低溫核供熱堆項目經濟競爭力研究

余瑞霞

摘要：本文以低溫核供熱堆的各技術方案為基礎條件，論述了其產品及應用領域在經濟競爭力方面的優劣勢。分析了設計方案產生的投資差異以及產品變化所帶來的經濟效益，重點分析了汽水聯供耦合系統工藝的經濟優勢，為低溫核供熱堆技術方案優化和產業化推廣提供技術支持。

關鍵詞：核供熱堆;汽水聯供耦合;經濟性

低溫核供熱堆（以下簡稱核供熱堆）是我國具有自主知識產權的先進反應堆技術，從5MW試驗堆成功建成運行到各項工程驗證試驗，迄今已經經過了三十多年的研發和優化，并且曾獲得了國家核安全局頒發的建造許可證。從技術和安全角度來說，核供熱堆是安全可靠、技術成熟的清潔能源技術，具有競爭力。核供熱堆項目在經濟上是否具有競爭力，成為制約其產業化進程的關鍵因素之一。為了擴大應用領域以及提高經濟性，清華大學核能與新能源技術研究院和中核能源科技有限公司開發了新的產品系列，本文主要從項目經濟性角度出發，分析技術方案及產品調整所獲得的經濟效果。

1 I型核供熱堆技術經濟現狀分析

上世紀80年代最早開始研發核供熱堆的初衷，是為了解決我國北方城市冬季采暖問題，因此核供熱堆的設計出口溫度較低，這種堆型稱為I型核供熱堆。由熱參數決定，核供熱堆的應用領域主要是城市區域供熱以及熱法海水淡化。

經過多個項目的市場推廣投資估算及經濟分析，可以判定I型核供熱堆用于供熱及核能海水淡化，同常規能源供熱及海水淡化產水成本基本持平，具有一定的經濟競爭力。但其產品及應用領域也有一些經濟障礙，主要有以下幾點：

（1）核能供熱年負荷因子較低，固定成本分攤偏高。

核供熱反應堆在采暖季運行，非采暖季停堆，年負荷因子在我國北方供暖的一般城市難以超過50%。反應堆運行成本中的折舊、攤銷、借款利息償還、大修理費以及人工費等固定成本，不會因停堆而減少。而固定成本在核供熱成本中的比例較大，達到60%以上，這些費用都要由用戶分攤。

（2）與熱法海水淡化工藝耦合，產水成本偏高。

I型核供熱堆要與熱法海水淡化工藝耦合，而熱法海水淡化裝置投資較大，相應淡水成本較高。雖然熱法核能海水淡化成本與燃煤熱源廠生產的同類淡化水成本相比，處于同等價格水平，但是與市場能夠接受的價格比較，仍然需要進一步降低成本。

另外一種海水淡化技術——反滲透法海水淡化的產水成本要低于熱法產水成本，經濟性更好。反滲透海水淡化系統與外部動力耦合的主要設備是高壓泵，能量消耗主要是機械能或電能。Ⅰ型核供熱堆受設計參數限制，不適宜同反滲透法海水淡化裝置耦合。

（3）產品熱和水都屬于公用事業產品，不能采用競爭性投資項目的財務評價體系。

目前我國采暖和自來水還沒有完全實行市場化，供暖價格和水價是政府定價，現行市場價格都是國家補貼的結果，需要國家給予資金方面的支持。核能供熱、核能海水淡化如果要保證一定的財務收益率，也需要國家給予資金方面的支持。

由上面的分析得出，低溫核供熱的產業化推廣需要開拓新的應用領域，進一步開發全年需求相對穩定的產品。

2 Ⅱ型核供熱堆技術方案

2.1 Ⅱ型核供熱堆技術特性和應用領域的調整

根據市場需求分析及經濟性研究比較，在I型核供熱堆的基礎上，開發了II型核供熱堆，提高了反應堆溫度、壓力等主要技術參數[1]。Ⅱ型堆保持了Ⅰ型堆的技術和安全特性，技術是成熟的。I型和II型核供熱堆的主要技術特性和應用領域如圖1所示，II型核供熱堆的應用領域擴展到了工業蒸汽、反滲透法海水淡化等，使產品從民用領域擴展到工業領域。

2.2 Ⅱ型核供熱堆汽水聯供耦合工藝系統技術方案

在常規反滲透法海水淡化技術中，高壓泵由電力驅動，其電耗約占系統運行費用的35%，是影響產水成本的主要因素之一。而II型核供熱堆技術用于海水淡化，可以采用核能耦合、汽水聯產、蒸汽透平、熱膜結合海水淡化工藝，耦合系統工藝方法示意圖見圖2[2]。反應堆中產生的熱量通過中間回路輸送至蒸汽發生器，蒸汽發生器產生的蒸汽一部分供給工業蒸汽用戶，一部分進入汽輪機直接驅動反滲透高壓泵進行反滲透海水淡化;汽輪機排汽作為蒸餾法海水淡化系統的加熱蒸汽，進行蒸餾法海水淡化;蒸餾法海水淡化系統的排熱段冷卻海水送至反滲透高壓泵，加壓后送至反滲透海水淡化系統進行海水淡化。

3 各堆型及產品方案的經濟性比較

3.1 核島主要設備投資比較

由于Ⅱ型核供熱堆參數較Ⅰ型核供熱堆參數提高，因此主要設備重量或者選用的主材單價也相對Ⅰ型堆提高。Ⅱ型堆同Ⅰ型堆的首爐燃料費用也不相同，相應的燃料費用、組件加工費用也會增加。除這些主要設備以外，其他設備以及中間回路、管道、閥門等部件也會因為壁厚增加，或者對材料性能要求提高，相應增加投資。

3.2 各產品方案財務評價

核供熱堆項目的經濟性，一方面取決于總投資及總成本，另一方面也取決于產品的銷售收入，取決于這幾方面綜合作用所帶來的效益。Ⅰ型和Ⅱ型核供熱堆由于應用領域較廣，因此產品組合方案也較多。幾種技術方案的經濟效益指標對比見表1。其中Ⅱ型核供熱堆汽水聯產方案采用圖2中的耦合技術方案。

由此可見，通過技術方案以及產品組合方案的優化，采用Ⅱ型核供熱堆進行汽水聯供，產水成本降低，同時由于工業蒸汽的銷售按市場化運作售價較高，因此新方案的利潤空間較大，經濟效益較優。

4 Ⅱ型核供熱堆技術經濟優勢分析

通過對技術方案和經濟性數據進行分析，可以得出Ⅱ型核供熱堆技術的經濟優勢：

（1）產品種類增加，并可以根據項目具體需求靈活組合，反應堆負荷因子提高，成本分攤降低。采用II型核供熱堆與海水淡化裝置耦合，在生產淡水的同時，還能提供一定量的工業蒸汽。而淡水和蒸汽需求都是全年性質的，這樣反應堆的年負荷因子就可以大大提高，超過75%，單位產品的固定成本分攤費用將相應降低。

（2）產品工業蒸汽價格與市場接軌，提高了項目的整體經濟性。II型堆相比Ⅰ型堆，在應用領域的很重要的變化是可以用于工業蒸汽供應。而工業蒸汽的用戶是企業，不同于熱、水的用戶等居民群體，產品售價較高，因此利潤空間較大，項目經濟性指標相對較高。

（3）采用汽輪機驅動反滲透高壓泵可以節省投資，降低能耗成本。采用圖2中的耦合技術方案，用汽輪機直接驅動反滲透高壓泵，可減少發電-變電-配電-電機-水泵之間的能量轉換損耗，節省投資，提高效率。相對于常規反滲透海水淡化工藝，核供熱堆耦合反滲透海水淡化方案的高壓泵電能消耗為0，本應有的高壓泵電能消耗成本由核供熱堆成本分攤費用替代。

（4）核供熱堆汽水聯供耦合工藝可以實現能源的梯級利用，達到較高的能源利用率。反滲透海水淡化系統的產水量，受原料海水溫度影響比較大，海水溫度下降其產水量會降低[3]。而采用熱法、反滲透法耦合技術方案，蒸餾法海水淡化系統的排熱段冷卻海水作為反滲透海水淡化系統的原料海水，實現了余熱再利用，在冬季增加了淡水產量。

5 結論

從以上的經濟分析結果看出，Ⅱ型核供熱堆由于技術參數和應用領域的優化，克服了Ⅰ型堆的經濟障礙，更具有經濟競爭力。Ⅱ型核供熱堆汽水聯供耦合系統技術方案在技術和經濟上都是可行的，能源梯級利用提高了核供熱堆的能源利用率，降低了能耗成本，提高了海水淡化產量，經濟效益良好。如果考慮核供熱堆的環境效益和社會效益，則其競爭力將更加顯著。在核供熱堆今后的市場化推廣工作中，要以綜合利用方案為推廣重點，以提高項目的經濟性。投資領域可以先工業，后民用，將經濟風險降到最低。

參考文獻

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