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新一代核电站的成本评估

2021-05-31 11:45  来源:嘿嘿能源heypower    核电成本  核电经济性

核电站的建设成本很高,但运行成本相对较低。在许多地方,即使考虑废物处理成本,核电对化石燃料也同样具有竞争力。如果将化石燃料的社会、健康和环境成本也考虑在内,核电的竞争力则更强。


对于不同技术的新发电厂的成本评估是一个复杂的问题,起决定性影响的因素是地点。在中国、美国和澳大利亚等国家,只要碳排放没有成本,煤炭是最具经济性的,而且可能会一直如此。在许多地方,天然气在承担基荷方面也有一定竞争力,特别是使用联合循环的电厂。

核电站的建设成本很高,但运行成本相对较低。在许多地方,即使考虑废物处理成本,核电对化石燃料也同样具有竞争力。如果将化石燃料的社会、健康和环境成本也考虑在内,核电的竞争力则更强。

评价发电站成本的基本指标是均化发电成本(LCOE)。它是发电厂在其生命周期内建造和运营的总成本除以在此期间发电厂的总发电量,同时考虑了融资成本。

从均化成本上考虑,核电是一种经济的电力来源,同时具备安全、可靠和非常低的温室气体排放的优势。现有的核电站运作良好,具有高度的可预测性。这些电厂的运营成本几乎低于所有的化石燃料电厂,其运营成本上涨的风险非常低。这些工厂可以运行60年甚至更长。现有电厂的主要经济风险在于补贴退坡、可再生能源爆发和低成本的天然气发电。另外,政治风险,特别是对核电的税收也增加了这些风险。

世界核协会在2017年初出版了《核电经济学及项目结构》。该报告指出,新核电站的经济性在很大程度上受到其资本成本的影响,至少占其LCOE的60%。利息费用和建设期是决定总体资本成本的重要因素。在国际能源署(IEA)看来,一些国家的核资本成本正在增长。由于经合组织国家已很少建设新反应堆,也几乎不引入新的设计,资本成本的增长就更为明显。在那些核电不断发展的国家,资本成本得到了控制,韩国的资本成本甚至有所下降。在过去的15年里,全球建设周期的中位数已经下降了。一旦核电站建成,可以预见,电力的生产成本会大幅下降。

在管制宽松的电力批发市场,投资回报率的降低导致资金短缺。但由于现有工厂的老化,实际需求却在增加。国际能源署指出,在本世纪初,三分之一的电力投资流向管制宽松的市场。面对电力批发价格的不确定性,三分之二的投资流向管制市场,以保证投资回报率。到2014年,只有10%的投资被引导到管制宽松的市场。政府通过审查,发现所有正在运行的核电站都是由政府或受监管的公用事业部门建造的,其长期收入和成本几乎是确定的。其中一些核电站,特别是在英国和美国,现在发现自己处于一个管制宽松的市场环境中。

政府的公用事业公司投资发电厂,支付燃料和运营成本,并对现有资产的退役做出决定。这些决定是基于长期的规划过程,重点是确保可靠的运行,同时使长期的总成本最小化。在一个放松管制的市场中,商业发电厂的收入依赖于短期波动性市场,这使运营商处于风险之中;而新电厂的开发商由于更大的完工风险而面临相当大的不确定性。需要政府的支持,以减轻这些风险,并使新项目有银行可担保。

另一方面的风险来自于其他供能方式的竞争。对于核电等可调度的能源来说,系统成本是最小的,但对于间歇性的可再生能源来说,其产出取决于波动性的风能或太阳能。如果可再生能源增加到一定比例,那么整个电力系统的成本就会大幅上升。这在2019年经合组织核能机构的研究中被模拟出来,在德国非常明显,这是一个超越LCOE的重要考虑因素。

运营成本包括燃料以及运营和维护(O&M)的成本。燃料成本包括废旧燃料管理和废物处理。

低燃料成本从一开始就是核能与煤炭和天然气发电厂的优势。对于核电站,铀必须被加工、浓缩和制造成燃料元素,这占总燃料成本的一半左右。在评估核电的经济性时,还必须考虑到放射性核废料的管理和最终处置成本。但是,即使包括这些,经合组织的核电站的总燃料成本通常是燃煤电厂的三分之一到二分之一,是天然气联合循环电厂的四分之一到五分之一。美国核能研究所认为,燃煤电厂的燃料成本占总成本的78%,燃气电厂的这一数字为87%,而核能的铀成本约为14%(如果包括所有前端和废物管理成本,则为34%)。

作为二氧化铀燃料的1公斤铀的前端燃料循环成本,价格是近似值,截止到2017年

在45,000MWd/t(兆瓦日/吨)燃烧的情况下,意味着每公斤燃料生产360,000度的电力,因此燃料成本为0.39欧元/度。降低燃料成本是提高效率和降低总成本的重要抓手。例如在西班牙,核电成本在1995-2001年期间减少了29%。通过提高浓缩水平和燃烧降低了40%的成本。展望未来,再增加8%的燃尽率将使燃料成本再降低5%。

铀的优势在于它是一种高度集中的能源,易于运输且价格低廉。需要的数量比煤或石油少得多。一公斤天然铀产生的能量大约是相同质量的煤的2万倍。因此,它在本质上是一种非常便于携带和交易的商品。

燃料对所生产的电力总成本的贡献相对较小,因此即使燃料价格大幅上涨,影响也相对较小。铀储量丰富,来源广泛。

还有其他可能的节约。例如,如果对使用过的燃料进行后处理,并将回收的钚和铀用于混合氧化物(MOX)燃料,则可以提取更多的能量。实现这一目标的成本虽然很大,但由于混合氧化物燃料不需要浓缩,产生的高浓度终端废物较少,因此可以抵消其高成本。

燃料循环的“后端”是乏燃料储存和处置,占度电成本的10%。如果是直接处置用过的燃料而不是后处理,则成本更低。美国260亿美元的乏燃料处置计划由每度电0.1美分的征税来资助。

运营和维护(O&M)成本约占总运营成本的66%。运行和维护可分为“固定成本”和“可变成本”,前者无论电厂是否发电都会产生,后者则随产出而变化。通常情况下,这些成本是相对于一个单位的电力(例如,每千瓦时美分)表示的,以便与其他能源技术进行一致的比较。

退役成本约为核电站初始资本成本的9-15%。但是,如果在电厂的生命周期内进行折现,它们只占投资成本的百分之几,对发电成本的甚至贡献更小。在美国约为0.1-0.2美分/千瓦时,不超过生产电力成本的5%。



图为技术

深圳核博会

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