發(fā)布時間：2020-04-11 12:27

【摘要】：本文在參考我國核電中長期發(fā)展規(guī)劃的基礎(chǔ)上,結(jié)合我國反應(yīng)堆技術(shù)特征及參數(shù),繪制了詳細(xì)的一次通過循環(huán)方案(OTC)、單次U、Pu復(fù)用循環(huán)方案(TTC)和快堆-壓水堆混合閉式循環(huán)方案(FRC)的循環(huán)框圖;計算了相同發(fā)電量下每種循環(huán)方案的長期平衡物質(zhì)流;進(jìn)行了燃耗分析;并對燃料循環(huán)經(jīng)濟(jì)性(平準(zhǔn)化發(fā)電成本)及組分敏感性進(jìn)行了評估。最終集物質(zhì)流、經(jīng)濟(jì)性和燃耗三位于一體對三種核燃料循環(huán)方案進(jìn)行分析和對比,對我國未來核燃料循環(huán)方案的制定提供理論依據(jù);并對實際循環(huán)方案實施具有實際指導(dǎo)意義,為其實現(xiàn)可能性將給出有力論證。平衡物質(zhì)流計算結(jié)果表明,FRC方案在三種循環(huán)方案中所需的天然鈾量、產(chǎn)生貧鈾量及總?cè)剂闲枨罅烤钚?促進(jìn)了資源利用最優(yōu)化。燃耗分析進(jìn)一步說明FRC方案不僅所需U-238的量最小,而且對其消耗率最大,分別約為TTC和OTC方案的4.4和5.5倍;即FRC方案將可裂變核素U-238轉(zhuǎn)化為易裂變核素的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于另外兩種循環(huán)方案,較大程度上提高了鈾資源的利用率。盡管TTC方案對U-238的消耗率大于OTC方案,但是兩者差別不是很大(約1.2倍);故MOX燃料的應(yīng)用在一定程度上能提高鈾的利用率,短期內(nèi)有一定的優(yōu)勢,但很難成為核能可持續(xù)發(fā)展的理想手段。盡管FRC方案卸料時乏燃料的總放射性活度最大,但是因其衰變的速率最大,故最先衰變到標(biāo)準(zhǔn)放射性活度刻度線。三種方案Pu的生成速率和產(chǎn)量由大到小依次為FRC、TTC、OTC,說明FRC方案可實現(xiàn)燃料的增殖。核電因“核”必須保障其安全性,又因“電”必須考慮其經(jīng)濟(jì)性。因此,開展核燃料循環(huán)方案的經(jīng)濟(jì)性評價研究對我國核燃料循環(huán)政策的制定和核能可持續(xù)發(fā)展有重要意義。本文計算了三種循環(huán)方案在相同發(fā)電量和不同折現(xiàn)率下全壽期平準(zhǔn)化燃料發(fā)電成本,結(jié)果表明FRC方案的經(jīng)濟(jì)性在三種循環(huán)方案中最好,且穩(wěn)定性與TTC方案也相差不大。對循環(huán)總成本影響最大的循環(huán)組分為快堆燃料制造成本,說明該方案擺脫了因鈾資源市場價格波動造成的經(jīng)濟(jì)性不穩(wěn)定問題。
【圖文】：

1.1.2 我國鈾資源概況及未來需求量我國是一個鈾資源大國，據(jù) WNA（World Nuclear Association）報源儲量約為 2 百萬噸[4]，在我國北部和西北的砂巖以及東南地區(qū)的深部現(xiàn)了新的天然鈾礦。2011-2012 年，，我國又發(fā)現(xiàn)了約 44 000 噸常規(guī)鈾，連浩特、鄂爾多斯、松遼和本溪盆地約為 28 000 噸；位于華南的相山南部和達(dá)州約為16 000噸。2014年OECD紅皮書指出：中國的鈾資源儲噸，其中 46%位于內(nèi)蒙古和新疆，36%位于江西和廣東[5]。我國核電站自國內(nèi)自己生產(chǎn)、國際市場購買和中外合營三個方面：（1）國內(nèi)鈾資源年，約 35%的鈾資源存儲在華北和西北的砂巖礦床中，華中和東南的花為 28%，東南地區(qū)的火山巖、黑色頁巖中存儲量分別為 21%和 10%。明的鈾礦大部分都位于地下至少 500 m 處。（2）國際鈾資源。我國鈾主哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦、加拿大、納米比亞、尼日爾和澳大利亞。共和國總署公布，自 2012、2013 年以來，我國從上述國家進(jìn)口鈾總量分噸和 18 968 噸，總費用約為 23.7 億美元。

圖1.3 所示為主要核燃料循環(huán)方案的簡略圖。目前世界上大多數(shù)反應(yīng)堆采用的核燃料循環(huán)方案是“一次通過循環(huán)”，該循環(huán)中核燃料只循環(huán)一次，之后便從反應(yīng)堆中卸出，最終被地質(zhì)深埋。所以，“一次通過循環(huán)”事實上并沒有對燃料進(jìn)行真正意義上的循環(huán)。以反應(yīng)堆為界，整個核燃料循環(huán)被分為前端（Front end）、輻照階段（Irradiationstage）、后端（Back end）。核燃料循環(huán)前端包括鈾礦開采、礦石加工、鈾的提取、轉(zhuǎn)換、濃縮、燃料制造等[9]；后端包括乏燃料臨時存儲、冷卻、封裝、運輸、地質(zhì)處置和回收等。鈾礦尾礦鈾轉(zhuǎn)化反應(yīng)堆存儲回收封裝地質(zhì)處置0.7%U-235U3O8貧鈾3-5% U-235 乏燃料钚核廢物回收鈾燃料制造MOX鈾濃縮圖 1.3 核燃料循環(huán)方案簡略圖Fig. 1.3 The schematic diagram of nuclear fuel cycle目前比較成熟的核燃料循環(huán)方案大體分為兩類：開式循環(huán)方案也叫一次通過循環(huán)方案（One-through fuel cycle，OTC）；閉式循環(huán)方案（The closed fuel cycle，CFC）也叫再循環(huán)方案。這兩類循環(huán)方案的本質(zhì)區(qū)別在于后者對乏燃料進(jìn)行了回收循環(huán)利用，這不僅提高了鈾資源的利用率同時也大大的降低了放射性廢物的生成量及其毒性。一次通過循環(huán)方案是指乏燃料經(jīng)過冷卻、臨時存儲之后直
【學(xué)位授予單位】：東華理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TL249

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5 中國原子能科學(xué)研究院 顧忠茂;加快推進(jìn)我國核燃料循環(huán)體系建設(shè)[N];中國能源報;2011年

6 整理 朱學(xué)蕊;快堆與核燃料循環(huán)、核電出口應(yīng)納入國家戰(zhàn)略視野[N];中國能源報;2012年

7 吳繼宗;核燃料循環(huán)后段研究有突破[N];科技日報;2006年

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