基于燃料可持续利用的核电堆型规划优化

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1、上海交通大学MBA学位论文基于燃料可持续利用的核电堆型规划优化过程、中间储存与后处理过程、最终处置过程。本文对这些过程的技术内容不再描述，仅重点研究几个环节中压水堆的消耗情况。2.1.1.2压水堆运行的铀消耗核电站的铀消耗与装机热功率、机组负荷因子、燃耗有关系。年铀消耗量Ua＝反应堆热功率（MW）×机组负荷因子×365÷燃耗公式1235反应堆热功率由设计决定。由于燃耗设计不一样，压水堆实际使用的燃料元件U的含量是不同的，我国秦山一期、大亚湾等电站在投入运行后通过设计变更，先后将燃耗深度都加深了，燃耗加深后分离功需求及天然铀需求相对更高，但乏燃料

2、相对减少，本文在计算时都使用原设计值。机组负荷因子（容量因子）主要取决于电站的运行管理水平和电网需求，近年国内核电的容量因子总体上不断升高。但各电厂公布的材料中都使用能力因子，两者的意义和计算方法不同，12但实际差别较小。为计算方便，本文中应用机组能力因子代替容量因子进行计算。表4为我国已投运压水堆机组的热功率、燃耗和能力因子信息和按公式1计算得出的平均每年浓缩后铀的消13耗量。表4国内运行压水堆燃料消耗Tab.4PWRsFuelconsumptioninChina反应堆NP1NP2NP3NP4NP5AP1000（估）热功率（MW）966193

3、02905290530003400燃料装载量（tU）40．7555．872．472．574．2平均卸料燃耗320003500044500445003400050326（MW.d/tU）14平均能力因子(%)90.4380.9389.5687.6276.7582平均每年浓缩后铀的9.9616.2921.3420.8824.7220.22消耗Ua（tU）12容量因子指核电的实际利用时间占理论上全部利用时间的比值；能力因子指核电能够被利用时间占理论上全部利用时间的比值。如果核电因电网等外部原因损失了利用时间，在容量因子中要计入损失，而在能力因子计算时

4、不计算损失。一般两者的实际差别在2%以内。13秦山一期、大亚湾和岭澳三个电厂燃耗和燃料丰度使用现值。14能力因子采自各电厂WANO指标公布的数据，从2003年开始统计并算术平均。9上海交通大学MBA学位论文基于燃料可持续利用的核电堆型规划优化2.1.1.3包括燃料加工损耗的压水堆运行铀消耗表4算出的年平均铀消耗量为浓缩后燃料元件折成的金属铀，在从天然铀转化为燃料零件的过程中，还有各个环节的加工损失要计入：铀转化，从U3O8转化为UF6时，损失率0.5%；235235235铀浓缩，从0.7%U浓缩到X%U时，排出含0.2%～0.25%U的尾料，本

5、文以0.25%计算，得出浓缩系数Ce；燃料组件制造，从UF6转化为UO2，损失1％。年天然铀消耗量NUa＝Ua×Ce÷（1-1％）÷（1-0.5%）公式2压水堆燃料丰度与燃耗间有一定关系，入堆丰度越高，燃耗越大。根据公式2，计算得我国已投产机组的年天然铀消耗量，并折算为单位电功率每年的平均天然铀消耗量。表5国内运行压水堆天然铀消耗Tab.5PWRsNaturalUraniumconsumptioninChina堆名NP1NP2NP3NP4NP5AP1000（估）电功率（MWe）310650980100010601250平均每年铀消耗Ua9.96

6、16.2921.3420.8824.7220.22（tU）平衡换料富集度3.33.74.54.54.15.0（235U％）浓缩系数Ce6.637.509.249.248.3710.33平均每年天然铀消耗64.27118.85191.81187.66201.27203.14NUa（tNU）单位电功率年分离功0.39（首炉）0.26（首炉）0.22（首炉）0.21（首炉）0.21（首炉）1.28（首炉）需求（tSWP/MWe.a）/0.15（平衡）/0.12（平衡）/0.13（平衡）/0.13（平衡）/0.13（平衡）0.15（平衡）单位电功率年均

7、天然0.20730.18290.19570.18770.18990.1625铀耗（tNU/MWe.a）单位电功率年均乏燃料产生量0.031590.024640.021410.020530.022930.01590（tSF/MWe.a）数据表明压水堆的单位电功率天然铀耗基本相同，本文在计算时采用平均值作为未来压水堆10上海交通大学MBA学位论文基于燃料可持续利用的核电堆型规划优化天然铀耗。压水堆单位电功率天然铀耗＝0.1877tNU/WMe.a压水堆单位电功率分离功需求＝0.13tSWP/MWe.a2.1.1.4压水堆燃料消耗后的乏燃料处理及其应

8、用压水堆使用完的乏燃料卸出后，还有大量可以利用的成分。根据燃料丰度和燃耗不同，乏燃235239料中U的含量在0.8～1.3%之间，比天然铀高，另外还有