对核电厂动力堆，热工设计的要求就是在保证安全可靠的前提下尽可能地提高其经济性，整个核电厂经济方面的要求最终体现在每千瓦时的电能或机械能的成本上，要求电能的成本越低越好。因此堆的热工设计要服从整个核电厂设计的最优化，即整个核电厂在安全可靠的前提下达到每单位电能成本最低的这一总目标。

为了对上述问题有一个较为全面的认识，下面将对电能成本的组成、堆热工参数、结构参数与电能成本间的关系、堆热工参数与二回路热工参数间的关系以及热工参数的选择原则等问题作定性的讨论。

核电厂的单位电能成本，和常规热能动力装置一样，也是由燃料费、设备折旧费以及运行管理费等三方面组成，可用式（5-59）表示：

式中 Ce——单位电能成本，元/（kW·h）；Nt——反应堆输出热功率，kW；

f——反应堆每放出1 kW·h的热能所消耗的燃料费，元/（kW·h）；

C——设备折旧费，元/h；

S——运行管理费；

Nne——电站有效电功率或净输出电功率，kW。

电站有效电功率可由式（5-60）计算，即

式中 ηR——反应堆的热量利用率；

ηSG——蒸汽发生器的热利用率；

ηt——汽轮机理想循环热效率；

ηir——汽轮机的内效率；

ηM——汽轮机的机械效率；

ηe——发电机效率；

Ne——电站生产的毛电功率，kW；

Npt——电站的厂用电功率，kW。(www.daowen.com)

上述的ηR和ηSG都与设备的热功率有关，但其数值变化不大。ηir、ηM和ηe与设备容量及设计制造工艺水平等有关，功率确定后，这些数据也就相应确定。动力循环热效率ηt除与所选用的蒸汽动力循环（如回热循环、再热循环等）类型有关外，主要取决于二回路系统的热工参数（如新蒸汽初压力、温度和终压力）。如果蒸汽初参数有较大的改变，那么ηt的变化也较大，从而对单位电能成本的影响也就比较大。但是，二回路的热工参数与一回路的热工参数密切相关，其参数的提高要受一回路热工参数的制约。因此，反应堆热工参数的选择必须和整个核电厂的参数选择联系在一起同时考虑。

在电能成本的组成中，运行管理费占总成本的相对份额较小，且随电厂功率变化的改变量很小，所以电能成本主要由燃料费及设备折旧费两项决定。

从以上讨论可以看出，在反应堆热功率Nt给定的情况下，若能提高动力循环的热效率ηt、堆芯的功率密度、燃料的燃耗深度，减少单位电功率的燃料费用、降低厂用电，都可以降低电能成本。

（1）提高动力循环热效率ηt来降低电能成本的途径

关于该问题在第1章已经涉及，在这里仅给出几条总结。

①提高堆冷却剂的工作压力。在压水堆内，水的工作压力一定要高于与堆芯出口水温相对应的饱和压力，这样才能保证水处于过冷状态。因此，若能提高堆的工作压力，就可以提高堆出口处的冷却剂温度。这样，在其他条件不变的情况下，就可以相应地提高动力循环的蒸汽初参数，从而提高动力循环热效率。但是，堆出口冷却剂温度的提高，要受到燃料元件包壳表面腐蚀的温度限制；而堆工作压力的提高，又会使反应堆部件的制造费用增加。还应该指出的是，提高堆冷却剂温度本身也有一定的限制。如果把二回路蒸汽初参数提得过高，就需要改变二回路设备所使用的材料及厚度，从而使二回路的设备费增加。总之，一回路压力的提高，需要全面考虑才能确定。

②提高堆冷却剂的流量。在堆的热功率和出口冷却剂温度一定的情况下，提高堆的冷却剂总流量可以使堆进口冷却剂温度提高，从而使堆芯冷却剂的平均温度提高。当蒸汽发生器的传热面积一定时，将使动力循环的蒸汽初参数提高，从而使动力循环的热效率提高。但增加冷却剂的流量，会使主循环泵消耗的功率增大，从而使厂用电相应增加。还会使泵的制造费用增加，使一回路管道和设备的尺寸加大，增加了造价，提高了设备费的投入，从而增加了财务成本。

③适当选定堆冷却剂的工作温度。这与冷却剂工作压力和流量的选定有密切关系。当堆功率一定时，冷却剂的压力及流量一经选定，堆芯进出口间的冷却剂温升就随之确定。在堆的进口温度、出口温度和平均温度这3个参数中，究竟先确定哪个数值，这与电厂控制运行的方案有关。如果控制对象是堆的冷却剂平均温度，则流量选定后冷却剂平均温升也就随之确定。与此同时，堆进口和出口处的冷却剂温度也就随之确定了。如果堆芯冷却剂平均温度提高，就可提高动力循环蒸汽参数，从而可提高动力循环热效率。但提高堆芯冷却剂的平均温度，会使堆芯冷却剂出口温度升高，反应堆的工作压力也必须相应提高。另外，燃料包壳表面还有加速腐蚀的温度限制，水堆中还会使燃料元件表面临界热流密度降低，从而使最小DNBR减小。堆芯冷却剂温升的确定，在后面关于蒸汽发生器工作条件时还会涉及。

（2）提高堆芯的功率密度来降低电能成本

若能提高堆芯功率密度，则在堆芯热功率不变的情况下可减小堆芯尺寸，从而可以节省设备投资费用。

（3）增加核燃料的燃耗深度来降低电能成本

核电厂的核燃料平均燃耗深度已经从早期反应堆的几千MW·d/t（U）增加到现在的45 000 MW·d/t（U），第三代核电更提高到了60 000 MW·d/t（U），但这方面仍有潜力可挖。

（4）减少厂用电来降低电能成本

厂用电主要消耗在一回路的主冷却剂泵上，只要适当降低冷却剂在堆芯及管道中的流速、缩短管道长度、增加冷却剂密度（如对气体冷却剂只要增加工作压力即可增加密度），就可以降低厂用电的消耗，但这与反应堆的安全分析有非常紧密的关系。

（5）降低设备投资费用来降低电能成本

如向单堆大功率方向或模块化堆发展，尽可能降低安全设施方面的费用等。目前对这方面已经有了比较深入的研究，比如最新开发的NuScale反应堆等。