基于系统动力学的聚变驱动乏燃料焚烧堆燃料循环初步分析

【摘要】核能的可持续发展面临铀资源利用最大化与乏燃料累积量最小化两大关键问题,这两个问题的解决有赖于闭式燃料循环的发展。中国科学院核能安全技术研究所·FDS团队于近期提出了基于现实可行的聚变与裂变技术的聚变驱动乏燃料焚烧堆FDS-SFB概念,该反应堆主要功能有核废物嬗变、能量生产、燃料增殖等。与其他堆型相比,FDS-SFB在焚烧乏燃料、安全方面具有独特的优势。本文在充分的文献调研和分析现有的燃料循环分析的基础上,开展了针对压水堆与聚变驱动乏燃料焚烧堆FDS-SFB共生系统的燃料循环分析工作,并与目前的一次通过式燃料循环方式进行了分析。本文开展的主要研究具体包括：(1)基于系统动力学软件VensimPLE建立了聚变驱动乏燃料焚烧堆与压水堆共生系统的燃料循环与一次通过式燃料循环的动态分析模型。每个模型均可用来计算燃料循环各个环节的质量流。(2)分析比较了聚变驱动乏燃料焚烧堆燃料循环与一次通过式燃料循环的资源利用率、环境影响、核燃料循环基础设施需求,并对聚变驱动乏燃料焚烧堆燃料循环系统的天然铀需求量、乏燃料累积量进行了灵敏性分析。(3)计算比较了一次通过式燃料循环与聚变驱动乏燃料焚烧堆燃料循环的平准化发电成本。并分析了天然铀价格、后处理价格、燃料制造价格对平准化发电成本的影响。计算了反应堆参数对聚变驱动乏燃料焚烧堆燃料循环的平准化发电成本的影响。质量流分析结果如下：与一次通过式燃料循环方式相比,本文所建立的共生系统的燃料循环可减少：(1)天然铀累积需求量约35%,(2)乏燃料累积量约98%,(3)超铀核素累积量约93%,(4)钚累积量约92%,(5)次锕系核素累积量约99%。这些结果表明FDS-SFB燃料循环系统可在一定程度上节约天然铀需求量,并且大幅度地减少乏燃料累积量,从而减轻核电发展对环境的影响。质量流的灵敏性分析结果初步表明：在所选的参数范围内,主要输入参数变化对分析结果几乎无影响。FDS-SFB燃料循环的平准化发电成本为34.43mills/kWh,比一次通过式燃料循环贵了1.27mills/kWh。这个结果表明：与一次通过式燃料循环相比,FDS-SFB燃料循环具有良好的竞争性。随着天然铀价格的上涨或者压水堆乏燃料后处理价格的下降,FDS-SFB燃料循环的经济性将优于一次通过式的经济性。经济性灵敏性分析结果表明：增加容量因子、反应堆寿期、热效率将会减少平准化发电成本。在所选的参数范围内,热效率对平准化发电成本的影响最大。’
【作者】毛利胜；
【导师】蒋洁琼；刘超；
【作者基本信息】中国科学技术大学，核能科学与工程，2014，硕士
【关键词】系统动力学；动态分析；乏燃料累积量；天然铀需求量；平准化发电成本；混合堆；燃料循环；

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