基于工程投资的APl000及M310+核电技术经济分析
        Economic Analvsis on Project lnvestment for APl000 and M310+ Nuciear Power  TeChnology
                                          刘  宏1，陈志刚2，汤  博3，周  灿4
(1．中电投湖南核电有限公司，湖南长沙  410004；2．中国电力投资集团公司，北京  100032；3．国家环境保护总局核与辐射安全中心，北京  100088)
    摘  要：核电经济性是参与电力市场竞争和持续发展的基础。为更为本质反映核电在运营周期的经济性，以某内陆厂址采取APl000和M310+技术为参考，基于工程造价对发电成本和上网电价进行分析比较，结果表明APl000双堆机组主要经济指标优于M310+技术；在考虑核燃料后处理及退役等外部成本情况下，核电与常规燃煤火电相比仍具有较强的市场竞争力。    关键词：核电发展；能源政策；经济分析；  自主化
    Abstract：Economics is the basis for nuclear powert to enter into electric power market competitionand develop sustainably．To reflect the distinctive economic characteristics Of nuclear technology duringoverall operation life-cycle，an island nuclear power site was taken as reference On project investment forcomprehensive analysis between APl000 and M310+ in this paper．According to detailed calculations andanalysis．the generation cost and wholesale electricity price Of dual-unit APl000 are superior to that ofM310+ nuclear technology,and both nuclear power technologies had market competitiveness while compared with coal-fired power，even taking consideration of such external costs of spent fuel reprocessing and decommissioning.
    Keywords：Nuclear power development；State energy policy；Economic analysis；Self-development
         核能在全球能源供应和社会经济发展活动中的作用日益突出，一方面为所在国提供价格稳定的安全能源，同时为全球提供近零温室气体排出物的清洁能源。截止2006年底全世界核电装机容量达到363GW，其发电量占全世界发电总量已经连续17年稳定在16％左右。国际原子能机构(1AEA)预测：2030年前世界电力将要求4700GW的新增发电能力，其中核能将提供约150GW [1]。世界核能协会(WNA)以2005年全球核能装机为基础进行分析，预测2030年基本方案和高估方案下核电需求分别将达到524GW和740GW [2]。这些预测表明，2030年前全球将新增200到400个新的核电机组。
        核电在我国尚处于发展初期，目前我国核电总装机容量仅911万kW，不足全国装机总容量的2％。我国政府已制定“积极发展核电”的国家能源政策，到2020年核电装机容量将达到4000万kW。目前，我国已经基本掌握二代加改进型核电技术，并决定引进具有国际先进水平的三代核电APl000技术，建设浙江三门和山东海阳2个核电自主化依托项目，逐步推进先进压水堆核电的自主化和国产化。对于核电发展而言，是否具有足够的市场竞争力是其得以生存和发展的基础。核电投资业主首先将考虑项目建造成本和投资收益，本文对APl000和M310+核电技术进行经济分析比较。
1  APl000和M310十核电技术概况
1．1  APl000技术设计特点
       APl000为美国西屋公司开发的先进的非能动压水堆(Advanced Passive PWR)，是在AP600非能动技术的基础上开发的1 000MWe级压水堆。APl000设计目的是为了实现高安全性和良好的运行性能记录，安全系统设计采用加压气体、重力、自然循环以及对流等自然驱动力，在不需要大规模的安全支持系统的条件下保持正常运行功能。非能动系统的使用也使核电厂的设计比起传统的压水堆核电厂有显著的简化，不仅减少了安全级设备部件的采购量，还降低了相应的安装成本丌缩短了施工工期。
      APl000基于成熟的压水堆核电厂技术，电厂设计利用的足压水堆运行实践中积累下来的成熟技术，已完成的测试项目能够证明这些创新性的电厂特性将按设计和分析预计的那样执行功能。APl000设计重点研究的另一个方面足电厂的呵操作性和可维护性，安全控制系统所要求的操纵员动作的数量和复杂度都达到了最小，方法是尽量取消操纵员的动作而不是将其自动化。APl000电厂设计寿命为60年不更换反应堆压力壳，考虑强制和计划停堆后电厂可用率高达93％，机组可以保证100％甩负荷而不用停堆[3，4，5]。
       核电安全的最终日标是建立并保持对辐射危害的有效防御，保护厂区成员、公众和环境。APl000设计符合美国核管会的确定论安全准则和概率风险准则，设计控制文件(DCD)和概率风险分析(PRA)报告的结果表明：该设计的堆芯破损和大量放射性泄漏的频率很小，达到了先进反应堆URD设计的预定目标，并具有很大的安全裕度；由于安全壳隔离和冷却的改进，设计融入了减少照射时间、距离、采用屏蔽以及减少辐射源等基本准则，使工作人员受照剂量合理可行尽量低(ALARA)[3，4l。
1．2  M310+技术概况
       在我国20多年核电发展基础上，通过大亚湾核电厂和岭澳一期等工程的实践，结合已建项目技术开发、装备制造和项目建设经验，我国正在形成自主设计、制造和开发百万千瓦级核电厂的能力。M310+技术是以岭澳一期工程为参考，用轻水作慢化剂和冷却剂的三环路压水堆型双机组布置核电厂。M310+技术在现有成熟技术基础上通过引进、消化、吸收和创新，并适当考虑先进压水堆要求的核电产业自主化方案，以此全面掌握改进型第二代压水堆核电厂的工程设计和设备制造技术。其主要工艺系统和重要工艺设备除了改进部分外，与参考核电厂岭澳一期工程技术参数基本相同。
       M310+技术在现有成熟技术上已确定多项重要技术改进，其中包括在初始堆芯中即采用全M5AFA-3G燃料组件，以满足最大燃耗要求和增大热工裕量，并提高核电厂运行经济性；反应堆压力容器简体采用环状铸锭锻件制造，取消活性区环焊缝，提高其综合机械力学性能，缩短制造工期，减少役前和在役检查工作量；增大应急给水箱容积(约l 000m3提高安全性等。另外，根据核电机组单机功率不断增大的发展趋势，汽轮发电机组拟定采用半速汽轮发电机组，以提高建设及运营期的综合效率和经济性能[6，。
1．3  APl000及M310+主要技术参数
        第三代核电技术设计的原则是以第二代积累的技术储备和运行经验为基础，针对其不足之处开发采用经验证叮行的新技术，采用非能动安全系统、数宁化控制系统和模块化建设等技术，以显著改善其安全性和经济性来满足URD、EUR文件和NUSS建议法规的要求。具体安全性和经济性指标主要包括：堆芯熔化事故概率低于1．0X10”堆．年，大量放射性释放事故概率低于1．0X10-6堆．年，核燃料热工安全余量不低于15％；机组可利用率不低于87％，设计寿命为60年，建设周期不大于54个月。APl000为第三代核电技术的典型代表，安全性和经济性满足URD文件要求，基本技术参数及其与M310+比较见表1[4,5,6]。
    表1  APl000及M310+核电机组基本技术参数
序号    参数名称    单位    APl000    M310十
  1  机组类型    二环路PWR 三环路PWR
  1  设计寿命       年    60    40
  3  换料周期       月    18—24    12～18
  4  反应堆热功率    MW    3415    2905
  5  机组额定功率    MW    ≥1 117    = 1 000
  6  机组可利用率    ％    ≥93    ≥82
  7  极限地震SI，2    g    0．3    0，15
  8  热工设引流量    m3/h    34050x 2    22 840x 3
  9  运行压力    MPa(abs)    15．5    15．5
  10  设计温度    ℃    343．3    343
  2  核电项目工程投资分析
  2．1  我国已建核电工程投资概况
         核电厂造价一般分为基础价、固定价和建成价。基础价足以计价当期的设备材料价格、人工机械价格和财政税收政策等有关规定为基础，以基准时间估算确定的核电厂投资总造价；固定价是在基础价的基础上考虑逐年物价浮动的建设造价总投资，亦即工程建设所需筹措的资金总额，承包商的设备供货、建筑工程、安装工程、设计和工程服务的结算也以固定价为准；建成价是固定价与建设期利息之和，直接影响发电成本、电价水平及电厂的经济效益。核电厂建设工期一般为5～8年，由于核电厂融资成本高和工期长的特点，考虑价差和利息等影响必然造成资金的高风险。
         目前国内运营和在建的核电厂主要有大亚湾、岭澳一期、泰山—期、二期、三期和田湾等项目。大亚湾核电站(2X984MW)是我国第一座国外引进的商用核电厂，由于当时我国没有建设大型核电厂的经验，全部电站设计、建设、设备、管理等工作主要由国外公司进行，工程投资造价很高。岭澳核电厂一期(2X990MW)是大亚湾核电厂的翻版加改进，项目管理模式以我为主，建设、调试、生产、部分设计和设备制造实现了自主化，国产化比例接近30％，缩短了建设工期，降低了投资造价。秦山二期工程(2X642MW)为国内具有自主知识产权的核电项目，建设模式是“以我为主、中外合作，部分引进国外技术”，实际建成价单位投资相比大亚湾和岭澳一期有大幅降低[7]。我国已建和在建核电厂设计造价等基本情况如表2所示。
    表2  我国已建和在建核电厂基本概况
项目名称 规模／MW  并网年份，
  大亚湾    2X984    1993／1994    495    44．0    1 738    1 946    2236
  岭澳一期    2X990    2002／2002    432    36。4    1419    1 591    1 836
  泰山一期    lX300    1991    420    2．1    NA.*** NA.***    685
  秦山二期    2X642    2002／2004    414    17．8    1 020    1 149    1 386
  泰山三期    2X728    2002／2003    470    28．0    1 279    1 435    1 923
    田湾    2x1 060    2006／2007    455    32．0    1 194    1 335    1 509
  合计(均值)    9108    (448)    (160．3)    (1 760)
    注：  *2002年及以后批复上网电价；**1美元=8．27元人民币；***NA．此数据空缺(下同)。
2．2  M310+技术工程投资估算及构成
    从国家能源安全和核电技术创新的需要考虑，我国核电发展必须走自主化、国产化的发展道路，这也是降低核电厂工程造价和提高市场竞争力的必然选择。通过三大核电基地大亚湾、秦山、田湾等核电项目的建设，我国目前还不完全具备对百万千瓦级压水堆的国产化能力，通过提高自主化设计和制造的程度将大大降低工程投资。根据大亚湾竣工决算分析表明：项目设备购置费约17亿美元，按70％国产化率预计为10．91亿美元，仅为进口设备购置费的64％。同时，设计和建造自主化也将降低工程造价约50％和30％[7J。    某核电项目的厂址条件，采取二代加改进M310+技术方案，根据项目建设进度计划进行投资估算[6]。1 000MW级核电厂工程固定价单位投资11 329元／kW，折合1 481美元／kW，各项投资构成比例见表3。在固定价投资构成中，核岛、常规岛、BOP三部分单位投资为948美元／kW。建筑、设备、安装投资构成比例分别为18．7％，62．1％，19．3％；其中设备采购费用单位投资为589美元／kW，约占固定价总投资的40％。工程建成价单位投资12 771元／kW，折合1 670美元／kW，其中建设期财务费用约为固定价的13％。    表3 l 000MW级核电厂(M310+技术)投资估算及构成  
 序号    工程或费用名称
    1    前期准备工程    189    25    1．7    0    100
    2    核岛部分    4142    541    36．6    24．9    75．1
    3    常规岛部分    1 880    246    16．6    12．5    87．5
    4    BOP部分    1 232    161    10．9    6．2    93．8
    5    首炉核燃料费(2／3)    552    72    4．9    0    100
    6    工程其他费用    2 369    310    20．9    2．3    97．7
    7    基本预备费    774    101    6．8    7．2    92．8
    8    价差预备费    191    25    1．7    100    0
    9    31程固定价    11 329    1481    100    14．5    85．5
  注：，1美元=7．65元人民币
2．3  APl000技术工程投资估算及趋势
         根据国外有关机构对第三代先进反应堆的投资估算，工程固定价单位投资范围为1 500～2000美元／kW，选取APl000首台机组固定价单位投资1800美元／kW，加上建设期财务费用后建成价约2034美元／kW[2,8,9]。根据我国对法国核电技术建设引进和消化的实际情况，从第一个双堆机组起，国产化率按照30％，50％，70％提升以至达到基本国产化来估算[6,71，投资下降趋势为82％，75％，70％，59％。根据西屋从1986年在韩国建设的5个压水堆经验，第2至第5号机组单位投资下降趋势为86％，78％，77％，69％[5)。
    根据以上中、韩两国核电技术国产化情况，采用国际原子能机构推荐的能源技术学习效应计算公式[10]，求得中、韩两国学习弹性指数分别为0．2157和0．1944，中、韩两国学习弹性指数平均值为0．2015。根据。二0．2015估算APl000投资—卜降趋势及预测见图1和图2，第2至第5个双堆机组固定价分别为1 504，1 331，1218和1144美元／kW。根据目前汇率和利率估算，APl000前4台机组平均建成价约1 902美元／kW，第10台核电机组建成价约1 279美元／kW，将控制在人民币1万元／kW以内。

3  核电技术经济评价分析
        根据国家部门颁布的建设项目经济评价方法与参数、核电厂建设项目经济评价实施细则等有关政策、法规和规定，结合目前国内商用核电厂建设工程经济评价方法和参数取值，对1 000MW级双堆核电厂进行发电成本和上网电价等财务测算和分析。财务评价计算期为30年，贷款利率和外币汇率根据当期实际水平取值；固定资产按建成价扣除无形资产20年直线折旧法计列，无形资产及递延资产按10年期限平均摊销；增值税、所得税按照综合取值14．5％和25％，资本金投资回报率按9％测算。内陆某核电项目采用APl000时运行前20年发电成本和计算期平均发电成本构成比较见表4，采用APl000和M310+的经济性分析比较见表5。

        表4  APl000核电发电成本构成比较(％)根据以上财务评价分析结果，M310+核电厂平均发电成本为217．8元／MW•h，平均上网电价为353．4元／MW•h，含增值税平均上网电价为404．5元／MW•h。APl000计算期前20年发电成本与M310+基本持平，平均发电成本和上网电价比M310+约低2．2％，还贷和折旧结束后发电成本比M310+约低9．5％。财务评价分析计算结果表明：与目前国内正在运行和在建的商用核电厂相比，APl000和M3l0+核电厂发电成本和上网电价都足相对较低的，与华中地区某省份火电标杆上网电价402．5元／MW．h(含脱硫设备)基本持平，项目建成后将具有较好的财务盈利能力和上网竞争能力[6]。特别是APl000核电技术设计寿命为60年，国产化后建设工期和单位投资将人幅下降，将大大提高项日的财务盈利能力和上网竞争能力。   
根据运行前20年及计算期发电成本及构成比例分析，APl000在计算期20年和30年平均发电成本分别为33．5美元／MW．1l和27．8美元／MW．h，略低于西屋公司测算的30—35美元／MW．h的发电成本[4，5]。发电成本主要由燃料费、折旧及摊销、运行维护费、财务费用、退役基金及核后处理费等构成，其中与投资直接相关的折旧及摊销、财务费用占发电成本47％，在核电／‘投产前20年占发电成本比例高达58％，山此可见核电项目投资对运营成本影响非常大。另外，燃料相关费用为发电成本的重要组成部分，前20年核燃料费及后处理费也分别占发电成本14％和10％，由—J；核燃料涨价等闲素高于西屋公司2004年测算水平[4，5]。综合考虑火电的大气污染、温室效应、酸雨及重金属排放等外部成本，核电厂将进一步提高对火电的发电成本优势。
4  结束语
        核电作为安全清洁能源，与燃煤火电等常规电力具有较强的经济竞争力，从长远来看自主化和国产化足进一步提高经济性的关键。因此，当前应采取“白主、开放、联合、竞争”的自主化模式，促进“革新型”和“改进型”核电技术共同发展。加快推进APl000技术的“引进、消化、吸收、再创新”，同时在不违背统—技术路线原则下，开工建设—批“二代+”核电厂满足电力需求，走出我国安全、经济、先进的核电自主化持续发展道路。
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