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。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進行分析，預測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。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)的基礎上開發(fā)的1 000MWe級壓水堆。APl000設計目的是為了實現(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備部件的采購量，還降低了相應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計和分析預計的那樣執(zhí)行功能。APl000設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電廠設計壽命為60年不更換反應堆壓力殼，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設計符合美國核管會的確定論安全準則和概率風險準則，設計控制文件(DCD)和概率風險分析(PRA)報告的結(jié)果表明：該設計的堆芯破損和大量放射性泄漏的頻率很小，達到了先進反應堆URD設計的預定目標，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經(jīng)驗，我國正在形成自主設計、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)基礎上通過引進、消化、吸收和創(chuàng)新，并適當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計和設備制造技術(shù)。其主要工藝系統(tǒng)和重要工藝設備除了改進部分外，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性能，縮短制造工期，減少役前和在役檢查工作量；增大應急給水箱容積(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，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％，設計壽命為60年，建設周期不大于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  設計壽命       年    60    40
  3  換料周期       月    18—24    12～18
  4  反應堆熱功率    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  熱工設引流量    m3/h    34050x 2    22 840x 3
  9  運行壓力    MPa(abs)    15．5    15．5
  10  設計溫度    ℃    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價、固定價和建成價?；A價足以計價當期的設備材料價格、人工機械價格和財政稅收政策等有關(guān)規(guī)定為基礎，以基準時間估算確定的核電廠投資總造價；固定價是在基礎價的基礎上考慮逐年物價浮動的建設造價總投資，亦即工程建設所需籌措的資金總額，承包商的設備供貨、建筑工程、安裝工程、設計和工程服務的結(jié)算也以固定價為準；建成價是固定價與建設期利息之和，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，由于當時我國沒有建設大型核電廠的經(jīng)驗，全部電站設計、建設、設備、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、調(diào)試、生產(chǎn)、部分設計和設備制造實現(xiàn)了自主化，國產(chǎn)化比例接近30％，縮短了建設工期，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，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：項目設備購置費約17億美元，按70％國產(chǎn)化率預計為10．91億美元，僅為進口設備購置費的64％。同時，設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、設備、安裝投資構(gòu)成比例分別為18．7％，62．1％，19．3％；其中設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，其中建設期財務費用約為固定價的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    基本預備費    774    101    6．8    7．2    92．8
    8    價差預備費    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，加上建設期財務費用后建成價約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)學習效應計算公式[10]，求得中、韓兩國學習彈性指數(shù)分別為0．2157和0．1944，中、韓兩國學習彈性指數(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項目經(jīng)濟評價方法與參數(shù)、核電廠建設項目經(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)電價等財務測算和分析。財務評價計算期為30年，貸款利率和外幣匯率根據(jù)當期實際水平取值；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(含脫硫設備)基本持平，項目建成后將具有較好的財務盈利能力和上網(wǎng)競爭能力[6]。特別是APl000核電技術(shù)設計壽命為60年，國產(chǎn)化后建設工期和單位投資將人幅下降，將大大提高項日的財務盈利能力和上網(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、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，當前應采取“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—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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