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                                           基于工程投資的APl000及M310+核電技術(shù)經(jīng)濟分析
        Economic Analvsis on Project lnvestment for APl000 and M310+ Nuciear Power  TeChnology
                                          劉  宏1，陳志剛2，湯  博3，周  燦4
(1．中電投湖南核電有限公司，湖南長沙  410004；2．中國電力投資集團公司，北京  100032；3．國家環(huán)境保護總局核與輻射安全中心，北京  100088)
    摘  要：核電經(jīng)濟性是參與電力市場競爭和持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。為更為本質(zhì)反映核電在運營周期的經(jīng)濟性，以某內(nèi)陸廠址采取APl000和M310+技術(shù)為參考，基于工程造價對發(fā)電成本和上網(wǎng)電價進行分析比較，結(jié)果表明APl000雙堆機組主要經(jīng)濟指標優(yōu)于M310+技術(shù)；在考慮核燃料后處理及退役等外部成本情況下，核電與常規(guī)燃煤火電相比仍具有較強的市場競爭力。    關(guān)鍵詞：核電發(fā)展；能源政策；經(jīng)濟分析；  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
         核能在全球能源供應(yīng)和社會經(jīng)濟發(fā)展活動中的作用日益突出，一方面為所在國提供價格穩(wěn)定的安全能源，同時為全球提供近零溫室氣體排出物的清潔能源。截止2006年底全世界核電裝機容量達到363GW，其發(fā)電量占全世界發(fā)電總量已經(jīng)連續(xù)17年穩(wěn)定在16％左右。國際原子能機構(gòu)(1AEA)預(yù)測：2030年前世界電力將要求4700GW的新增發(fā)電能力，其中核能將提供約150GW [1]。世界核能協(xié)會(WNA)以2005年全球核能裝機為基礎(chǔ)進行分析，預(yù)測2030年基本方案和高估方案下核電需求分別將達到524GW和740GW [2]。這些預(yù)測表明，2030年前全球?qū)⑿略?00到400個新的核電機組。
        核電在我國尚處于發(fā)展初期，目前我國核電總裝機容量僅911萬kW，不足全國裝機總?cè)萘康?％。我國政府已制定“積極發(fā)展核電”的國家能源政策，到2020年核電裝機容量將達到4000萬kW。目前，我國已經(jīng)基本掌握二代加改進型核電技術(shù)，并決定引進具有國際先進水平的三代核電APl000技術(shù)，建設(shè)浙江三門和山東海陽2個核電自主化依托項目，逐步推進先進壓水堆核電的自主化和國產(chǎn)化。對于核電發(fā)展而言，是否具有足夠的市場競爭力是其得以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。核電投資業(yè)主首先將考慮項目建造成本和投資收益，本文對APl000和M310+核電技術(shù)進行經(jīng)濟分析比較。
1  APl000和M310十核電技術(shù)概況
1．1  APl000技術(shù)設(shè)計特點
       APl000為美國西屋公司開發(fā)的先進的非能動壓水堆(Advanced Passive PWR)，是在AP600非能動技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)的1 000MWe級壓水堆。APl000設(shè)計目的是為了實現(xiàn)高安全性和良好的運行性能記錄，安全系統(tǒng)設(shè)計采用加壓氣體、重力、自然循環(huán)以及對流等自然驅(qū)動力，在不需要大規(guī)模的安全支持系統(tǒng)的條件下保持正常運行功能。非能動系統(tǒng)的使用也使核電廠的設(shè)計比起傳統(tǒng)的壓水堆核電廠有顯著的簡化，不僅減少了安全級設(shè)備部件的采購量，還降低了相應(yīng)的安裝成本丌縮短了施工工期。
      APl000基于成熟的壓水堆核電廠技術(shù)，電廠設(shè)計利用的足壓水堆運行實踐中積累下來的成熟技術(shù)，已完成的測試項目能夠證明這些創(chuàng)新性的電廠特性將按設(shè)計和分析預(yù)計的那樣執(zhí)行功能。APl000設(shè)計重點研究的另一個方面足電廠的呵操作性和可維護性，安全控制系統(tǒng)所要求的操縱員動作的數(shù)量和復(fù)雜度都達到了最小，方法是盡量取消操縱員的動作而不是將其自動化。APl000電廠設(shè)計壽命為60年不更換反應(yīng)堆壓力殼，考慮強制和計劃停堆后電廠可用率高達93％，機組可以保證100％甩負荷而不用停堆[3，4，5]。
       核電安全的最終日標是建立并保持對輻射危害的有效防御，保護廠區(qū)成員、公眾和環(huán)境。APl000設(shè)計符合美國核管會的確定論安全準則和概率風(fēng)險準則，設(shè)計控制文件(DCD)和概率風(fēng)險分析(PRA)報告的結(jié)果表明：該設(shè)計的堆芯破損和大量放射性泄漏的頻率很小，達到了先進反應(yīng)堆URD設(shè)計的預(yù)定目標，并具有很大的安全裕度；由于安全殼隔離和冷卻的改進，設(shè)計融入了減少照射時間、距離、采用屏蔽以及減少輻射源等基本準則，使工作人員受照劑量合理可行盡量低(ALARA)[3，4l。
1．2  M310+技術(shù)概況
       在我國20多年核電發(fā)展基礎(chǔ)上，通過大亞灣核電廠和嶺澳一期等工程的實踐，結(jié)合已建項目技術(shù)開發(fā)、裝備制造和項目建設(shè)經(jīng)驗，我國正在形成自主設(shè)計、制造和開發(fā)百萬千瓦級核電廠的能力。M310+技術(shù)是以嶺澳一期工程為參考，用輕水作慢化劑和冷卻劑的三環(huán)路壓水堆型雙機組布置核電廠。M310+技術(shù)在現(xiàn)有成熟技術(shù)基礎(chǔ)上通過引進、消化、吸收和創(chuàng)新，并適當(dāng)考慮先進壓水堆要求的核電產(chǎn)業(yè)自主化方案，以此全面掌握改進型第二代壓水堆核電廠的工程設(shè)計和設(shè)備制造技術(shù)。其主要工藝系統(tǒng)和重要工藝設(shè)備除了改進部分外，與參考核電廠嶺澳一期工程技術(shù)參數(shù)基本相同。
       M310+技術(shù)在現(xiàn)有成熟技術(shù)上已確定多項重要技術(shù)改進，其中包括在初始堆芯中即采用全M5AFA-3G燃料組件，以滿足最大燃耗要求和增大熱工裕量，并提高核電廠運行經(jīng)濟性；反應(yīng)堆壓力容器簡體采用環(huán)狀鑄錠鍛件制造，取消活性區(qū)環(huán)焊縫，提高其綜合機械力學(xué)性能，縮短制造工期，減少役前和在役檢查工作量；增大應(yīng)急給水箱容積(約l 000m3提高安全性等。另外，根據(jù)核電機組單機功率不斷增大的發(fā)展趨勢，汽輪發(fā)電機組擬定采用半速汽輪發(fā)電機組，以提高建設(shè)及運營期的綜合效率和經(jīng)濟性能[6，。
1．3  APl000及M310+主要技術(shù)參數(shù)
        第三代核電技術(shù)設(shè)計的原則是以第二代積累的技術(shù)儲備和運行經(jīng)驗為基礎(chǔ)，針對其不足之處開發(fā)采用經(jīng)驗證叮行的新技術(shù)，采用非能動安全系統(tǒng)、數(shù)寧化控制系統(tǒng)和模塊化建設(shè)等技術(shù)，以顯著改善其安全性和經(jīng)濟性來滿足URD、EUR文件和NUSS建議法規(guī)的要求。具體安全性和經(jīng)濟性指標主要包括：堆芯熔化事故概率低于1．0X10”堆．年，大量放射性釋放事故概率低于1．0X10-6堆．年，核燃料熱工安全余量不低于15％；機組可利用率不低于87％，設(shè)計壽命為60年，建設(shè)周期不大于54個月。APl000為第三代核電技術(shù)的典型代表，安全性和經(jīng)濟性滿足URD文件要求，基本技術(shù)參數(shù)及其與M310+比較見表1[4,5,6]。
    表1  APl000及M310+核電機組基本技術(shù)參數(shù)
序號    參數(shù)名稱    單位    APl000    M310十
  1  機組類型    二環(huán)路PWR 三環(huán)路PWR
  1  設(shè)計壽命       年    60    40
  3  換料周期       月    18—24    12～18
  4  反應(yīng)堆熱功率    MW    3415    2905
  5  機組額定功率    MW    ≥1 117    = 1 000
  6  機組可利用率    ％    ≥93    ≥82
  7  極限地震SI，2    g    0．3    0，15
  8  熱工設(shè)引流量    m3/h    34050x 2    22 840x 3
  9  運行壓力    MPa(abs)    15．5    15．5
  10  設(shè)計溫度    ℃    343．3    343
  2  核電項目工程投資分析
  2．1  我國已建核電工程投資概況
         核電廠造價一般分為基礎(chǔ)價、固定價和建成價?；A(chǔ)價足以計價當(dāng)期的設(shè)備材料價格、人工機械價格和財政稅收政策等有關(guān)規(guī)定為基礎(chǔ)，以基準時間估算確定的核電廠投資總造價；固定價是在基礎(chǔ)價的基礎(chǔ)上考慮逐年物價浮動的建設(shè)造價總投資，亦即工程建設(shè)所需籌措的資金總額，承包商的設(shè)備供貨、建筑工程、安裝工程、設(shè)計和工程服務(wù)的結(jié)算也以固定價為準；建成價是固定價與建設(shè)期利息之和，直接影響發(fā)電成本、電價水平及電廠的經(jīng)濟效益。核電廠建設(shè)工期一般為5～8年，由于核電廠融資成本高和工期長的特點，考慮價差和利息等影響必然造成資金的高風(fēng)險。
         目前國內(nèi)運營和在建的核電廠主要有大亞灣、嶺澳一期、泰山—期、二期、三期和田灣等項目。大亞灣核電站(2X984MW)是我國第一座國外引進的商用核電廠，由于當(dāng)時我國沒有建設(shè)大型核電廠的經(jīng)驗，全部電站設(shè)計、建設(shè)、設(shè)備、管理等工作主要由國外公司進行，工程投資造價很高。嶺澳核電廠一期(2X990MW)是大亞灣核電廠的翻版加改進，項目管理模式以我為主，建設(shè)、調(diào)試、生產(chǎn)、部分設(shè)計和設(shè)備制造實現(xiàn)了自主化，國產(chǎn)化比例接近30％，縮短了建設(shè)工期，降低了投資造價。秦山二期工程(2X642MW)為國內(nèi)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核電項目，建設(shè)模式是“以我為主、中外合作，部分引進國外技術(shù)”，實際建成價單位投資相比大亞灣和嶺澳一期有大幅降低[7]。我國已建和在建核電廠設(shè)計造價等基本情況如表2所示。
    表2  我國已建和在建核電廠基本概況
項目名稱 規(guī)模／MW  并網(wǎng)年份，
  大亞灣    2X984    1993／1994    495    44．0    1 738    1 946    2236
  嶺澳一期    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
    田灣    2x1 060    2006／2007    455    32．0    1 194    1 335    1 509
  合計(均值)    9108    (448)    (160．3)    (1 760)
    注：  *2002年及以后批復(fù)上網(wǎng)電價；**1美元=8．27元人民幣；***NA．此數(shù)據(jù)空缺(下同)。
2．2  M310+技術(shù)工程投資估算及構(gòu)成
    從國家能源安全和核電技術(shù)創(chuàng)新的需要考慮，我國核電發(fā)展必須走自主化、國產(chǎn)化的發(fā)展道路，這也是降低核電廠工程造價和提高市場競爭力的必然選擇。通過三大核電基地大亞灣、秦山、田灣等核電項目的建設(shè)，我國目前還不完全具備對百萬千瓦級壓水堆的國產(chǎn)化能力，通過提高自主化設(shè)計和制造的程度將大大降低工程投資。根據(jù)大亞灣竣工決算分析表明：項目設(shè)備購置費約17億美元，按70％國產(chǎn)化率預(yù)計為10．91億美元，僅為進口設(shè)備購置費的64％。同時，設(shè)計和建造自主化也將降低工程造價約50％和30％[7J。    某核電項目的廠址條件，采取二代加改進M310+技術(shù)方案，根據(jù)項目建設(shè)進度計劃進行投資估算[6]。1 000MW級核電廠工程固定價單位投資11 329元／kW，折合1 481美元／kW，各項投資構(gòu)成比例見表3。在固定價投資構(gòu)成中，核島、常規(guī)島、BOP三部分單位投資為948美元／kW。建筑、設(shè)備、安裝投資構(gòu)成比例分別為18．7％，62．1％，19．3％；其中設(shè)備采購費用單位投資為589美元／kW，約占固定價總投資的40％。工程建成價單位投資12 771元／kW，折合1 670美元／kW，其中建設(shè)期財務(wù)費用約為固定價的13％。    表3 l 000MW級核電廠(M310+技術(shù))投資估算及構(gòu)成  
 序號    工程或費用名稱
    1    前期準備工程    189    25    1．7    0    100
    2    核島部分    4142    541    36．6    24．9    75．1
    3    常規(guī)島部分    1 880    246    16．6    12．5    87．5
    4    BOP部分    1 232    161    10．9    6．2    93．8
    5    首爐核燃料費(2／3)    552    72    4．9    0    100
    6    工程其他費用    2 369    310    20．9    2．3    97．7
    7    基本預(yù)備費    774    101    6．8    7．2    92．8
    8    價差預(yù)備費    191    25    1．7    100    0
    9    31程固定價    11 329    1481    100    14．5    85．5
  注：，1美元=7．65元人民幣
2．3  APl000技術(shù)工程投資估算及趨勢
         根據(jù)國外有關(guān)機構(gòu)對第三代先進反應(yīng)堆的投資估算，工程固定價單位投資范圍為1 500～2000美元／kW，選取APl000首臺機組固定價單位投資1800美元／kW，加上建設(shè)期財務(wù)費用后建成價約2034美元／kW[2,8,9]。根據(jù)我國對法國核電技術(shù)建設(shè)引進和消化的實際情況，從第一個雙堆機組起，國產(chǎn)化率按照30％，50％，70％提升以至達到基本國產(chǎn)化來估算[6,71，投資下降趨勢為82％，75％，70％，59％。根據(jù)西屋從1986年在韓國建設(shè)的5個壓水堆經(jīng)驗，第2至第5號機組單位投資下降趨勢為86％，78％，77％，69％[5)。
    根據(jù)以上中、韓兩國核電技術(shù)國產(chǎn)化情況，采用國際原子能機構(gòu)推薦的能源技術(shù)學(xué)習(xí)效應(yīng)計算公式[10]，求得中、韓兩國學(xué)習(xí)彈性指數(shù)分別為0．2157和0．1944，中、韓兩國學(xué)習(xí)彈性指數(shù)平均值為0．2015。根據(jù)。二0．2015估算APl000投資—卜降趨勢及預(yù)測見圖1和圖2，第2至第5個雙堆機組固定價分別為1 504，1 331，1218和1144美元／kW。根據(jù)目前匯率和利率估算，APl000前4臺機組平均建成價約1 902美元／kW，第10臺核電機組建成價約1 279美元／kW，將控制在人民幣1萬元／kW以內(nèi)。

3  核電技術(shù)經(jīng)濟評價分析
        根據(jù)國家部門頒布的建設(shè)項目經(jīng)濟評價方法與參數(shù)、核電廠建設(shè)項目經(jīng)濟評價實施細則等有關(guān)政策、法規(guī)和規(guī)定，結(jié)合目前國內(nèi)商用核電廠建設(shè)工程經(jīng)濟評價方法和參數(shù)取值，對1 000MW級雙堆核電廠進行發(fā)電成本和上網(wǎng)電價等財務(wù)測算和分析。財務(wù)評價計算期為30年，貸款利率和外幣匯率根據(jù)當(dāng)期實際水平取值；固定資產(chǎn)按建成價扣除無形資產(chǎn)20年直線折舊法計列，無形資產(chǎn)及遞延資產(chǎn)按10年期限平均攤銷；增值稅、所得稅按照綜合取值14．5％和25％，資本金投資回報率按9％測算。內(nèi)陸某核電項目采用APl000時運行前20年發(fā)電成本和計算期平均發(fā)電成本構(gòu)成比較見表4，采用APl000和M310+的經(jīng)濟性分析比較見表5。

        表4  APl000核電發(fā)電成本構(gòu)成比較(％)根據(jù)以上財務(wù)評價分析結(jié)果，M310+核電廠平均發(fā)電成本為217．8元／MW•h，平均上網(wǎng)電價為353．4元／MW•h，含增值稅平均上網(wǎng)電價為404．5元／MW•h。APl000計算期前20年發(fā)電成本與M310+基本持平，平均發(fā)電成本和上網(wǎng)電價比M310+約低2．2％，還貸和折舊結(jié)束后發(fā)電成本比M310+約低9．5％。財務(wù)評價分析計算結(jié)果表明：與目前國內(nèi)正在運行和在建的商用核電廠相比，APl000和M3l0+核電廠發(fā)電成本和上網(wǎng)電價都足相對較低的，與華中地區(qū)某省份火電標桿上網(wǎng)電價402．5元／MW．h(含脫硫設(shè)備)基本持平，項目建成后將具有較好的財務(wù)盈利能力和上網(wǎng)競爭能力[6]。特別是APl000核電技術(shù)設(shè)計壽命為60年，國產(chǎn)化后建設(shè)工期和單位投資將人幅下降，將大大提高項日的財務(wù)盈利能力和上網(wǎng)競爭能力。   
根據(jù)運行前20年及計算期發(fā)電成本及構(gòu)成比例分析，APl000在計算期20年和30年平均發(fā)電成本分別為33．5美元／MW．1l和27．8美元／MW．h，略低于西屋公司測算的30—35美元／MW．h的發(fā)電成本[4，5]。發(fā)電成本主要由燃料費、折舊及攤銷、運行維護費、財務(wù)費用、退役基金及核后處理費等構(gòu)成，其中與投資直接相關(guān)的折舊及攤銷、財務(wù)費用占發(fā)電成本47％，在核電／‘投產(chǎn)前20年占發(fā)電成本比例高達58％，山此可見核電項目投資對運營成本影響非常大。另外，燃料相關(guān)費用為發(fā)電成本的重要組成部分，前20年核燃料費及后處理費也分別占發(fā)電成本14％和10％，由—J；核燃料漲價等閑素高于西屋公司2004年測算水平[4，5]。綜合考慮火電的大氣污染、溫室效應(yīng)、酸雨及重金屬排放等外部成本，核電廠將進一步提高對火電的發(fā)電成本優(yōu)勢。
4  結(jié)束語
        核電作為安全清潔能源，與燃煤火電等常規(guī)電力具有較強的經(jīng)濟競爭力，從長遠來看自主化和國產(chǎn)化足進一步提高經(jīng)濟性的關(guān)鍵。因此，當(dāng)前應(yīng)采取“白主、開放、聯(lián)合、競爭”的自主化模式，促進“革新型”和“改進型”核電技術(shù)共同發(fā)展。加快推進APl000技術(shù)的“引進、消化、吸收、再創(chuàng)新”，同時在不違背統(tǒng)—技術(shù)路線原則下，開工建設(shè)—批“二代+”核電廠滿足電力需求，走出我國安全、經(jīng)濟、先進的核電自主化持續(xù)發(fā)展道路。
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