相反,中、低放废物和不需要按放射性标准处理的废物规模庞大。同样是1000兆瓦的机组,退役后这一部分废物的体积规模大约有10000立方米之多。据联合国环境规划署统计,不用受放射性管理限制的废弃物占总量的2/3以上,其余近1/3为退役核电站部件、带有放射性的混凝土废物和大量其他构筑物。(参见本刊2015年8月号刊登的《处理好的核废物辐射小于X光》一文。) 国际原子能机构对放射性废物的分类 建设之初就得筹划退役 根据国际原子能机构的数据,截至2014年底,全球永久关停的核电机组共有150台,包括美国33台,英国29台,德国27台,法国12台,日本11台,俄罗斯5台,正在退役的有98台,已经完成退役的只有不到20台。由于上世纪七八十年代是核电猛增时期,现役的438台机组中,有194台机组超过了30岁,52台机组超过了40岁。考虑到第三代核电站至少也是“90后”,这194台中老年机组几乎都是设计寿命40年的第二代核技术产物(极少数为第一代),这意味着未来10年,全球四成以上的机组可能面临关闭甚至退役。 比起上述国家的商用机组多是“70后”“80后”,我国的核电项目起步较晚,最老的大亚湾核电站1号机组也是1994年才投入运营的,只要运转正常,距离退役还有些时日。 当然,核电站退役可不能等船到桥头自然直。联合国环境规划署指出,每一次核设施退役都会面临特定的技术挑战,而这些挑战及其风险高低,取决于当年核电站的设计和建造方案,以及多年来的实际运营状况。以当今对核电的认识,退役本是建设之初就该提上日程的问题,但早期的核设施,由于人们当时对退役和废物管理问题的认识不足、安全标准低、经费缺乏、技术制约等因素,核能发展普遍“只管吃进肚,不管擦屁股”,埋下了不少隐患。 尤其冷战时期,以美国和苏联为首的一些国家大搞军备竞赛,遗留下了大批核设施和放射性污染场所。当时是以最快的速度拿出产品、尽早完成试验为主,再加上军用核项目牵扯国家利益和安全,不像商用核电站那样需要计较成本,也不操心核废物这些善后问题。 英国核设施退役局曾报告,部分核设施“没有关于核废物的详细记录,有些设施缺少可靠的设计图纸,并且许多都是一次性项目”。如今,美国能源部(DOE)已经对该国100多个核研究旧址展开核污染治理,如田纳西州的橡树岭国家实验室和华盛顿州的汉福特核原料生产基地等,预计2025年核污染清除面积将达到上千公顷。这就需要管理数百万立方米的废墟和受污染的土地,所投入的人力、技术和资金都相当庞大。 有了初期这些令人头疼的教训铺路,如今关于核设施退役安全的要求和标准完善了许多。退役已经作为一项需要周密计划的大工程,从选址开始,核电站的设计、建造和运行都要顾及退役时的便利性、经济性和安全性。国际原子能机构还规定,随着核设施不同时期的变化,退役方案要定期更新,至少要在计划关停机组提前两年拟定详细的退役方案。 带有放射性的核设施部件和构筑物被临时封装和储存 退役耗巨资 要提前存好钱 核电站退役离不开钱。这笔开支的大小主要与反应堆的类型、尺寸、位置、距离废弃物处理设施的距离以及原址未来的用途有关。世界核协会(WNA)官网有一组不同类型反应堆的退役成本,如果统一按1000兆瓦的装机容量来算,压水型反应堆(PWR)退役成本为2~5亿美元,俄罗斯水-水高能反应堆(VVER)约为3.3亿美元,沸水型反应堆(BWR)为3~5.5亿美元,加拿大重水反应堆(CANDU)为2.7~4.3亿美元,英国早期的镁诺克斯反应堆(Magnox)由于会带来更大量的放射性物质,成本高达26亿美元。这样的退役成本在整个机组运行费用中占比不小。联合国环境规划署的资料显示,核电规模最大的美国,每台机组退役的平均花费在5亿美元,差不多是初始投资成本的10%~15%。 因此,这就需要建立有效的退役经费筹措机制,确保退役实施的时候有钱可用。大多数有核电的国家一般以法律形式,规定退役费用的筹措机制及其使用方法。大致有3个套路:在核电站启用之前就把预计需要的退役资金提前存入一个独立账户;从用户缴纳的电费中提取一定比例,通过核电站几十年的运营逐步攒出足够的退役经费;核电企业购买一定额度的类似保险的担保基金,确保就算以后企业破产了也有钱来负担退役支出。 这些退役经费的管理很像住房公积金,不能想提就提,并有法律和制度做后盾,专款专用,防止“老弱病残”的核电站因为没钱退役而威胁周边环境和人身健康。 我国2003年颁布实施的《中华人民共和国放射性污染防治法》,就以法律形式规定了“核设施的退役费用和放射性废物处置费用应当预提,列入投资概算或者生产成本”(第二十七条)。 为了防止渗透污染,放射性废液必须先经过固化措施才能进一步处理。图为装有中等强度辐射的废液桶纵切面,此时的废液已经在混凝土层和桶壁的长期包裹下固化。 核电不再“顾头不顾腚” 核废物作为一种特殊的垃圾,现阶段处理起来有一个逃不开的难题——放射性原子的半衰期。每过一个半衰期,原子的放射性就减半一次。不同原子的半衰期差别很大,从几秒到千百年的都有,这是固有属性,基本只能通过耗时间的方式让它的放射性自然下降。不过,以人为方式用中子轰击那些放射性原子,也可以逼迫其更快衰变,这就是“人工核嬗变”。使出这一招,能让长半衰期原子在短时间内变成短半衰期原子,甚至变成无放射性的稳定原子,从而大大缩短处理周期并降低安全风险。 不过很遗憾,这项技术还在研究的路上,一旦推广将是整个核废物处理领域的巨大福音,对于核废物减量化意义非凡。 比起核电的经济性和安全性,核设施退役及核废物处置是个更令行业皱眉的问题。清华大学从事核能教学研究的老师刘学刚,用“核废物问题复杂”“核废物问题没有彻底解决”“熟悉核废物问题的专家不多”的三句话,来归纳这一领域的现状。 可喜的是,各核电国家对核设施退役已经高度重视,核电的发展已经告别了“顾头不顾腚”的年代。从以往退役活动的经验教训以及发达国家成功的退役案例来看,核电站是可以安全退役的,最终实现厂址无限制使用,在技术上也是完全可行的。 |
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