而且对其消耗率最大,分别约为TTC和OTC方案的4.4和5.5倍;即FRC方案将可裂变核素U-238转化为易裂变核素的能力远远大于另外两种循环方案,较大程度上提高了铀资源的利用率。尽管TTC方案对U-238的消耗率大于OTC方案,但是两者差别不是很大(约1.2倍);故MOX燃料的应用在一定程度上能提高铀的利用率,短期内有一定的优势,但很难成为核能可持续发展的理想手段。尽管FRC方案卸料时乏燃料的总放射性活度最大,但是因其衰变的速率最大,故最先衰变到标准放射性活度刻度线。三种方案Pu的生成速率和产量由大到小依次为FRC、TTC、OTC,说明FRC方案可实现燃料的增殖。核电因“核”必须保障其安全性,又因“电”必须考虑其经济性。因此,开展核燃料循环方案的经济性评价研究对我国核燃料循环政策的制定和核能可持续发展有重要意义。本文计算了三种循环方案在相同发电量和不同折现率下全寿期平准化燃料发电成本,结果表明FRC方案的经济性在三种循环方案中最好,且稳定性与TTC方案也相差不大。对循环总成本影响最大的循环组分为快堆燃料制造成本,说明该方案摆脱了因铀资源市场价格波动造成的经济性不稳定问题。
【图文】：

核电,分布图,铀资源

1.1.2 我国铀资源概况及未来需求量我国是一个铀资源大国，据 WNA（World Nuclear Association）报源储量约为 2 百万吨[4]，在我国北部和西北的砂岩以及东南地区的深部现了新的天然铀矿。2011-2012 年，，我国又发现了约 44 000 吨常规铀，连浩特、鄂尔多斯、松辽和本溪盆地约为 28 000 吨；位于华南的相山南部和达州约为16 000吨。2014年OECD红皮书指出：中国的铀资源储吨，其中 46%位于内蒙古和新疆，36%位于江西和广东[5]。我国核电站自国内自己生产、国际市场购买和中外合营三个方面：（1）国内铀资源年，约 35%的铀资源存储在华北和西北的砂岩矿床中，华中和东南的花为 28%，东南地区的火山岩、黑色页岩中存储量分别为 21%和 10%。明的铀矿大部分都位于地下至少 500 m 处。（2）国际铀资源。我国铀主哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦、加拿大、纳米比亚、尼日尔和澳大利亚。共和国总署公布，自 2012、2013 年以来，我国从上述国家进口铀总量分吨和 18 968 吨，总费用约为 23.7 亿美元。

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图1.3 所示为主要核燃料循环方案的简略图。目前世界上大多数反应堆采用的核燃料循环方案是“一次通过循环”，该循环中核燃料只循环一次，之后便从反应堆中卸出，最终被地质深埋。所以，“一次通过循环”事实上并没有对燃料进行真正意义上的循环。以反应堆为界，整个核燃料循环被分为前端（Front end）、辐照阶段（Irradiationstage）、后端（Back end）。核燃料循环前端包括铀矿开采、矿石加工、铀的提取、转换、浓缩、燃料制造等[9]；后端包括乏燃料临时存储、冷却、封装、运输、地质处置和回收等。铀矿尾矿铀转化反应堆存储回收封装地质处置0.7%U-235U3O8贫铀3-5% U-235 乏燃料钚核废物回收铀燃料制造MOX铀浓缩图 1.3 核燃料循环方案简略图Fig. 1.3 The schematic diagram of nuclear fuel cycle目前比较成熟的核燃料循环方案大体分为两类：开式循环方案也叫一次通过循环方案（One-through fuel cycle，OTC）；闭式循环方案（The closed fuel cycle，CFC）也叫再循环方案。这两类循环方案的本质区别在于后者对乏燃料进行了回收循环利用，这不仅提高了铀资源的利用率同时也大大的降低了放射性废物的生成量及其毒性。一次通过循环方案是指乏燃料经过冷却、临时存储之后直
【学位授予单位】：东华理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TL249

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