淺談我國乏燃料管理現(xiàn)狀

沈潔鋒

【摘 要】截止2018年底，我國已投入商業(yè)運(yùn)行的核電機(jī)組共計(jì)45臺，在建的核電機(jī)組共計(jì)11臺，籌備中的核電機(jī)組共計(jì)15臺。隨著核電的不斷發(fā)展，核電站每年卸出的乏燃料的長期、安全管理已成為我國核工業(yè)不得不面對的重大課題。本文對乏燃料的管理方式以及我國乏燃料管理的現(xiàn)狀進(jìn)行分析討論，總結(jié)當(dāng)前階段存在的主要問題并提出建議。

【關(guān)鍵詞】乏燃料管理;核循環(huán);后處理;中間貯存;乏燃料運(yùn)輸

中圖分類號： D922.67文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）24-0237-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.24.114

0 前言

自20世紀(jì)50年代中期全球首臺商用核電站投運(yùn)，核電已歷經(jīng)了半個多世紀(jì)的發(fā)展，其年發(fā)電量已占世界發(fā)電總量的17%。由于核電相對火電在大氣污染方面具有明顯的優(yōu)勢，積極發(fā)展核電已成為我國能源建設(shè)的一項(xiàng)重要方針，對優(yōu)化我國能源結(jié)構(gòu)、保障社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重大意義。截止2018年底，我國已投入商業(yè)運(yùn)行的核電機(jī)組共計(jì)45臺，裝機(jī)容量4590萬千瓦;在建的核電機(jī)組共計(jì)11臺，裝機(jī)容量1218萬千瓦;籌備中的核電機(jī)組共計(jì)15臺，裝機(jī)容量1660萬千瓦。根據(jù)《核電中長期發(fā)展規(guī)劃》，到2020年，我國在運(yùn)核電裝機(jī)容量將達(dá)到5800萬千瓦，在建核電裝機(jī)容量將達(dá)到3000萬千瓦。隨著核電的不斷發(fā)展，核電站每年卸出的乏燃料的長期、安全管理已成為我國核工業(yè)不得不面對的重大課題。

1 乏燃料管理方式

乏燃料指的是在核反應(yīng)堆中經(jīng)中子轟擊發(fā)生核反應(yīng)后，燃耗深度達(dá)到設(shè)計(jì)限值，從堆中卸出且不再在該反應(yīng)堆中使用的核燃料。乏燃料含有大量未消耗完的238U和235U，新生成的易裂變材料239Pu以及在輻照過程中產(chǎn)生的镎、镅、鋦等超鈾元素。目前，國際上關(guān)于乏燃料的主要處理方式包括以下兩種：

（1）一次性通過長期處置，亦稱開式燃料循環(huán)。即將乏燃料全部當(dāng)作核廢料，選擇地質(zhì)條件合適的處置點(diǎn)進(jìn)行深地質(zhì)長期存儲。代表國家有瑞典、加拿大、西班牙等，實(shí)際開工建設(shè)的僅有芬蘭波西瓦公司的翁卡洛乏燃料永久掩埋庫。

（2）閉式燃料循環(huán)。即通過化學(xué)方式，將乏燃料棒中剩余的鈾235、钚239、鈾238分離出來，重新制成燃料組件進(jìn)入反應(yīng)堆中使用;將剩余的高放廢物，通過高通量反應(yīng)堆嬗變?yōu)榉€(wěn)定的同位素;將無法嬗變的高放廢物通過玻璃固化后，選擇地址條件合適的處置點(diǎn)進(jìn)行深地質(zhì)長期存儲。閉式燃料循環(huán)相對一次性通過處置，一方面可以將鈾資源的利用率提高幾十倍，另一方面可以將高放廢物的體積壓縮為原來的四分之一，并將放射性水平降低一個數(shù)量級以上。代表國家有法國、英國、俄羅斯、印度、日本、中國等（美國也于2006年正式宣布采用閉式燃料循環(huán)方式）。

事實(shí)上，因?yàn)橐淮涡酝ㄟ^需要處置的乏燃料體量過大以及目前世界上擁有成熟閉式循環(huán)后處理技術(shù)的國家有限，大部分國家選擇中間貯存的方式將乏燃料進(jìn)行暫存。

2 我國乏燃料管理的方針和現(xiàn)狀

針對乏燃料的管理和處置，早在上世紀(jì)80年代，我國就確定了核燃料“閉合循環(huán)”和“核能發(fā)展必須相應(yīng)發(fā)展后處理”的技術(shù)路線，同時(shí)制定了‘中試規(guī)?！痉兑?guī)模—工業(yè)規(guī)模的乏燃料后處理產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線。1968年，我國第一座軍用后處理中間試驗(yàn)廠建成，實(shí)現(xiàn)了普雷克斯工藝流程;2010年，動力堆乏燃料后處理中間試驗(yàn)廠熱試成功，標(biāo)志著我國已掌握了乏燃料后處理工藝的核心技術(shù);2015年，核燃料后處理放化實(shí)驗(yàn)設(shè)施正式投入使用，為我國后處理科技水平提升提供了重要保障。

在大力發(fā)展自主乏燃料后處理技術(shù)的同時(shí)，我國政府也在積極尋求先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)和吸收。自2007年起就啟動了大型商用后處理廠的建造策劃，2009年、2015年先后與法國政府簽訂了《中法關(guān)于在中國建設(shè)乏燃料后處理/再循環(huán)工廠項(xiàng)目的聯(lián)合聲明》、《中法兩國深化民用核能合作的聯(lián)合聲明》，規(guī)劃以法國阿格燃料循環(huán)后處理中心和梅洛克斯燃料制造廠為原型在國內(nèi)建造年處理能力800噸的大型商用后處理廠。

此外，關(guān)于高放廢物的最終地質(zhì)處置，我國從1986年就啟動了選址工作。根據(jù)規(guī)劃，將在2020年前完成地質(zhì)研究和處置庫的選址、2040年前完成地下試驗(yàn)階段、本世紀(jì)中葉完成處置庫的建設(shè)。

3 我國乏燃料管理面臨的主要問題

隨著福建漳州1號/2號機(jī)組、廣東太平嶺1號/2號機(jī)組的獲批，經(jīng)歷了“三年零審批”的發(fā)展低潮后，核電在2019年迎來了重啟之年。伴隨而來的乏燃料管理問題也越發(fā)凸顯。

3.1 后處理能力建設(shè)滯后

完全自主知識產(chǎn)權(quán)的第三代核電——華龍一號的成功研發(fā)，標(biāo)志著我國核電技術(shù)水平已邁入了世界先進(jìn)行列，但與之相對應(yīng)的核循環(huán)后端——乏燃料后處理技術(shù)卻存在嚴(yán)重的滯后，成為制約核能發(fā)展的最大短板。截至目前，世界上已有9個國家掌握了乏燃料后處理技術(shù)、5個國家建有大型商用后處理廠，其中法國乏燃料后處理能力為1700噸/年、英國為1200噸/年、日本為1000噸/年、俄羅斯為400噸/年、印度為330噸/年。而我國尚未建成大型商用乏燃料后處理廠，只有一座50噸/年的動力堆乏燃料后處理中間試驗(yàn)廠。在后處理相關(guān)的高放廢物玻璃固化、關(guān)鍵工藝設(shè)備及材料、遠(yuǎn)距離維修和自動控制等方面，我國與國際先進(jìn)水平也有著不小差距。

3.2 離堆貯存能力不足

根據(jù)我國核電機(jī)組當(dāng)前的發(fā)展水平，預(yù)計(jì)到2020年，全國各核電站卸出的乏燃料累計(jì)將達(dá)到9000噸。到2030年，全國各核電站卸出的乏燃料累計(jì)將達(dá)到23500噸，離堆貯存需求達(dá)到15000噸以上。目前我國已建的離堆乏燃料濕法貯存水池遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足離堆貯存需求，大部分乏燃料只能暫存于核電站反應(yīng)堆內(nèi)的在堆貯存水池中，而秦山、大亞灣、田灣等已運(yùn)行多年的核電站在堆水池均已面臨飽和。乏燃料離堆貯存能力的不足極有可能帶來巨大的管理風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 乏燃料運(yùn)輸體系有待完善

我國當(dāng)前在運(yùn)和在建核電站主要分布在沿海地區(qū)，而已建成的離堆濕法貯存水池和乏燃料后處理廠均在西北腹地，乏燃料的離堆貯存和后處理需要經(jīng)過大規(guī)模、長距離的內(nèi)陸運(yùn)輸;中核清源公司作為國內(nèi)唯一授權(quán)負(fù)責(zé)乏燃料運(yùn)輸?shù)膶I(yè)化公司雖然具備了大亞灣核電站乏燃料運(yùn)輸經(jīng)驗(yàn)，但面對我國核電機(jī)型眾多、乏燃料品種不一、核電站布局分散的現(xiàn)狀，依然存在運(yùn)輸能力不足、運(yùn)輸容器單一、運(yùn)輸路線復(fù)雜等多方面的難題。此外，關(guān)于乏燃料運(yùn)輸?shù)姆煞ㄒ?guī)體系、事故應(yīng)急體系也有待進(jìn)一步完善。

4 結(jié)論和建議

隨著核電自主化能力的不斷增加，我國已逐步從核電大國邁向核電強(qiáng)國。發(fā)展核電的同時(shí)，相應(yīng)發(fā)展后處理，不僅能夠解決國內(nèi)乏燃料處置的需求，更將為我國核電出口、支援一帶一路建設(shè)提供更強(qiáng)的技術(shù)保障。政府、企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)應(yīng)該集中力量，推動后處理領(lǐng)域關(guān)鍵問題的解決，加快后處理能力和產(chǎn)業(yè)的建設(shè)。

4.1 加強(qiáng)公眾溝通，推動大型商用后處理廠的建設(shè)

2016年在連云港市爆發(fā)的反“核廢料廠”事件以當(dāng)?shù)卣讌f(xié)告一段落，公眾擔(dān)心后處理廠是“核廢料垃圾場”，建成后將接收全世界的“核廢料”永久儲存，這充分表明，在我國，涉核信息的披露和公眾溝通機(jī)制仍然缺失。隨著中法合作項(xiàng)目談判的不斷推進(jìn)，自主核循環(huán)科研不斷取得成果，不論是建設(shè)中法項(xiàng)目還是自主項(xiàng)目，都繞不過公眾的反核情緒。政府和企業(yè)應(yīng)該盡快建立并不斷完善核信息披露和公眾溝通機(jī)制，并做好輿情控制，盡快推動大型商用后處理廠的選址、審批和建設(shè)，從長遠(yuǎn)發(fā)展的角度，補(bǔ)齊核循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈的短板。

4.2 干濕貯存方式并行，提高中間貯存能力的建設(shè)

在現(xiàn)有中間貯存設(shè)施和核電站乏燃料水池趨于飽和，而大型商用后處理廠投用仍有十余年之久的現(xiàn)實(shí)情況下，積極探索中間臨時(shí)貯存技術(shù)和設(shè)施的進(jìn)一步發(fā)展是十分有必要的。秦山第三核電廠乏燃料臨時(shí)干式貯存設(shè)施的建成投用，充分表明除常規(guī)的濕式貯存方式以外，干式貯存從技術(shù)上也是切實(shí)可行的。我國乏燃料貯存一方面要加強(qiáng)濕法貯存能力的擴(kuò)容，另一方面也要同步開展干法貯存的深入探索和研究，進(jìn)一步提高我國乏燃料中間貯存的能力。

4.3 增強(qiáng)乏燃料運(yùn)輸能力，建設(shè)公海聯(lián)運(yùn)乏燃料運(yùn)輸體系

不論在哪里選址，乏燃料運(yùn)輸都是連接核電站和后處理廠以及最終地質(zhì)處置場的關(guān)鍵紐帶。大亞灣核電乏燃料的成功運(yùn)輸驗(yàn)證了乏燃料從廣東到甘肅的公路運(yùn)輸能力，同時(shí)也暴露出了一系列問題。在成功研制龍舟—CNSC乏燃料運(yùn)輸容器的基礎(chǔ)上，應(yīng)該繼續(xù)加大科研力度，研發(fā)適用于不同堆型乏燃料運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)輸容器;充分考慮沿海核電的分布，盡快建立乏燃料公海聯(lián)運(yùn)體系，提高運(yùn)輸效率;同時(shí)，針對乏燃料運(yùn)輸，持續(xù)完善配套法律法規(guī)和事故應(yīng)急體系，確保乏燃料運(yùn)輸有章可循、有法可依。

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