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全球核废料处理行业发展总况及主要国家发展现状、经验借鉴分析

发布时间:2020-06-29  来源:立鼎产业研究网  点击量: 61 

——全球核废料处理行业概述

对于乏燃料的处理方式,从世界范围来看,大部分国家都是走的闭式循环后处理路线,特别是一些将来准备大力发展核电的国家,如中国、韩国、印度、俄罗斯、法国等;一些核电占比较小,暂时没有建立后处理厂意愿的国家,则是通过购买其他国家的后处理服务来处置乏燃料,如意大利、比利时、瑞士等。还有一些新发展核电的国家,如阿联酋、沙特、越南,虽然还没有建立起正式运行的反应堆,但他们仍需要论证并向公众解释将来如何处置乏燃料的问题。

美国、加拿大、芬兰、瑞典等国实施的是“一次通过”方案,美国最早着手实施这个方案,但由于遭到尤卡山深层地质处置库所在州的反对,此方案在 2009年被中止,现在陷入僵局中。芬兰是世界上第一个将此方案落实的国家,2015 11月,芬兰政府允许波西瓦(Posiva)公司在埃乌拉约基场址建设一座乏燃料地质处置库。

主流核电国家乏燃料后处理厂现状:法国技术世界领先


资料来源:公开资料整理

世界各国中低放废物处置场


资料来源:公开资料整理

——全球核废料处理产业主要国家运行形势分析

一、美国

美国也是核电大国,现运行着世界上最多的核电机组,共 99 台,装机容量9899 万千瓦,2014 年美国核电占全国发电总量的 19.5%,每年产生约 2500 吨乏燃料。

在处理路线选择上,2009 年以前,美国采取的是“一次通过”战略,乏燃料从反应堆卸载出来,在电站水池中冷却一段时间后,计划直接运送到位于尤卡山的永久放射性废物处置场进行处置。2009 年尤卡山计划中止后,美国对乏燃料处理的方案陷入分歧和僵局,是否重启该计划还处于争论中,截至目前尤卡山还未投入运行,大量的乏燃料仍处于在堆或离堆暂存状态,美国在“一次通过”战略和观望战略之间摇摆。对于中低放废物,美国采用的是相对廉价的陆地浅埋等处理技术,目前美国有 9 个中低放废物地表处置库在运行,分布于田纳西、新墨西哥、华盛顿和乔治亚等州。

二、欧洲

乏燃料闭式循环法后处理模式上,法国走在世界前列。当前法国拥有世界上最完善的后处理产业,以及最大的乏燃料处理能力。法国现在的商业后处理厂集中在阿格中心,该处理中心位于法国西北部港口城市瑟堡以西 25 公里处,毗邻英吉利海峡,海峡中的洋流从南向北流动,使该处理中心具有较高的风险分散能力。阿格中心目前有 UP2-800 UP3 两个后处理车间,两个厂的年处理能力均为 800吨,总处理能力达 1600tU/年,每年仅乏燃料处理就创造 13-17 亿美元收入。

阿格中心对乏燃料的处理分为三步:第一步是接收。从反应堆卸载出来的乏燃料仍具有较高的温度和放射性,需要存在厂房水池中冷却几年,之后通过特殊容器和运输路线,运送到阿格处理中心接收场地。

第二步是贮存。接收的乏燃料元件还需要存在处理厂专用水池中再存放几年。第三步是处理。即把乏燃料元件切成碎段扔进酸液里溶解,分离出铀、钚和其他裂变性产物,再按照放射性高低依次对不同产物进行分离。铀、钚用于回收利用,其他裂变产物等高放废物通过玻璃固化的方式封存,而对于放射性水平较低的元件包壳、端塞以及其他结构材料,则采取压实法进行处理。

最后,处理过的废物经过短期储存后,发送至存放厂进行最终处置。高放废料采取深层地质处置方法,运送至人工岩洞中进行贮存(500-1000 米);中低放废物则采取陆地浅埋方法处理(小于 100 米),

三、日本

截止福岛核事故之前,日本在运核电机组有 43 台,共 4048 万千瓦,每年产生上千吨乏燃料。而日本的乏燃料处理能力较弱,只有一个试点能进行乏燃料处理,该试点-日本核燃料循环开发机构(即现在的日本原子能机构)每年仅能处理 90 吨乏燃料,且今后可能会因面临高额升级费用而选择关闭。日本大量乏燃料的处理方式主要分两个阶段:第一阶段是 1998 年之前,日本主要是花钱请法国和英国进行处理,到1998 年为止,英国核燃料公司和法国阿海珐公司分别累计为日本处理了 4193 吨、2944 吨乏燃料,处理完产生的放射性废物则陆续装船运回日本国内暂存。第二阶段是 1998 年以后,日本核电站运营产生的乏燃料不再外运,都是存储在电厂内水池中,还有少部分运送到东海的乏燃料贮存中心贮存。

2013年底,日本的18个核电站厂房乏燃料水池中一共存有13,236吨乏燃料,占水池容量的 55%。日本核燃料公司在六所村的乏燃料储存容量是3000 吨,到2014 5 月已达到 2951 吨,目前预计已经饱和。

而日本正在建造的青森县六所村后处理厂年处理能力为 800 吨铀,其水池贮存能力为 3000 吨,并能贮存从英国和法国后处理厂返回日本的放射性废物。六所村后处理厂包括乏燃料接收与贮存(正在运行)、首端、主工艺和废物处置与贮存车间。其工艺厂房的设计主要引进法国的技术,也采用了英国和西德的一些技术,并尽可能地使用本国技术。全部辅助设施都使用国内技术,而且全部厂房的设备包括主工艺线也都采用本国制造的设备,以利于建立日本自己的后处理技术体系。

从世界各国对比来看,目前中国乏燃料后处理所面临的境况和日本有三大相似点。一是虽然中国和日本都具有一定的乏燃料后处理技术,但都是小规模试点厂,并没有大规模商业化运行经验。二是两国都选择了和法国阿海珐公司合作建厂,两国新厂年处理能力均设计为 800t 吨,与法国阿格中心的 UP3 厂相当,可以看出两国后处理都是复制阿海珐公司成熟的技术和经验。三是中日两国都面临着乏燃料离堆贮存的急迫情形。日本自 1998 年之后乏燃料没有再委托其他国家处理过,都是运到六所村后处理厂接收,等待处理。然而由于后处理厂投运时间延期,六所村接收的乏燃料已经快达到其容量上限,日本已大规模采用干式离堆贮存方式。到 2025 年,中国有 3,000 吨乏燃料需要新的方式进行离堆贮存。日本的乏燃料暂存、处置方式将为中国提供经验借鉴。


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