余瑞霞

摘要：本文以低溫核供熱堆的各技術(shù)方案為基礎(chǔ)條件，論述了其產(chǎn)品及應(yīng)用領(lǐng)域在經(jīng)濟(jì)競爭力方面的優(yōu)劣勢。分析了設(shè)計(jì)方案產(chǎn)生的投資差異以及產(chǎn)品變化所帶來的經(jīng)濟(jì)效益，重點(diǎn)分析了汽水聯(lián)供耦合系統(tǒng)工藝的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，為低溫核供熱堆技術(shù)方案優(yōu)化和產(chǎn)業(yè)化推廣提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：核供熱堆;汽水聯(lián)供耦合;經(jīng)濟(jì)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(chǎn)權(quán)的先進(jìn)反應(yīng)堆技術(shù)，從5MW試驗(yàn)堆成功建成運(yùn)行到各項(xiàng)工程驗(yàn)證試驗(yàn)，迄今已經(jīng)經(jīng)過了三十多年的研發(fā)和優(yōu)化，并且曾獲得了國家核安全局頒發(fā)的建造許可證。從技術(shù)和安全角度來說，核供熱堆是安全可靠、技術(shù)成熟的清潔能源技術(shù)，具有競爭力。核供熱堆項(xiàng)目在經(jīng)濟(jì)上是否具有競爭力，成為制約其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的關(guān)鍵因素之一。為了擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域以及提高經(jīng)濟(jì)性，清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院和中核能源科技有限公司開發(fā)了新的產(chǎn)品系列，本文主要從項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性角度出發(fā)，分析技術(shù)方案及產(chǎn)品調(diào)整所獲得的經(jīng)濟(jì)效果。

1 I型核供熱堆技術(shù)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀分析

上世紀(jì)80年代最早開始研發(fā)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(shè)計(jì)出口溫度較低，這種堆型稱為I型核供熱堆。由熱參數(shù)決定，核供熱堆的應(yīng)用領(lǐng)域主要是城市區(qū)域供熱以及熱法海水淡化。

經(jīng)過多個(gè)項(xiàng)目的市場推廣投資估算及經(jīng)濟(jì)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(guī)能源供熱及海水淡化產(chǎn)水成本基本持平，具有一定的經(jīng)濟(jì)競爭力。但其產(chǎn)品及應(yīng)用領(lǐng)域也有一些經(jīng)濟(jì)障礙，主要有以下幾點(diǎn)：

（1）核能供熱年負(fù)荷因子較低，固定成本分?jǐn)偲摺?/p>

核供熱反應(yīng)堆在采暖季運(yùn)行，非采暖季停堆，年負(fù)荷因子在我國北方供暖的一般城市難以超過50%。反應(yīng)堆運(yùn)行成本中的折舊、攤銷、借款利息償還、大修理費(fèi)以及人工費(fèi)等固定成本，不會(huì)因停堆而減少。而固定成本在核供熱成本中的比例較大，達(dá)到60%以上，這些費(fèi)用都要由用戶分?jǐn)偂?/p>

（2）與熱法海水淡化工藝耦合，產(chǎn)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(yīng)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(chǎn)的同類淡化水成本相比，處于同等價(jià)格水平，但是與市場能夠接受的價(jià)格比較，仍然需要進(jìn)一步降低成本。

另外一種海水淡化技術(shù)——反滲透法海水淡化的產(chǎn)水成本要低于熱法產(chǎn)水成本，經(jīng)濟(jì)性更好。反滲透海水淡化系統(tǒng)與外部動(dòng)力耦合的主要設(shè)備是高壓泵，能量消耗主要是機(jī)械能或電能。Ⅰ型核供熱堆受設(shè)計(jì)參數(shù)限制，不適宜同反滲透法海水淡化裝置耦合。

（3）產(chǎn)品熱和水都屬于公用事業(yè)產(chǎn)品，不能采用競爭性投資項(xiàng)目的財(cái)務(wù)評價(jià)體系。

目前我國采暖和自來水還沒有完全實(shí)行市場化，供暖價(jià)格和水價(jià)是政府定價(jià)，現(xiàn)行市場價(jià)格都是國家補(bǔ)貼的結(jié)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(cái)務(wù)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(chǎn)業(yè)化推廣需要開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域，進(jìn)一步開發(fā)全年需求相對穩(wěn)定的產(chǎn)品。

2 Ⅱ型核供熱堆技術(shù)方案

2.1 Ⅱ型核供熱堆技術(shù)特性和應(yīng)用領(lǐng)域的調(diào)整

根據(jù)市場需求分析及經(jīng)濟(jì)性研究比較，在I型核供熱堆的基礎(chǔ)上，開發(fā)了II型核供熱堆，提高了反應(yīng)堆溫度、壓力等主要技術(shù)參數(shù)[1]。Ⅱ型堆保持了Ⅰ型堆的技術(shù)和安全特性，技術(shù)是成熟的。I型和II型核供熱堆的主要技術(shù)特性和應(yīng)用領(lǐng)域如圖1所示，II型核供熱堆的應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展到了工業(yè)蒸汽、反滲透法海水淡化等，使產(chǎn)品從民用領(lǐng)域擴(kuò)展到工業(yè)領(lǐng)域。

2.2 Ⅱ型核供熱堆汽水聯(lián)供耦合工藝系統(tǒng)技術(shù)方案

在常規(guī)反滲透法海水淡化技術(shù)中，高壓泵由電力驅(qū)動(dòng)，其電耗約占系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用的35%，是影響產(chǎn)水成本的主要因素之一。而II型核供熱堆技術(shù)用于海水淡化，可以采用核能耦合、汽水聯(lián)產(chǎn)、蒸汽透平、熱膜結(jié)合海水淡化工藝，耦合系統(tǒng)工藝方法示意圖見圖2[2]。反應(yīng)堆中產(chǎn)生的熱量通過中間回路輸送至蒸汽發(fā)生器，蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽一部分供給工業(yè)蒸汽用戶，一部分進(jìn)入汽輪機(jī)直接驅(qū)動(dòng)反滲透高壓泵進(jìn)行反滲透海水淡化;汽輪機(jī)排汽作為蒸餾法海水淡化系統(tǒng)的加熱蒸汽，進(jìn)行蒸餾法海水淡化;蒸餾法海水淡化系統(tǒng)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(tǒng)進(jìn)行海水淡化。

3 各堆型及產(chǎn)品方案的經(jīng)濟(jì)性比較

3.1 核島主要設(shè)備投資比較

由于Ⅱ型核供熱堆參數(shù)較Ⅰ型核供熱堆參數(shù)提高，因此主要設(shè)備重量或者選用的主材單價(jià)也相對Ⅰ型堆提高。Ⅱ型堆同Ⅰ型堆的首爐燃料費(fèi)用也不相同，相應(yīng)的燃料費(fèi)用、組件加工費(fèi)用也會(huì)增加。除這些主要設(shè)備以外，其他設(shè)備以及中間回路、管道、閥門等部件也會(huì)因?yàn)楸诤裨黾?，或者對材料性能要求提高，相?yīng)增加投資。

3.2 各產(chǎn)品方案財(cái)務(wù)評價(jià)

核供熱堆項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性，一方面取決于總投資及總成本，另一方面也取決于產(chǎn)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(yīng)用領(lǐng)域較廣，因此產(chǎn)品組合方案也較多。幾種技術(shù)方案的經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)對比見表1。其中Ⅱ型核供熱堆汽水聯(lián)產(chǎn)方案采用圖2中的耦合技術(shù)方案。

由此可見，通過技術(shù)方案以及產(chǎn)品組合方案的優(yōu)化，采用Ⅱ型核供熱堆進(jìn)行汽水聯(lián)供，產(chǎn)水成本降低，同時(shí)由于工業(yè)蒸汽的銷售按市場化運(yùn)作售價(jià)較高，因此新方案的利潤空間較大，經(jīng)濟(jì)效益較優(yōu)。

4 Ⅱ型核供熱堆技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢分析

通過對技術(shù)方案和經(jīng)濟(jì)性數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以得出Ⅱ型核供熱堆技術(shù)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢：

（1）產(chǎn)品種類增加，并可以根據(jù)項(xiàng)目具體需求靈活組合，反應(yīng)堆負(fù)荷因子提高，成本分?jǐn)偨档?。采用II型核供熱堆與海水淡化裝置耦合，在生產(chǎn)淡水的同時(shí)，還能提供一定量的工業(yè)蒸汽。而淡水和蒸汽需求都是全年性質(zhì)的，這樣反應(yīng)堆的年負(fù)荷因子就可以大大提高，超過75%，單位產(chǎn)品的固定成本分?jǐn)傎M(fèi)用將相應(yīng)降低。

（2）產(chǎn)品工業(yè)蒸汽價(jià)格與市場接軌，提高了項(xiàng)目的整體經(jīng)濟(jì)性。II型堆相比Ⅰ型堆，在應(yīng)用領(lǐng)域的很重要的變化是可以用于工業(yè)蒸汽供應(yīng)。而工業(yè)蒸汽的用戶是企業(yè)，不同于熱、水的用戶等居民群體，產(chǎn)品售價(jià)較高，因此利潤空間較大，項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)相對較高。

（3）采用汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)反滲透高壓泵可以節(jié)省投資，降低能耗成本。采用圖2中的耦合技術(shù)方案，用汽輪機(jī)直接驅(qū)動(dòng)反滲透高壓泵，可減少發(fā)電-變電-配電-電機(jī)-水泵之間的能量轉(zhuǎn)換損耗，節(jié)省投資，提高效率。相對于常規(guī)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(yīng)有的高壓泵電能消耗成本由核供熱堆成本分?jǐn)傎M(fèi)用替代。

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

5 結(jié)論

從以上的經(jīng)濟(jì)分析結(jié)果看出，Ⅱ型核供熱堆由于技術(shù)參數(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域的優(yōu)化，克服了Ⅰ型堆的經(jīng)濟(jì)障礙，更具有經(jīng)濟(jì)競爭力。Ⅱ型核供熱堆汽水聯(lián)供耦合系統(tǒng)技術(shù)方案在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)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(chǎn)量，經(jīng)濟(jì)效益良好。如果考慮核供熱堆的環(huán)境效益和社會(huì)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(diǎn)，以提高項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性。投資領(lǐng)域可以先工業(yè)，后民用，將經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)降到最低。

參考文獻(xiàn)

[1] 某區(qū)域鍋爐房項(xiàng)目節(jié)能評估方法與效果分析[J]. 雋軍，張勇，雷薈.節(jié)能技術(shù).2012（02）.

[2] 郭吉林，張亞軍，馬計(jì)中等.一種核能海水淡化耦合設(shè)備及其方法[P].中國專利：ZL200710099364.X，2009-01-28.

[3] 樊雄，張維潤.火力發(fā)電廠反滲透法海水淡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[C].中國電力脫鹽技術(shù)（西湖）論壇暨首屆全國電站化學(xué)專業(yè)技術(shù)研討會(huì)論文集.杭州：2009：154-161.

[4] 小型區(qū)域鍋爐房采暖外網(wǎng)擴(kuò)建和改造的分析研究[J].王瑞華.甘肅科技.2008（11）.

[5] 城市集中供熱中發(fā)展區(qū)域鍋爐房的問題探討[J]. 吳寶良.科技創(chuàng)新與應(yīng)用.2013（29）.