核電廠乏燃料干式貯存技術應用前景淺析

李高峰

中國原子能科學研究院 北京 102413

2017年，我國核電發(fā)電量2481億千瓦時，占全國總發(fā)電量的3.8%。根據(jù)核電發(fā)展規(guī)劃，到2020年，核電在運機組容量將達到8800萬千瓦。按照目前的核電發(fā)展趨勢，到2020 年，我國乏燃料的年產(chǎn)生量將超過1000 tU[1]。由于后處理技術尚未成熟以及大型地質埋藏庫尚未建成，給核電廠運行產(chǎn)生的乏燃料帶來了一定的貯存壓力。如何妥善處理和貯存核電廠運行過程中產(chǎn)生的乏燃料，對核電安全可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

1969年法國開始建造干式貯存設施，目前該國共有9個干式貯存設施，并得出該貯存方法安全性好、費用低、貯存靈活等優(yōu)點。1971年1月加拿大的Pickering核電廠建成第一座商用干式貯存設施，新設計的氣冷貯存模塊-400型在中國的秦山基地和羅馬尼亞的Cernavoda廠址均有使用[1]。1993年美國在南卡羅來納州奧科尼(Oconee)核電廠建成該國最大的干式貯存設施，有效解決了乏燃料水池貯存量接近飽和的問題，并在PWR、BWR堆得到了廣泛應用。1995年比利時投入運行的干式貯存設施，可以容納165個乏燃料容器，用以緩解國內(nèi)7個壓水堆核電廠產(chǎn)生乏燃料貯存問題。2000年俄羅斯在Kola半島建造了能貯存60000個乏燃料組件的干式貯存設施來增大乏燃料暫存能力。2011年3月福島核事故后，日本在陸奧地區(qū)開始啟動乏燃料干式貯存設施的建設。2016年，英國在賽茲韋爾B核電站建造的第一座干法貯存設施已經(jīng)投運。

目前，我國基本上都采用濕式貯存，秦山第三核電廠建立了國內(nèi)第一個乏燃料干式貯存設施，采用模塊式空氣冷卻貯存技術[2]。

2 干貯存方式簡介

干式貯存方法作為近年來發(fā)展迅速的乏燃料中間暫存方法，由于其具有的高安全性、占地面積小、貯存密度高、貯存靈活、低操作維護費用、建造周期短等優(yōu)點，被許多核電廠采用作為緩解乏燃料貯存壓力的一種有效方法。

2.1 衰變余熱導出

乏燃料組件在貯存過程中依靠設施空氣進出口處和內(nèi)部產(chǎn)生的溫度差形成空氣的自然對流，從而將乏燃料產(chǎn)生的衰變熱導出。

2.2 輻射屏蔽

乏燃料貯存過程中由貯存籃、圓柱形容器提供雙層密封，可以有效保持對放射性物質的包容。貯存籃、圓柱形容器及混凝土結構這三部分構成了三層生物屏蔽，可使工作人員或環(huán)境輻照劑量降至最低。

2.3 應用前景

由于干式貯存具有高安全性、運行維護成本低、占地面積小等優(yōu)點，因而當進行乏燃料中、長期中間暫存處理時干式貯存是一種不錯的選擇。在滿足系統(tǒng)排熱容量的前提下，干式貯存技術可以應用于重水堆、壓水堆、沸水堆等堆型運行過程中產(chǎn)生的乏燃料，同時作為一種相對靈活的貯存技術，可以在乏燃料后處理過程中發(fā)揮重要作用[3]。

圖2 乏燃料干式貯存設施輻射屏蔽

3 結語

目前我國大型乏燃料后處理廠及大型的地質埋藏庫尚未建成，核電廠運行過程中產(chǎn)生的乏燃料相當一部分還將繼續(xù)在核電廠內(nèi)暫存。為避免在運行的核電廠內(nèi)乏燃料貯存水池貯存量接近其飽和容量，提高乏燃料中間貯存容量的安全性、靈活性，具有高安全性、高貯存密度、經(jīng)濟性好、選址靈活、貯存過程中不產(chǎn)生二次核廢物等優(yōu)點的干式貯存方法，在未來我國乏燃料中間暫存過程中有廣闊的應用前景。