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日志

 
 

主要核电国家乏燃料贮存现状分析  

2016-01-26 10:38:40|  分类: 核能技术 |  标签: |举报 |字号 订阅

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刘敏、白云生|文

        近年来,随着全世界大部分核电站卸出的乏燃料数量已经接近或超过在堆贮存水池容量,因而全球都面临乏燃料的去向处理问题。目前世界上大多数乏燃料并没有及时进行后处理或深地质处置,而是处于长期贮存的状态。为保障核电站的持续安全运行,同时为乏燃料后处理或深地质处置提供有效缓冲,乏燃料的中间贮存问题成为当前研究和关注的焦点和热点。

美国
        美国尽管保持着强大的后处理科研能力并具备生产潜力,但目前实行“一次通过”,暂时不搞乏燃料后处理。
        按照1982 年的《核废物政策法案(NWPA)》,美国对核电站产生的乏燃料和放射性废物采取集中后地质处置的做法,并建立了核废物基金(NWF)。自1970 年起启动了乏燃料与高放废物地质处置库的选址工作,1987 年确定内华达州的尤卡山为唯一候选场址,后来由于当地民众反对,于2010 年正式终止。2013 年1 月,美国政府根据蓝带委员会提交的报告及建议,基于“选址协调一致”的原则,发布了《乏燃料与高放废物管理与处置策略》。该报告计划,到2021 年建立一座试验性中间贮存设施,运行初期先接收退役核电站的乏燃料;到2025 年建立一个较大型中间贮存设施;到2048 年建立一个核废物地质处置库。可见,美国在核废物地质处置库2048年建成之前,将建设不同规模的乏燃料中间贮存设施,以实现对乏燃料的长期集中贮存。
        为解决部分核电站乏燃料贮存能力不足的问题,美国政府与诸多核电站经过长期沟通协商,最终达成共识:先划拨乏燃料基金,将独立的集中式处置调整为在核电站建设临时干法贮存系统,以此作为集中式中间贮存设施和核废物地质处置库建成前的应急方案。
        美国目前采取将卸出的部分乏燃料从贮存水池转移到核电站干法贮存设施的临时措施。截至2014 年12 月底,核电站乏燃料产生量约72000tHM,每年新产生约2000~2300tHM。核电站卸出的乏燃料中,约53%的乏燃料在核电站内湿法贮存,其余贮存在核电站的干法贮存设施中。随着干法贮存技术逐渐成熟,并具有易扩展性、建造时间短等优势,且由于最终地质处置时间推迟,对乏燃料的实际贮存时间进一步延长,美国计划后续均采用干法贮存,同时将湿法贮存的乏燃料逐步转移到干法贮存设施中。

法国
        按照法国能源政策,1980 年以来法国实行核燃料闭式循环路线,利用后处理回收的钚制成MOX 燃料用于快堆和压水堆核电站。核废物管理资金采用“储备金”方式。具体来说,法国电力公司根据当年发电情况,在企业支出账中以“未来费用”的名义纳入对应的这部分未发生的支出。这部分资金由法国电力公司负责管理,使用时要经过国家财政部的批准。在核设施选址期间,本着民主、公开、透明的原则,鼓励当地政府及居民以不同方式参与各项活动,并通过核基础设施税收给予相应补偿。
        截至2014 年12 月底,法国核电站乏燃料产生量约42400tHM,并且每年新产生约1200tHM。乏燃料除了在核电站水池在堆贮存外,其余均在阿格后处理厂的多个乏燃料水池(总容量高达17600tHM)进行集中暂存,直至这些乏燃料被取出进行后处理。法国后处理能力全球第一,阿格后处理厂运行能力可达1700tHM/a,已处理30000tHM 以上的乏燃料,其中1/3 来自国外。总的来说,阿格后处理厂能够满足离堆乏燃料的后处理和中间湿法贮存,无需另建干法贮存设施。法国阿海珐集团曾表示,规模化的干法贮存游离于核燃料闭式循环体系之外,对于核燃料循环后端整体经济性的影响是负面的,因此不会进行干法贮存,且长期干法贮存高燃耗乏燃料的技术问题仍需充分研究和长期验证。

英国
        自1956 年建成首个核电站开始,英国就启动了乏燃料后处理计划,一直以来坚持乏燃料后处理政策。目前,英国在塞拉菲尔德地区建有并运行两座乏燃料后处理厂,即Magnox 后处理厂(1500tHM/a)和Thorp 后处理厂(1200tHM/a)。英国建立了核废物专项基金,主要用于改进型气冷堆(AGR)核电站和塞兹韦尔B 压水堆(PWR)核电站的长期退役管理、短期债务处理和乏燃料管理。
        英国非常重视公共关系和公众接受。英国政府就乏燃料和放射性废物长期管理政策进行评估,以公开、透明的方式发起公众咨询。基于公众咨询意见,英国成立了放射性废物管理委员会(CoRWM),旨在向政府提供客观、可行的核废物管理的方案建议。在核设施选址方面,英国政府在确定选址程序后,积极邀请相关社区参与,制定具有吸引力的补偿计划,鼓励一些符合核设施选址条件的社区或地方政府自愿接受核设施的建设。
        截至2014年12 月底,英国核电站乏燃料产生量约为11450tHM。乏燃料在后处理之前,主要在核电站的水池或专设的中间贮存设施存放。其中,英国最大的乏燃料中间贮存设施位于塞拉菲尔德地区,其乏燃料水池的总容量为7600tHM。此外,早在1971 年曾于威尔法(Wylfa)核电站建有一座Magnox 乏燃料离堆模块式地下干法(CO2 冷却)贮存设施,贮存能力为700tHM。
        近期,英国开始进一步开发离堆干法贮存技术。2013 年初,英国塞兹韦尔B 核电站开始动工建设首座乏燃料干法贮存设施。目前,英国监管机构已批准对该贮存设施进行冷试,预计2016年第一季度开始接收乏燃料。

俄罗斯
        俄罗斯采用核燃料闭式循环政策,计划利用后处理回收的钚制成MOX 燃料用于快堆。2011 年颁布的俄罗斯《放射性废物管理法》要求在国家层面建立统一管理体制,负责放射性废物的接收、贮存、安全管理、最终处置等,并确立了新的核废物管理基金机制。有关选址、建设、投运的决策属于联邦政府权限范围。
        截至2014年12月底,俄罗斯核电站乏燃料产生量约23145tHM,每年新产生约880tHM。当前仅有一座RT-1后处理厂在运,实际处理能力为500tHM/a。RBMK-1000和VVER-1000堆型的乏燃料短期内无法进行后处理,均需要进行长期贮存。随着核电站乏燃料水池的逐渐满容,俄罗斯政府曾计划在未来的乏燃料后处理厂附近建设集中贮存设施,并建设一座核废物地质处置库。
        按照计划,正在热列兹诺戈尔斯克的开采化工联合企业(MCC)内建设后处理中试厂(PDC)和RT-2 大型后处理厂,设计能力分别为100tHM/a和1500tHM/a。RT-2 大型后处理厂建成后将能够处理RBMK-1000、VVER-1000 堆型的乏燃料,该后处理厂的乏燃料贮存水池现已建成投运,贮存容量为8400tHM。同时,MCC 内正在建设一座集中干法贮存设施(INFDSF-2),用于RBMK-1000、VVER-1000 堆型的乏燃料贮存,这座设施可将乏燃料贮存最长约50 年的时间。目前,一期工程已建成投运,贮存容量为8600tHM;二期工程预计于2015 年底或2016 年初投运,贮存容量为30000tHM。
        根据俄联邦基本的乏燃料管理规划,俄罗斯建设乏燃料干法贮存库,旨在为乏燃料后处理技术创新、轻水堆乏燃料后处理大厂及废物处置设施的建设赢取时间。俄罗斯联邦生态、技术与核能监督局(Rostechnadzor)核燃料循环设施安全监管部主任在IAEA 第58届大会上曾提到,虽然干法贮存乏燃料已经是一项成熟技术且安全性已经得到验证,但是后处理对于破损乏燃料是一种比干法贮存更好的方案,预计俄罗斯将在10~15年内完成这项工作。

日本
        1956年日本原子能委员会出台的“原子能利用长期规划”中明确“应尽可能在日本国内开展核燃料后处理”的核燃料循环后端基本策略。
        在日本,由核电厂业主组成的核废物管理机构负责全国的核废物管理工作。日本经产省设立了两项有关放射性废物管理基金,一项是由核电业主负责支付的乏燃料及其他高放废物基金,另一项是由后处理厂和MOX 燃料制造厂业主支付的超铀放射性废物基金。在核设施选址方面,日本核废物管理机构同美国、英国类似,基于公开、透明、自愿的选址策略,按照制定的选址程序开展核设施的选址工作。
        截至2014 年12月底,核电站乏燃料产生量约27000tHM。福岛核事故前,日本每年产生乏燃料约1000tHM。通常,卸出的乏燃料在核电站场区冷却一段时间后,一部分直接运往法国和英国的后处理厂进行处理,另一部分被运往本国的东海后处理厂或六个所后处理厂的乏燃料水池进行集中中间贮存。目前,核电站在堆贮存乏燃料约14000tHM,多个乏燃料水池容量告急;国内唯一在运的东海后处理厂(处理能力为90tHM/a)水池贮存能力为140tHM,容量已满;日法合作建设的800tHM/a 的六个所后处理厂完成热调试,尚未投运,配套的乏燃料水池容量为3000tHM,已存放约2740tHM乏燃料。日本电力企业均面临乏燃料贮存的压力。
        为解决乏燃料贮存能力短缺的问题,日本电力企业正在陆奥市建造一座集中的干法贮存设施,贮存能力为5000tHM。根据有关协议,陆奥贮存设施的乏燃料必须在50 年内全部转移至后处理厂。未来,六个所后处理厂的运行能够有效解决日本乏燃料贮存能力不足的现状,同时增强日本核燃料闭式循环的能力。

韩国
        韩国政府考虑国内外技术发展情况,采取延后作政策决定的乏燃料管理方式。2015年4 月22 日,韩、美初签的《原子能和平利用合作协议》新议定书对乏燃料管理、核燃料供应等方面进行了全面修改,为韩国开展乏燃料运输、贮存、后处理等各种基础研究活动提供了可能。
        2012 年,韩国发布了核废物管理政策,之后成立了核设施选址委员会,计划2024年前完成乏燃料集中贮存设施的建造。目前,韩国政府制定了地方政府、当地居民自愿申请,体现民主性、公开性以及为当地社区提供财政支持的选址策略,核设施选址工作正在按程序开展。
        截至2014 年12 月底,核电站乏燃料产生量约14001tHM。其中,压水堆乏燃料约8908tHM;重水堆乏燃料约5093tHM(干法贮存与湿法贮存量各占1/2)。除部分重水堆乏燃料贮存在月城核电站内的干法贮存设施外,其余乏燃料均在核电站的乏燃料水池在堆贮存。
        韩国电力公司和韩国水力与核能公司负责运营的压水堆核电站因场区空间不足,计划建设一个异地集中干法贮存设施,但因当地民众反对而搁浅。针对目前在堆水池容量不足的现状,一方面采取加密格架的方式,一方面采取转运的方式,以解决当前乏燃料暂存问题。

经验与启示
        乏燃料中间贮存成为乏燃料管理的重要环节。核电主要国家,无论是采用“一次通过”还是“乏燃料后处理”策略,在大多数核电站乏燃料在堆水池已满或接近满容,而后处理厂或放射性废物地质处置库建设滞后的情况下,都采取乏燃料大规模中间贮存的做法。我国于上世纪80年代确立了“热堆-快堆-聚变堆”三步走的核能发展战略,并坚持乏燃料后处理的政策。截至2015年11月11日,我国大陆在运核电机组已达27台,除秦山三期两台重水堆核电机组产生的乏燃料不需要后处理外,其余25 台压水堆核电机组共产生约3000tHM 的乏燃料。预测到2020年,我国大陆在运核电装机容量可达58GW,需离堆贮存或处理处置的乏燃料累积可达3500tHM。因此我国在后处理能力形成规模前,会有大量乏燃料需要进行长期的中间贮存。这是我国核燃料循环的一个重要阶段,也是乏燃料管理的一个关键环节。
        采取多元化的乏燃料贮存技术成为解决近期乏燃料中间贮存问题的重要选择。除了法国因有充裕的后处理能力而不采取干法贮存外,美国、俄罗斯、英国、韩国等国家均采取了乏燃料干法贮存,并建设干法贮存设施。对我国而言,秦山三期两台重水堆核电机组产生的乏燃料已采用了干法贮存技术。当前,掌握压水堆乏燃料的干法贮存技术,丰富乏燃料贮存手段,不仅可增加乏燃料临时贮存容量,保障核电站安全稳定运行,还可带动相关技术与装备的自主化,并为乏燃料后处理能力建设和快堆发展提供有效缓冲,确保我国核燃料循环战略稳步实施。
        有效的公众沟通是核设施选址工作顺利开展的关键所在。国外经验充分表明,公众知情与参与已经成为决定核废物管理计划能否获得成功,核设施选址工作能否取得成效的重要影响因素。目前,我国在后处理厂、中低放废物处置场、高放废物地质处置库等核设施选址方面进展缓慢,需要有更大的透明度和公众参与度。我国核电项目建设和运营过程中,对公共关系的重视程度普遍提高,已经采取了听证会、现场参观、与地方政府互动等方式加强与公众的沟通交流,可以此作为借鉴,尽早推动乏燃料中间贮存设施的选址。
        加强乏燃料专项资金的管理和有效使用。结合本国国情、核燃料循环策略等,各国均设立了核废物管理专项资金和机制,我国也于2010年发布实施了《核电站乏燃料处理处置基金征收使用管理暂行办法》,设立了乏燃料基金,2014年发布了《核电站乏燃料处理处置基金项目管理办法》。这些管理办法对乏燃料基金的征收使用、项目管理等相关内容进行了规定,但仍然缺少基金使用的实施细则及具体的运作机制。我国应借鉴、吸取国外核废物资金管理的经验与教训,加强乏燃料基金的管理与运作。
        做好乏燃料管理的顶层设计。各个国家对乏燃料的管理都有基本的政策立法或战略规划。对我国而言,首要的措施应是制定和完善乏燃料管理的相关政策与法规标准;在此基础上,从整体性、全局性、长远性的角度出发,编制乏燃料管理战略规划,统筹乏燃料运输、中间贮存、后处理等各环节的发展;同时,坚持远期需求与近期需求相结合,尽快明确乏燃料中间贮存的技术路线,做好与核电发展相匹配的乏燃料中间贮存和运输体系的规划部署,保障我国核电安全持续运行,并为商用后处理厂的建设提供更多缓冲空间。

(作者单位:中国核科技信息与经济研究院)

摘自《中国核工业》杂志2015年第12期
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