（企业管理专业论文）核电经济性评价模型的框架研究.pdf

摘要 搁要 核电发展的核心问题在于安全性、防止核扩散、公众接受性和发电成本，发 电成本是其它三方面问题的集中表现。核电的特殊性决定其经济性的评价需要考 虑核电开发的整个流程，内化所有的外部性成本。 国内外核电评价模型和相关设想对于核电经济性的评价分析未能全面考虑 核电开发流程的特殊性，以及未能针对核电长寿期高投资特点恰当处理评价过程 中贴现率的确定方法，低估了核电长期经济效益的稳定性。 本文以一次通过式燃料循环和闭式燃料循环为研究对象，根据铀矿开采、铀 浓缩、燃料组件制造、核电站建造与运营、核设施退役和乏燃料后处理的核电开 发流程，分析比较两种燃料循环各环节的安全性、防止核扩散、公众接受性和成 本的评价指标，从技术、政治和社会三方面，聚类分组形成核电经济性评价的指 标体系。指标体系的建立解决了核电经济性评价的流程特殊性问题，全面分析了 核电社会性成本的影响因素，为以后进一步确定相关指标的数量关系建立完善的 核电经济性评价系统奠定了基础。 本文根据现行的核电市场环境，以经济性评价指标体系初步分析了1 0 0 0 m w 级核电机组的经济性，以及2 0 2 0 年我国实现4 0 0 0 万核电装机容量的可能性。提 出在目前的资源约束下，从国家层面整合中核集团的技术优势，常规电力集团的 资金实力和中广核集团的项目运作经验，可以低风险实现核电产业的规模化。 关键词核电；经济性；评价；指标 a b s t r a c t t h e 劬d a i n 酬r c s o l m i o mt on u c l e a rp o w e rd e p l o y m e ma r cs a f e t y , l o w p r o l i f e r a t i o nr i s k , p u b l i ca c c e p t a l l c ea n dg e n e r a t i o nc o s t , i nw h i c ht h ea f f o r d a b l e g e n e r a t i o nc o s ti sac h a r a c t e r i s t i cd e m e n to ft h e s ea s p e c t s i ti st h ep a r t i c u l a r i t yo f n u c l e a rp o w e rt h a td e s t i n e st h ee v a l u a t i o no fn u c l e a rp o w e r b ym e a s u r i n gt h ew h o l e p r o c e s so fg e n e r a t i n ge l e c t r i c i t ya n di n t e r n a l i z i n ga l lt h e & a t m l a c o s t s t h er e l e v a n tn u c l e a rp o w e re v a l u a t i o nm o d e l sa n dp r e s u m p t i v ep r o g r m n m e s 啪n o t t a k et h ep a r t i c u l a r i t i e so fn u c l e a rp o w e ri n t oa c c o u n t o w n i n gt ot h el o n ge c o n o i c a l l i f ea n dl a r g ew o u to f i n v e s t m e n t , t h ed i s c o u n tr a t ed o e sn o tr e p r e s e n tt h es t a b i l i t yo f n u c l e a rp o w e rf u t u g ep r o f i l o n c e - t h r o u g hf u e lc y c l ea n dd o s e df u e lc y c l ea r et h ei n v e s t i g a t e do b j e c t s a c c o r d i n g t ot h e q 啪o fn u c l e a rp o w e rg e n e r a t i o n , u 1 a n i mo r em i n i n g , u r a n i u m e n r i c h m e n t , f u e la s s e m b l yf a b r i c a t i o n , n u c l e a r # a n tc o n s t r u c t i o na n do p e r a t i o n , n u c l e a rf a c i l i t yd e c o m m i s m o 血ga n ds p e n tf u e ld i s p o s a l ，t h i sp a p e ra n a l y z e st h e e v a l u a t i o np a r a m e t e r so fr e l e v a n tp r o c e d u r e sf r o ms a f e t y , n o n p r o l i f e r a t i o n , p u b l i c a c c e p t a n c ea n dc o s t f u r t h e r , r e f e r e n c et ot e c h n o l o g y , p o l i c ya n ds o c i e t y , t h i sp a p e r m e r g i n gd u s t e r st h e s ep m e t e r aa n df o n mt h ep a r a m e t e r ss ) r s t c mo ft h en u c l e a r p o w e re c o n o m i c se v a l u a t i o n 他p a t a m e w rs y s t e ms e t t l e so u tt h ep 硎c d m t yo f n u c l e a rp o w e rd e v e l o p m e n tp r o c e s s ，a n da n a l y z e sm o s tr e l e v a n tp a r a m e t e r so ft h e s o c i a lc o s t s ，w h i c he s t a b l i s ht h ee f i i c i e n tw a y st oc o n s m n m a t ee v a l u a t i o ns y s t e m u n d e rt h e 删u r e n tn u c l e a rp o w e rm a r k e t , t h i sp a p e ra n a l y z e st h ee c o n o m i c so f 1 0 0 0 m wn u c l e a rp o w e ru n i ta n dt h ep o s s i b i l i t yo f4 0 0 0 0 m wi n s t a l l e dn u c l e a r c a p a c i t yb e f o r e2 0 2 0b yp a r t i a lp a r a m e t e r s f u r t h e r m o r e , i ti sl o wr i s kt or e a l i z et h e n u c l e a rs c a l eo fe c o n o m i c sb yc o n c e n t r a t i n gt h et e c h n o l o g ya d v a n t a g eo fc n n c ，t h e c a p i t a ls t r e n g t ho f c o n v e n t i o n a lp o w e rg r o u p sa n dt h ep r o j e c tm a n a g e m e n te x p e r i e n c e o f c ( 扑i p cu n d e rt h ei e s o u l c 七r 鹤t r i e t i o i l k e y w o r d sn u c l e a rp o w e r , , e c o n o m i c s ；e v a l u a t i o n ；p a r a m e t e r m 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本文所做的任何贡献均己 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：鑫鱼逮日期：迦址堕亘 关于论文使用授权的说明 本文完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留送交论文的复印件，允许论文按照相关规定被查阅和借阅；学校可以采用 影印、缩印或其它复制手段保存论文。 签名基鱼塞导师签名 第l 章绪论 第1 章绪论 1 1 选题背景与目的 1 1 1 选题背景 核电能否继续作为世界主要能源供应方式之一，在新一轮装机容量中获得相 当份额，取决于市场的电力需求、燃料价格、环境容量、能源安全保障要求和新 能源的商业化成本“1 。目前核电的高发电成本主要原因是建设周期长、设计变更、 项目管理水平和质量控制问题。如果上述的不确定性问题得以解决，那么核电将 可以常规电厂相同的条件进行融资，从而降低整个项目的资金成本。 建立全流程的核电经济性评价模型可以在国际标准范围内采集建造和运行 中商用核电厂的业绩信息，使得企业、投资人和政策制定者理解流程中各因素变 化对核电业绩的影响，从而对各堆型和燃料循环进行定量分析评价嘲。在技术选 择多样性背景下，为企业、投资人提供决策支持以减少不确定性因素。评价系统 既是核电经济性的评价工具，也是未来核电发展的决策依据。 1 1 2 选题目的 核电的安全性、防止核扩散能力、公众接受性和成本问题涉及整个开发利用 流程，只有充分考虑核电开发利用流程的特殊性才能准确评价核电的经济性。核 电项目具有长寿期高投资的特点，在政府倾向性政策和严格的监管体系下，核电 经济性评价的贴现处理方法需要考虑基荷运行收益的稳定性和监管导致的不确 定。 为了能够在我国尽快启动核电经济性评价模型的研究，且囿于现阶段的研究 资源和工程技术理论的水平，本选题旨在对核电经济性评价模型作框架性研究。 从核电开发流程的特殊性入手，在安全性、防止核扩散能力、公众接受性和成本 四个方面分析核电经济性的影响因素，从而构建经济性评价的指标体系，为下一 步确定相关指标的数量关系，建立完善的核电经济性评价系统奠定基础。 1 2国外核电评价模型 1 2 1 能源与电力评价程序 能源与电力评价程序嘲( e n e r g ya n dp o w e re v a l u a t i o np r o g r a m ，e n p e p ) 是由美国能源部( d o e ) 资助，阿贡国家实验室开发的，d o e 将程序的完整版转 交给国际原子能机构( i a e a ) ，由i a e a 向会员国和国际组织推广。e n p e p 包括能 源需求分析模型( m o d e lf o ra n a l y s i so ft h ee n e r g yd e m a n d ，姒e d ) 、维也纳 北京下业人学管理学硕i 。学位论文 自动系统规划模型( w i e na u t o m a t i cs y s t e mp l a n n i n g ，w a s p ) 和环境影响分析 模型( i 肝a c t s ) 。e n p e p 可用于能源分析、评价与整合，以及电力规划，包括基 于宏观经济增长和能源电力需求的能源消费决策、能源供应和消费的平衡、国家 能源网络建设、新电力项目的规划、项目资源约束的评估( 土地、人力和资金) ， 以及能源和电力系统排放的环境影响评价。 ( 1 ) 能源需求分析模型 m a e d 是1 9 7 0 年代由i a e a 组织开发的，该模型的能源需求预测是基于经济 增长和结构变化、技术进步和生命周期，以及长期各类型能源需求的相互关系 m a e d 可以在可替代能源与不可替代能源之间实现差异化分析 ( d i f f e r e n t i a t i o n ) ，并考虑能源输配市场的竞争性和终端用户设备技术参数的 变化。 m a e d 的实现过程：( 1 ) 经济环境分析，( 2 ) 关键影响因素分析，( 3 ) 能源 消费结构分解，( 4 ) 能源需求预测( 如图1 - 1 所示) 。 图卜l 姒即预测流程图 f i g u r e1 1i i a e dp r e d i c t i o np r o c e s s ( 2 ) 维也纳自动系统规划模型 w a s p “1 模型是1 9 7 2 年美国橡树岭国家实验室开发的，分析国家或地区各种 形式能源的经济竞争力，规划电力系统的扩展。经过w a s p - 和w a s p - - + 的不断 完善，并考虑到电力需求的突变，w a s p 己开发了w a s p l v 第l 章绪论 w a s p n 可在用户特殊需求的约束下，分析电力系统的最优扩展方案。运用概 率分析法，评估系统的生产成本、可靠性，运用线性规划确定电力的最优配置方 案，以满足环境排放容量、燃料的可获得性、电力生产等外部约束，进而优化系 统扩展方案。 e n p e p 利用m a e d 预测能源和电力需求，根据需求通过w a s p 制定电力系统的 扩展方案，把结果引入环境评价模型( i 胛a c t s ) ，衡量能源和电力系统的环境影 响。 1 2 2核电厂项目评标模型 核电厂项目评标模型叫( b i d e v a l 一3 ) 是国际原子能机构为核电厂投标设计 的模型，辅助用户对核电厂投标进行经济核算。b i d e v a l 一3 模型包括资金成本块、 燃料成本块、运行维护费用块和敏感性分析块，核算项目的建成成本、运行维护 费用( o 酬c o s t s ) 、核燃料费，以及分析关键因素，其核心是一套核电厂建造成 本的标准账户( 如表i - i 所示) 。 表1 - 1 核电厂总成本账户结构 t a b i e 卜1s t r u c t u r eo ft h ei a e an p pt c i ca c c o u n ts y s t e m 弱擎鬻缈燃嘲鬻鞣鬻攀辫粼溺鳓缓黝翻缫鳞鬻鬻圈 k 。毽i 嗽，。3 9 现场调试的材料，设备和易耗品 2 l 厂区建构筑物 4 0 员工培训，技术转让和其他服务 2 2 反应堆厂房设备 4 l 住宿及相关基础设施 2 3 汽轮发电机厂房设备 笺，：2 ，” 附加费用一薹篓薹瑟：滋 2 4 电气和仪控设备5 0运输和运输保险 2 5取水和冷却5 l各品备件 2 6 辅助厂房设备 5 2不可预见费 2 7 专用材料 5 3 保险费 2 8 模拟机 5 4 退役费用 供应商或业主工程师的工程、设计和总图 4 。“ 务费用赢”? ”“8 ”鬻 3 0 貉。# ，触， 一航盎羹赫赢赫蹴穰# m 黜。藏$ 女滋 的咨询 3 l 供应商或业主工程师的项目管理咨询 6 t 1 浮动费用 供应商或业主工程师的工程、设计和总图 3 26 1 建造期利息 的现场服务 供应商或业主工程师的项目管理现场服 3 36 2 服务费 务 3 4 供应商或业主工程师的建造监理 孵；燃9 ”擎溱 3 5 供应商或业主工程师的建造劳务 业主费用缆 黢一一 渤 3 6 供应商或业主工程师的调试服务 7 0 业主资本金和服务费用 3 7 供应商或业主工程师的试运行服务 7 l 业主费用的浮动 3 8 现场施工的设施、设备和材料 7 2业主筹融资费用 北京t 业人学管理学硕 ：学位论文 1 2 3+ 年计划 十年计划m ( d e c a d e s ) 是由欧洲委员会( e u r o p e a nc o m i s s i o n ，e c ) 、i a e a 和石油输出国组织( o p e c ) 等九个国际或地区组织共同发起，通过研究经济、社 会、健康和环境之间的相互关系，分析电力系统的主要影响因素，构建决策的整 体性框架，从而增强电力部门的决策能力，制定可持续发展战略。但是由于方法 导向与执行的复杂性，2 0 0 0 年i a e a 已中止十年计划。 1 2 4其他 ( 1 ) 供电系统扩展模型嗍( 肛s s a g e ) 是1 9 9 0 年代由i a e a 开发的，以线性 函数表示能源系统中的技术和经济参数，以规划期内( 研究期2 5 年) 的累积成 本最小化为优化标准，分析开采、处理、运输、发电，以及终端工业、交通、居 民和商业的消费，从能源实际生产运输过程出发优化发电、输配电的成本。 ( 2 ) f i n p l a n 嘲是由i a e a 、里昂信贷银行和巴基斯坦原子能委员会合作开发 的财务软件，评价电力系统扩展规划的财务可行性，价格对汇率、需求的波动， 确定相应投资回报率下的电力销售价格，从而研究项目投资的可行性。 ( 3 ) 污染物扩散和迁移模型0 1 ( b - g l a d ) 是2 0 0 0 年i a e a 开发，用于分析、 估算相关的健康和环境效应。 ( 4 ) 核电资产和项目管理模型嘲( n u c l e a ra s s e ta n dp r o j e c te v a l u a t o r s ， n a p e ) 是由美国电力研究所( e p r i ) 开发的，主要用于项目建设期的资产和进度 管理。 1 3中国核电评价模型 1 3 1核电建设项目概( 预) 算软件 核电建设项目概( 预) 算软件“”( c d e 8 9 1 ) 是由北京核工业第二研究设计院 开发的，依据中国核工业集团公司的核工程专业预算定额( 土建工程、设备安装 工程) ，费用定额与材料预算价格和地区预算定额，在核电项目可行性研究阶段， 进行技术经济的专题研究，估算相关费用( c d e 8 9 1 的流程如图卜2 所示) 。 1 3 2核能工程项目动态经济分析与评价软件 核能工程项目动态经济分析与评价软件n 1 1 ( p l t c s t ) 是1 9 8 4 年国内为了论 证核电项目，使用f o r t r a n 7 7 开发的电厂动态评估软件。通过分析建造核电厂和 常规电厂的基本价、隔夜价( o v e r n i g h tc o s t ) 、建成价，以及财务和国民经济 评价指标，比较和评价核电厂和常规电厂投资效益及发电成本，并列出了投资使 用表、还贷计划表和经济分析期内的现金流量表等一系列报表，对成本影响因素 做了敏感性分析，绘制了项目盈亏平衡点。 第1 章绪论 总控制模块 容错模块 库管理项目概预算 砉等li 至瓣fi 嚣嚣l 掣唑喾 程定额 il 工程定额i l 规定差异l 厂一广 报表输出 核工程专业预算 定额、费用定额和 材料价格 地区预算定额、 费用定额和材料 价格 其它工程预算 定额、费用定 额和材料价格 专业设各 预算定额 图1 - 2c i ) e 8 9 1 核电建设项目概( 预) 算软件流程 f i g u r e1 2c d e 8 9 1n u c l e a rp o w e rp r o j e c tb u d g e t i n gs o f t w a r ep r o c e s s 1 3 3电力系统发电环保综合规划模型 电力系统发电环保综合规划模型“2 1 ( g e s p - m ) 是由国家电力公司动力经济 研究中心开发的多区域发电规划模型，在满足系统电力电量平衡、技术条件、环 境容量等约束条件下，使得系统的建造成本、运行费用、投资费用，燃料费用和 环境外部性成本最小化，并可评价单一电力环保项目、电力环保技术、单一污染 物控制问题及各种电力环保政策。 1 3 4 核电工程数据库 核电工程数据库( n p e 阴) 是1 9 9 6 年国内专家提出拟建的核电数据库，记 录核电厂在选址、设计、建造、运行、安全分析、经济分析和环境评价过程中有 关的大量数据、文本和图形信息，包括基础研究数据库、项目管理数据库、设计 数据库、材料数据库、运行数据库、安全分析数据库、经济分析数据库和环境评 价数据库等子库。经济数据子库包括公共经济数据、电厂技术参数、工程投资数 据和电厂业绩数据。 北京t 业大学管理学硕卜肇位论文 1 4 国内外研究现状的评述 1 ，4 1模型的类型 综上所述，国外的研究集中在两个方面：整个能源系统规划的评价研究，如 能源与电力评价程序包e n p e p ，d e c a d e s 计划；核电厂建设运营的财务评价，如 i a e a 的核电项目经济评标模型b i d e e v a l - 3 ，财务分析模型f i n p l a n 。 核电经济性研究必须有成熟的、市场规模充分大的可分析环境，由于国内的 核电份额还相对较小( 按规划顺利发展，2 0 2 0 年也只占总装机容量的4 ) “， 国内的反应堆数还未达到规模经济。在这样的环境中，国内核电经济性的研究水 平还处于起步阶段，核电经济数据库的建设还未有较大的进展，经济性评价软件 还只是一些财务指标计算的电子处理。如c d e 8 9 1 ，p l t c s t ，以及核电工程数据库 ( n p e d b ) 。另一方面就是对于项目的环境影响评价还处于规范性阶段，模型的内 部细节有待进一步深入研究，如电力系统发电环保综合规划模型( g e s p 一) 。 各模型中核电经济性评价的对象是核电厂，主要从两大角度进行分析：( 1 ) 基于发电成本的模型，( 2 ) 基于盈利能力的模型“”。 ( 1 ) 基于发电成本的模型 此类模型( 如b i d e v a l - 3 ) 计算每年的燃料循环成本、运行和维护成本、建 造期间的贷款本金及其利息、各种税金和退役费用，利用期望的投资回报率来核 算每年资本金的投资回收。在燃料费用、运行维护费用、贷款利息支付、投资回 报等基础上，考虑当期贴现率计算平准化贴现发电成本。 ( 2 ) 基于盈利能力的模型 此类模型( 如p l t c s t ) 通过预测给定年度上网价，然后计算固定的燃料费、 运行维护费、贷款利息及其相关税金。在确定年度收益和支出后，计算资本金的 内部收益率，如果内部收益率等于或大于投资者期望的投资回报率，则该项目是 有盈利能力的 1 4 2现有模型存在的问题 现有模型的分析过程主要存在两方面的问题：( 1 ) 核电开发利用过程的特殊 性问题，( 2 ) 财务分析过程的贴现处理方法问题。 ( 1 ) 核电开发利用过程的特殊性问题 核电在未来能否获得大规模发展，主要制约因素是核电的成本、安全性、防 止核扩散能力和公众接受性“”前三者的成功解决是实现公众可接受的必然途 径，核电的开发不仅仅是核电厂的建造、运行和退役问题，虽然核电厂的安全性 得到很大改进，但是核电潜在的问题涉及到整个开发利用的流程，核燃料的前端 第1 章绪论 生产和后处理是关注的焦点，这对于衡量核电的安全性，防止核扩散能力是至关 重要的，并最终影响到公众的接受性和核电的经济性。 ( 2 ) 财务分析过程的贴现处理方法问题 核电的主要成本来自初投资，后期燃料费仅占总发电成本的1 3 。核电厂的 投资回收期一般是1 0 - 1 5 年，还贷后发电成本只有原先的4 0 一5 0 ，使得其后 2 5 3 0 年的运行期内收益显著提高。然而，常规的贴现方法很难体现2 0 年后核 电收益的水平和稳定性，若贴现率取1 0 , 6 ，则2 0 年和4 0 年后的收益现值仅为未 来值的1 5 和2 2 。 核电作为基荷运行的收益是相当稳定的，即使燃料市场价格发生急剧变化， 与煤电、天然气等常规电厂相比，核电成本的波动比较小( 煤电的燃料成本占总 成本的5 0 9 6 6 0 ，核燃料费占2 0 ) “”。常规贴现方法是基于风险状态下的时间 。 价值的考虑，贴现率的确定具有相当的不确定性，平准化贴现成本、净现值和内 部收益率等经济指标低估了核电的长期经济效益。 1 5研究路径 本文以一次通过式燃料循环和闭式燃料循环为研究对象，从安全性、防止核 扩散、公众接受性和成本四个方面，分析铀矿开采、铀浓缩、燃料组件制造、核 电站的建造与运营、核设施退役和乏燃料后处理过程中核电经济性的影响因素， 从而构建核电经济性评价的指标体系“”( 如图i - 3 所示) 。 1 6 文章结构与要点 论文主要分为五大部分：( 1 ) 经济性评价范围的界定，( 2 ) 两种燃料循环的 经济性影响因素分析，( 3 ) 核电经济性评价模型的指标体系，( 4 ) 指标体系的初 步应用，( 5 ) 结论与展望。 经济性评价影响因素分析范围的界定：第二章根据核电开发的流程界定经济 性评价影响因素分析的范围，以及核电经济性评价模型指标选取的原则。 两种燃料循环的经济性影响因素分析：第三章分析一次通过式燃料循环的影 响因素：第四章分析闭式燃料循环的影响因素。 经济性评价指标体系：第五章通过比较两种燃料循环，依据铀矿开采、燃料 制造到核电站退役、核废料处理的整个流程，从成本、安全性、防止核扩散和公 众的接受性四个方面构建核电经济性评价模型的指标体系。 指标体系的初步应用：第六章在目前的核电市场条件下，运用评价指标体系 初步评价1 0 0 0 唧核电机组的经济性。 结论与展望：总结课题研究的主要结论，指标体系构建过程，并根据核电发 展的趋势以及研究条件的改善，展望建立完备的核电经济性评价模型需要的条件 和努力的方向。 北京t 业人学管理学硕j 学位论文 铀 _ 安全性 安全性 铀 矿矿 防止核扩散 防止核扩散 _ 开 r 开 采 _ 公众接受性 公众接受性采 - p 成本 成本 铀 _ 安全性 安全性 铀 浓 _ 舫止核扩散 防止核扩散 浓 _ - 缩 缩 _ 公众接受性 公众接受性 成本 成本 _ 燃 _ 安全性安全性 燃 料 防止核扩散 组 _ 料 公众接受性 件 组 _ 防止核扩散 件 - i p 公众接受性 制 制 i 渊 1 成本 造 造 成本 电站 _ 安全性安全性4 - 电站 建造 建造 防止核扩散 防止核扩散 _ - 与运 与运 营 - i p 公众接受性 公众接受性 营 - 成本 成本 核 安全性安全性 核设 设 防止核扩散 防止核扩散 施退 施 役乏叶 4 - - 退 公众接受性 公众接受性 燃料 处理 豳 役 - - p 成本 成本 一 图1 - 3 研究路径 f i g u r el 一3 r e s e a r c hm a p li n e 第2 章研究范用和指标选取原则 第2 章研究范围和指标选取原则 2 1核电开发流程 2 1 1 铀矿开采 铀矿开采类似于普通金属矿的开采，有露天开采、地下采掘以及浸出工艺( 地 浸和堆浸) 瞄捌，7 0 采用露天或地下采掘，其它基本采用浸出工艺。由于铀矿 具有放射性，品位较低，矿体分散，开采和碾磨过程中会产生大量的尾矿并带有 一定的放射性，地浸工艺的使用需要注意地质条件，以保护地下水源免遭污染。 澳大利亚、加拿大和哈萨克斯坦是世界铀矿生产的主导力量。 开采过程按照开拓、采准、回采三个步骤依次进行，为了便于运输和水冶， 将有工业品位的铀矿石经过碾磨以缩小体积形成u 她( 黄饼) 。水冶处理将矿石所 含的金属铀浸出并浓缩，随后从溶液中选择回收六氟化铀( u r ) ，以便进入铀浓 缩阶段。 2 1 2铀浓缩 铀浓缩哪! 将铀的两种同位素u 2 3 5 和u 2 3 8 进行分离，使得u 2 3 5 的浓度达到 反应堆的要求。商用核电站轻水堆燃料的要求浓度为4 左右，研究堆的浓度为 2 0 左右或更高。 目前成熟的铀浓缩工艺主要有气体扩散法和离心法。气体扩散法产能较大但 耗电量大；离心法耗能较少，但产能较气体扩散法小。铀浓缩产生的贫铀u f ( 约 有0 3 的u 2 3 5 ) 是整个开发流程中防止放射性污染的重要环节。 2 1 3 燃料组件制造 浓缩达到要求的u f 。经过转化成为二氧化铀( u 0 2 ) 粉末。粉末经过高温制成 燃料芯块装进燃料棒，若干燃料棒组成燃料组件吼“。由于核燃料的严格监管， 各国根据各自的具体情况进行核燃料生产的布局，国际燃料组件制造还未形成竞 争性的市场环境。 设计制造水平直接影响反应堆的燃耗深度以及与之相关的运行维护费用，因 此燃料组件的设计与制造对核电经济性影响是很大的。 2 1 4核电站建造与运营 核电站的建造与运营嘶明是核能实现效益的主要途径之一。由于安全性要求 的提高，建造和运营管理都要体现核电的特殊性要求，核电站的建设周期加长， 发电成本增大。 电站的建造从项目前期开始，核岛、常规岛和服务三大合同的签订、建造、 北京丁业人学管理学硕f 。学位论文 安装调试，以及最后的商业运行，整个过程都涉及各层面的监管和特殊问题的处 理。 2 1 5核设施退役与乏燃料后处理 核设施的退役涵别是指当核设施的使用寿命结束时为确保公众的健康安全、 保护环境，以适当的方式使该核实施退出服役所采取的行动。退役行动包括核设 施的关闭、去污、拆除、场地恢复和废物处置，使得剩余的放射性物质完全清除， 场址达到非限制性使用的可接受水平，完成退役是一个比较长的过程。 乏燃料后处理主要是对贫铀尾矿、铀浓缩尾料和电站卸出的燃料进行分离可 裂变材料，制造m o x 燃料元件以充分利用铀资源。乏燃料后处理是区别两种燃料 循环方式的主要标志。 2 2两种燃料循环方式 2 2 1 一次通过式燃料循环 图2 - 1 一次通过式燃料循环 f i g u r e2 - 1o n c e - t h r o u g hf u e lc y c l e 一次通过式( o n c e t h r o u g h ) 燃料循环过程包括铀矿开采、水冶、铀浓缩、 燃料组件的设计和制造、发电、中间存放、乏燃料封存和核废料填埋( 如图2 1 所示) 在目前乏燃料后处理还未实现经济的条件下，一次通过式循环是主要的 循环方式，其保持市场竞争力的前提是核燃料的供应相对充足、价格稳定，在可 预见的时间内后处理没有足够的经济吸引力，并且整个流程拥有切实可行的环境 第2 章研究范隔和指标选取原则 保护措施。 2 2 2闭式燃料循环 闭式( c l o s e d ) 燃料循环是俄罗斯、法国和日本采取的铀资源利用策略。与 一次通过式循环不同的地方就在于各环节产生的贫铀尾料和乏燃料不直接进行 填埋，而是进入后处理厂( 如图2 2 所示) ，放入增殖堆内生产可裂变材料，分 离其中的u 2 3 5 和p u 2 3 9 ，再制成m o x 燃料，以实现铀的循环利用，减少铀资源 消耗。 图2 - 2 团式燃料循环 f i g m e2 - 2c l o s e df u e lc y c l e 2 3 研究范围 本课题的研究涉及技术、经济、环境和政策等方面，囿于目前的工程经验和 相关领域的技术理论水平，本选题主要是根据核电开发流程的特殊性，对核电经 济性评价模型的建立进行框架性研究。从成本、安全性、防止核扩散能力和公众 接受性四个方面进行经济性影响因素分析，构建核电经济性评价模型的指标体系 呻3 l j 。 核电开发的流程涉及铀矿开采、铀浓缩、燃料组件制造、电厂的建造与运营、 核设施退役和乏燃料的后处理，因而核电经济性的评价应涉及整个流程，内化整 北京t 业人学管理学硕 。学位论文 个流程中外部性所产生的成本嘲。 铀矿开采、转换和浓缩以及燃料组件的制造都具有军工背景，是外部性成本 计量最为缺失的部分。核电成本需要分担核工业发展初期的基础研发、资源开发 和工业生产能力建设的费用以及核电流程前端产生的环境成本。 在核电厂的建设和运行维护阶段，核电作为无温室气体排放的能源产生正的 外部性，电厂运营对周围环境的影响以及公众对风险的规避都需要综合计入核电 的发电成本。特别是在政府倾向性的政策环境下，应合理评价核电发展占用的公 共资源。 核设施退役和废料处置是核电发展环境压力最大的部分，需要在技术、政治 和经济之间做出平衡。不仅涉及退役和处置本身发生的费用，还需要考虑人因事 故发生的概率和未来可持续发展的成本。 核电的经济性是一个相对概念，一国一地区的经济不能代表另一国一地区的 经济，因此本文的论述以国家为范围，外部引进的资源、技术和相关条件作为直 接输入。 2 4指标选取原则 核电的经济性是相对的，不同标准和参数的选择，就会有不同的结论。在一 定框架范围内，选取可定量、定性且具有可操作性的评价指标是十分重要的。为 了全面衡量核电开发流程的经济性，又避免各环节中过于细节的核算，本文核电 经济性评价模型的评价指标选择遵循以下原l j n l ： 1 指标具有可衡量性和逻辑上的独立性，避免双重计入。可衡量性使指标 具有层次上的可分解性，能够清楚区分各事件的结果并能进行合理评价； 2 指标选取对模型的建立具有可操作性。满足评价的必备条件，而不过于 注重流程各环节的运作细节，从而避免因指标个数和层次过多而导致的不必要的 复杂性； 3 避免模型构造者的主观影响，以指标自身的相关性为优先级进行参数分 类。在评价过程中，区别利益相关者的不同视角； 4 实用性，不仅满足评价模型的理论定义，而且要符合整个评价流程中数 据的可获得性和特定过程的具体要求。在可操作的基础上，通过增加指标的个数 和层次可提高评价的适应性和精确性； 5 对于是与非，可行与不可行等只能定性分析的指标以可分解阐述为前提 进行选择，参考相应评价中的关联指标。 2 5本章小结 1 核电的开发流程包括铀矿的开采、铀浓缩、燃料组件的制造、核电站建 造与运营以及核设施退役和乏燃料后处理。 第2 荦研究范丽和指标选取原则 2 囿于目前的工程经验和相关领域理论技术水平，本文的主要工作目标是 构建核电经济性评价模型的指标体系。 3 核电的经济性是一个相对概念，一国一地区的经济不能代表另一国一地 区的经济，本文以国家为论述范围。 4 评价指标应具有可衡量性、实用性和逻辑上的独立性，使得模型的建立 具有可操作性，避免模型构造者的主观影响。 1 3 第3 章一次通过式燃料循环的经济性评价 第3 章一次通过式燃料循环的经济性评价 3 1铀矿开采经济性分析 3 1 1安全性 铀矿开采对环境产生的影响影响在不知不觉中日积月累。4 0 0 吨丰度0 7 的铀矿石才能生产1 吨3 的铀，最终产品量远远小于原料，这部分贫铀尾矿的 环境影响对评价整个燃料循环的前端具有决定性作用 铀矿开采过程不仅产生大量贫铀尾矿( d e p l e t e dt a i l i n g ) ，还伴生铀的放射 性子体产物镭、氡，造成开采现场水和空气的污染( e n v i r o n m e n t c o n t a m i n a t i o n ) ，危害工作人员的健康( o c c u p a t i o n a lh e a l t h ) 嘲。 贫铀尾矿和水源放射性( r a d i a t i o n ) 的外部性影响评价是跨时间和空间的， 执行缺乏可操作性( m a n e u v e r a b i l i t y ) 。防止贫铀和水源放射性污染的安全措施 ( d e f e n dm e a s u r e ) 需要从三个层次来考虑：抵抗事故能力( c o u n t e r a c t c a p a c i t y ) 、防止损坏的能力( d a m a g ea v o i d a n c e ) 、事故后果的缓解能力( r e l i e v e o fa f t e r m a t h ) 。( 铀矿开采安全性分析参数见表3 - 1 ) 抵抗事故的能力铀矿开采技术( m i n i n gt e c h n o l o g y ) ( 露天、井下) 直接影 响尾矿的产生量，开采工艺( m i n i n gp r o c e d u r e ) 可以控制尾矿影响的空间范围 ( c o n t a m i n a t i o ns p a c e ) 。在天然本底的基础上，限制放射性剂量水平 ( r a d i o a c t i v i t yd o s el e v e l ) ，降低进入水系的可能性，以及防止事故的发生。 防止损坏的能力铀矿开采和水冶过程的环境损害具有不可逆性，即只有不 发生，一旦发生后果将是实实在在的，防止损坏的能力只有在预防事故发生上才 能体现。 事故后果的缓解由于一部分放射性核素的半衰期较长，放射性事故后果的 缓解将经历相当长的时间，相对于人类的生命时间来说，此类事故后果的缓解不 具有即期意义( i n s t a n te f f e c t ) 。 3 1 2 防止核扩散 铀矿开采过程中防止核扩散的压力主要来自贫铀尾矿和水冶过程中黄饼的 失窃( y e l l o wc a k es t o l e n ) 3 4 ) y 其中失窃的风险主要集中在运输过程中，存在制 造脏弹( l e a nu r a n i u mb o m b ) 的可能性。( 铀矿开采防止核扩散能力分析参数见表 3 2 ) 对于制造真正意义的核武器来说，铀矿的低丰度对以核武为目的的活动不具 有直接的吸引力，但由于贫铀的伤害性( h a r m n e s so fd e p l e t e du r a n i u m ) 旷日持 久，对地区生态和公众的生存构成直接威胁。 北京t 业人学管理学硕 ：学位论文 表3 - 1 铀矿开采安全性分析参数 t a b l e3 - 1p a r a m e t e r so fu r a n i , mo r em i n i n gs a f e t y 1 2 12 12 开采技术贫铀尾矿 工艺流程 放射性事故后果的 抵抗事故能力 防止损坏能力 即期意义 污染范围缓解能力 安全措施 放射性水平 由于铀浓缩分离功的稀缺，浓缩铀的获取存在一定的技术壁垒，贫铀就成为 次核武的主要目标。核社会需要控制非民用的高品位铀矿贸易( h i g hl e v e l u r a n i u mt r a d e ) ，然而铀矿贸易的限制又将增加核电开发的不确定性因素 ( u n c e r t a i n t y ) 。核扩散不仅仅是核武原料及技术( n u c l e a rw e a p o nm a t e r i a la n d t e c h n o l o g y ) 的扩散，还应从人类生存的根本( l i f ef u n d a m e n t a l i t y ) 出发采取更 广泛的定义。 表3 - 2 铀矿开采防止核扩散能力分析参数 t a b l e3 - 2p a r a m e t e r so fu r a n i u mo r em i n i n gn o n p r o l i f e r a t i o n 1 贫铀尾矿黄饼的失窃 2 贫铀的伤害性 脏弹 高品位铀矿贸易、人类生存的根本 3 1 3公众接受性 在整个燃料循环中，铀矿开采过程对公众的直接影响比较小，公众的直接反 应( p u b l i cd i r e c tr e a c t i o n ) 也比较弱，但代际间的影响( i n t e r g e n e r a t i o n i n f l u e n c e ) 是不容忽视的。 铀矿开采基本远离公众生活圈，铀矿的放射性影响范围( i n f l u e n c ea r e a ) 和深度( i n f l u e n c ed e p t h ) 也较富集铀要弱。由于冷战时期军事用途铀矿开采的 隐蔽性( s e c u r i t y ) ，公众对于该环节的关注度也比较小，但随着社会环保意识 ( e n v i r o n m e n t a lc o n s c i o u s n e s s ) 的增强，公众对目前铀矿开采和水冶工艺的开 放性( p r o c e d u r eo p e n n e s s ) 是不可接受的。 评价公众的接受性不仅要衡量开发技术的成熟度( t e c h n o l o g ym a t u r i t y ) ， 还应该评价铀资源开发的有效性( v a l i d i t y ) 和稳定性( s t a b i l i t y ) 、运输路径的 安全性( s a f e t yo ft r a n s p o r t a t i o nc h a n n e l ) 以及资源的可获得性( r e s o u r c e a v a i l a b i l i t y ) 。只有从这四个方面保证资源开发的持续性( d u r a t i v i t y ) ，才能 在一定限度下满足公众的接受性。公众的接受性也是有地域差别的( r e g i o n a l d i f f e r e n c e ) ，某一地域公众的允许并不代表其它地域公众的许可，而且某一地 域的允许可能是以牺牲其它地域的利益为代价的，整体不能达到均衡，因而衡量 公众接受性需要平衡多方利益。 第3 章一次通过式燃料循环的经济性评价 表3 - 3 铀矿开采公众接受性分析参数 t a b l e3 - 3p a r a m e t e r so fu r a n i u mo r em i n i n gp u b l i ca c c e p t a n c e 3 1 4成本 铀矿开采的直接成本包括人员工资( w a g e ) 、生产费用( o p e r a t i o nc o s t ) 、管