《中國核能行業(yè)智庫叢書（第三卷）》已完成出版發(fā)行，這是一本發(fā)產業(yè)先聲的智慧文萃，是行業(yè)專家們從不同角度、不同深度對產業(yè)前途命運進行思考的思想文庫。即日起，協(xié)會微信公眾號將精選部分文章與廣大讀者共享。今天推出的文章是《我國壓水堆核電站乏燃料離堆貯存的規(guī)劃研究》。

    第一作者:劉敏

    中核戰(zhàn)略規(guī)劃研究總院副研究員，長期從事核行業(yè)戰(zhàn)略規(guī)劃與政策體制方面的研究工作。自2011年工作以來，先后獲得國防科技工業(yè)企業(yè)管理創(chuàng)新二等獎、中核集團科學技術二等獎、中核集團管理提升二等獎、中國核能行業(yè)協(xié)會科學技術三等獎各1項，以第一作者公開發(fā)文14篇，曾被評為“中核集團公司信息工作先進個人”。

    文章摘要

    我國于20世紀80年代確立了“熱堆—快堆—聚變堆”三步走的核能發(fā)展戰(zhàn)略，堅持乏燃料后處理的國策。在個別核電站乏燃料在堆水池已滿或接近滿容，而乏燃料后處理廠及配套水池建設滯后的情況下，乏燃料離堆貯存成為乏燃料安全管理的重要一環(huán)。本文基于我國壓水堆核電站乏燃料產生、貯存現(xiàn)狀及乏燃料離堆貯存面臨的主要問題，結合核電發(fā)展現(xiàn)狀與未來發(fā)展規(guī)模，對壓水堆核電站乏燃料未來離堆貯存需求按高、低情景分別測算分析，提出核電站乏燃料離堆貯存的規(guī)劃思路與建議，以供參考。

我國壓水堆核電站乏燃料離堆貯存的規(guī)劃研究

    20世紀80年代，我國確立“乏燃料必須進行后處理”的核燃料閉式循環(huán)方針政策。然而，迄今尚未形成商業(yè)乏燃料后處理生產能力。隨著田灣、大亞灣等部分核電站乏燃料水池的逐漸滿容，需要采取乏燃料離堆貯存的方式。乏燃料的離堆貯存不僅可保障核電站安全穩(wěn)定運行，還可為后處理能力建設和快堆發(fā)展提供有效緩沖，確保我國核燃料循環(huán)戰(zhàn)略穩(wěn)步實施。

    隨著核電站運行堆年的增加，乏燃料離堆貯存問題日益突出。新形勢下，圍繞我國核電站乏燃料離堆貯存工作，對乏燃料離堆貯存技術路線、設施規(guī)劃布局等方面應科學規(guī)劃、盡早明確，這對保障核電及核燃料循環(huán)后段健康可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

    1.我國壓水堆核電站乏燃料產生及貯存現(xiàn)狀

    1.1 乏燃料產生及貯運情況

    截至2019年12月底，大陸在運核電站已累計產生乏燃料約5671tHM，其中5225tHM 貯存在乏燃料在堆水池，其余446tHM貯存在中核四○四有限公司后處理中試廠水池中或進行了后處理。

    1.2 乏燃料貯存現(xiàn)狀

    中核四〇四有限公司建設后處理中試廠時，配套建設了我國第一座乏燃料離堆貯存設施，貯存能力為500 tHM，已貯存大亞灣核電站乏燃料約446tHM，基本滿容。擴建完成貯存能力為800tHM 的乏燃料貯存水池，目前正在運行。隨著后處理廠示范廠開工建設，配套的乏燃料貯存水池已開工建設，規(guī)劃容量為1200t。800t/a的商用后處理廠廠址尚未明確，與之配套的乏燃料貯存水池規(guī)模容量設計為6000t，首期建設規(guī)模為3000t。

    考慮到現(xiàn)有乏燃料離堆濕法貯存能力，以及商用乏燃料后處理廠選址的不確定性，為應對壓水堆核電站乏燃料在堆水池即將滿容的情況，避免核電站停堆的風險，部分核電站已經開始建設乏燃料干法貯存設施。目前，田灣、大亞灣核電站廠區(qū)正在建設乏燃料干法貯存設施，規(guī)模分別為400tHM、150 tHM，均采用混凝土模塊的干法技術路線。

    2 面臨的主要問題

    2.1 相關法規(guī)標準缺失

    《原子能法》正在征求意見。《乏燃料管理法》《乏燃料管理條例》至今尚未出臺。由于缺少一些基本大法，各行政主管部門的部門規(guī)章無法系統(tǒng)、配套制定， 乏燃料管理所涉及的核電業(yè)主、乏燃料承運及接收貯存單位等各方責權邊界不清晰，具體工作推進困難。乏燃料基金管理缺少具體實施細則，尚未建立基金征收使用評價標準、基金保值增值機制以及對重大項目的評價機制等，缺少后段成本風險控制措施和手段。

    2.2 乏燃料貯存技術科研有待加強

    從長遠來看，核電站運行產生的乏燃料無法在短期內全部及時后處理，只能采取中間貯存的方式作為后處理前的有效緩沖。目前，缺少對乏燃料干法貯存技術的研發(fā)儲備，干法貯存技術自主化科研及容器制造處于準備階段。

    2.3 乏燃料離堆集中貯運設施廠址不確定

    由于商用后處理廠廠址尚不明確，與后處理廠配套的乏燃料貯存設施無法開工建設，未來乏燃料大規(guī)模離堆集中貯存的去向不明確。

    2.4 廠址選擇面臨公眾接受的挑戰(zhàn)

    國外經驗充分表明，有效的公眾溝通與參與是乏燃料管理工作取得成效的關鍵因素。我國不論在后處理廠選址、放射性廢物處置場選址，還是未來離堆貯存設施選址方面，均面臨公眾是否接受的現(xiàn)實問題，可能會影響項目順利落地。

    3.未來離堆貯存需求預測

    3.1 核電發(fā)展現(xiàn)狀與未來發(fā)展規(guī)模預測

    截至2019年12月底，我國大陸在運核電機組47臺，在運裝機容量約4875.1萬千瓦；在建12臺，在建裝機容量約1259萬千瓦。按照核電發(fā)展規(guī)劃及相關預測，到 2020年，大陸在運核電裝機容量可達5800萬千瓦。按照每年平均新開工建設8臺核電機組預測，到2025 年，在運核電機組將達9000萬千瓦，在建機組3000-4 000萬千瓦。到2035年，在運核電裝機容量1.5億千瓦左右，在建4000萬千瓦。到2050年，在運核電裝機容量約3億千瓦左右。

    3.2 未來壓水堆核電站乏燃料離堆貯存需求預測

    3.2.1 乏燃料產生量測算

    隨著核電機組的陸續(xù)建成和投運，乏燃料產生和累積量逐年上升（圖 1）。在不考慮秦山三期重水堆、山東石島灣高溫氣冷堆產生的乏燃料的前提下，在運、在 建機組按照實際計劃計算乏燃料，還未開工的機組按每100萬千瓦年產生乏燃料21t計算，新建機組按照 AP1000每年產生乏燃料26.5t計算，對乏燃料年產生量、產生積累量進行測算。從圖1可看到，到2020 年，乏燃料年產生量、產生累積量分別達1100t、7 800t；到2035年，乏燃料年產生量、產生累積量分別達2000t、34600t；到2050年，乏燃料年產生量、產生累積量分別達6600t、110000t。

    3.2.2 乏燃料離堆貯存量測算

    乏燃料從核電站反應堆卸出后，首先在乏燃料水池在堆冷卻一定時間，以降低乏燃料的衰變熱和放射性。20世紀60-70年代的反應堆設計考慮到幾年后將冷卻的乏燃料運往后處理廠，因此早期乏燃料在堆貯存水池的設計容量較小。后 來由于后處理發(fā)展速度相對滯后，后期建設的核電機組乏燃料貯存設計容量增大， 貯存時間擴展為10年、15年甚至20年。

    為保證核電站運行安全，乏燃料在堆貯存水池至少必須保證有一個堆芯和三分之一換料的安全裕量。鑒于此，本文基于乏燃料在堆冷卻滿10年后離堆貯存的前提假設，對乏燃料年離堆貯存量、離堆貯存累積量進行預測（圖 2）。

    從圖2可看到，到2020年，我國乏燃料年離堆貯存量、離堆貯存累積量分別達 190 t、1 709 t；到2025年，乏燃料年離堆貯存量、離堆貯存累積量分別達440t、3200t；到2030年，乏燃料年離堆貯存量、離堆貯存累積量分別達1080t、7440t；到2035年，乏燃料年離堆貯存量、離堆貯存累積量分別達1460t、13900t；到2050年，乏燃料年離堆貯存量、離堆貯存累積量分別達 4400t、58800t。

    3.2.3 離堆貯存需求分析

    某一時間節(jié)點的乏燃料離堆貯存累積量減去截至這一時間節(jié)點乏燃料的離堆貯存能力和乏燃料的后處理量，即截至該時間節(jié)點實際需要離堆貯存的乏燃料量—乏燃料離堆貯存需求量。

    本文中的乏燃料離堆貯存需求按照高情景、低情景分別測算分析。高情景分析的前提條件是正在運行的后處理中試廠及配套水池持續(xù)運行，規(guī)劃中的后處理廠和離堆貯存設施均能按照規(guī)劃的時間節(jié)點建成投運；低情景分析則是基于正在運行的后處理中試廠及配套水池正常持續(xù)運行，規(guī)劃中的后處理廠和離堆貯存設施均比規(guī)劃的時間節(jié)點推遲5年建成投運的前提條件進行測算。

    （1）高情景分析

    假設在運的后處理中試廠及配套水池正常運行，規(guī)劃中的后處理廠和乏燃料離堆貯存設施均能按照規(guī)劃的時間節(jié)點建成投運，即乏燃料中試廠配套的1300t水池正常運行；2020年，后處理示范廠配套的1200t水池投運，田灣和大亞灣核電站550t的干法貯存設施投運；2025年，秦山核電站510t的干法貯存設施投運，后處理示范廠建成投運；2030年，800 t/a后處理廠配套水池首期工程3000t建成運行；2035年，800t/a后處理廠建成調試，800t/a后處理廠配套水池二期工程3000t 建成運行。根據以上規(guī)劃的時間節(jié)點，結合乏燃料在堆冷卻滿10年后離堆貯存測算條件下的乏燃料離堆貯存累積量，對乏燃料離堆貯存需求進行預測。

    乏燃料離堆貯存累積量與后處理能力、離堆貯存能力的對照如圖3所示。按照圖3相關假設和前提條件，經測算，2030年前的乏燃料離堆貯存能力和后處理能力能夠滿足乏燃料離堆貯存需求。到2035年，乏燃料離堆貯存累積量與后處理量、離堆貯存能力間存在約2400t缺口。

    （2）低情景分析

    假設在運的后處理中試廠及配套水池正常運行，在建的田灣、大亞灣、秦山核電站的干法貯存設施，后處理示范廠、800t/a后處理廠的配套水池均按計劃建成投運，后處理示范廠、800t/a后處理廠均比規(guī)劃的時間節(jié)點推遲5年建成投運，結合乏燃料在堆冷卻滿10年后離堆貯存測算條件下的乏燃料離堆貯存累積量，對乏燃料離堆貯存實際需求進行預測。

    乏燃料離堆貯存累積量與后處理能力、離堆貯存能力的對照如圖4所示。按照圖4相關假設和前提條件，經測算，2025年前的乏燃料離堆貯存能力和后處理能力能夠滿足乏燃料離堆貯存需求。到2030年，乏燃料離堆貯存累積量與后處理量、離堆貯存能力間存在約 670t缺口。到2035年，乏燃料離堆貯存累積量與后處理量、離堆貯存能力間存在約3200t缺口。

    從以上高情景、低情景兩種狀態(tài)分析對比來看，后處理示范廠、800t/a后處理廠兩座后處理廠的投運時間直接影響乏燃料離堆貯存的實際需求。在高情景下，2030年前乏燃料離堆貯存能力和后處理能力能夠滿足乏燃料離堆貯存的需求。到2035年，約2400t乏燃料需要妥善離堆貯存。在低情景下，到2030年，約670t乏燃料需要妥善離堆貯存；到2035年，約3200t乏燃料需要妥善離堆貯存?？梢灶A見的是，2035年左右，考慮建設獨立于乏燃料后處理廠的乏燃料集中離堆貯存設施成為滿足乏燃料較長時間的離堆貯存需求，解決乏燃料離堆貯存去向的有效選擇。

    4.我國乏燃料離堆貯存的規(guī)劃思路與相關建議

    隨著核電站規(guī)?；ǔ赏哆\，部分核電站卸出的乏燃料已接近或超出乏燃料 在堆貯存水池容量。未來很長一段時間，乏燃料后處理廠的后處理能力及配套水池無法滿足離堆貯存的需求。后處理廠建成前，需要先建造乏燃料離堆貯存設施， 對在核電站水池冷卻滿足一定時間后需要離堆貯存的乏燃料，進行較長時間的中間貯存。

    4.1 總體思路建議

    堅持核能發(fā)展“三步走”戰(zhàn)略和核燃料閉式循環(huán)政策，建立與核工業(yè)發(fā)展相適應的乏燃料離堆貯存設施布局和貯存能力體系，實現(xiàn)核電站乏燃料較長時間的中間貯存和安全管理。考慮到乏燃料運輸?shù)慕洕院桶踩?，乏燃料離堆貯存設施宜集中布局，在靠近乏燃料后處理廠或者在核電站分布相對集中的地區(qū)開展貯存設施的選址和建設；發(fā)展干法與濕法相結合的乏燃料離堆貯存技術，積累干法貯存設施建設和運維經驗。2035年前，形成以乏燃料濕法貯存為主、干法貯存為輔， 設施布局相對集中的乏燃料貯存能力體系，為核電、核燃料循環(huán)產業(yè)的持續(xù)發(fā)展提供強有力保障。

    4.2 相關工作建議

    4.2.1 加強乏燃料離堆貯存工作的統(tǒng)籌部署

    乏燃料離堆貯存成為我國乏燃料管理的重要一環(huán)。建議結合離堆貯存需求的高情景、低情景測算分析，根據新的形勢變化和工作需求，進一步明確乏燃料離堆貯存的技術路線、貯存設施規(guī)劃和布局。從國際經驗與教訓來看，乏燃料離堆貯存設施宜相對集中。結合我國現(xiàn)實情況，建議濕法離堆貯存設施宜靠近商用后處理廠建設運營；干法離堆貯存設施可在靠近商用后處理廠或核電站分布相對集中的區(qū)域建設運營，便于乏燃料集中運輸和設施集群化管理。

    4.2.2 積極開展廠址選擇

    乏燃料離堆貯存體系是乏燃料后處理廠與核電安全可持續(xù)發(fā)展的保障，必須確保乏燃料離堆貯存能力的充足和可靠。考慮到乏燃料離堆貯存能力建設同樣面臨選址、建設等時間上的不確定性，因此必須在規(guī)劃上適度超前，積極推動乏燃料離堆貯存設施選址，尤其是盡可能規(guī)避選址面臨的“鄰避效應”，盡早解決廠址資源問題，為未來乏燃料大規(guī)模的離堆貯存提供重要保障。

    4.2.3 豐富乏燃料離堆貯存技術手段

    掌握壓水堆核電站乏燃料的干法貯存技術，推進乏燃料離堆貯存技術多元化發(fā)展，不僅可增加乏燃料臨時貯存容量，保障核電站安全穩(wěn)定運行，還可帶動相關技術與裝備的自主化，并為商用后處理廠建設和快堆發(fā)展提供緩沖空間。

    4.2.4 推進乏燃料干法貯存容器的國產化

    乏燃料干法貯存在國內外均有較大的市場空間，設施及設備的設計、制造、運行維護、退役治理等將形成一個產業(yè)鏈。干法貯存技術核心在于貯存容器，而目前我國干法貯存容器的研制尚處于起步階段。不僅要引進干法貯存技術和貯存容器，更要結合我國在干法貯存設施設計、容器研究制造等方面的現(xiàn)有基礎，強化技術的消化吸收再創(chuàng)新，大力推進干法貯存容器制造的國產化、自主化。

    4.2.5 健全完善乏燃料管理的專門法律

    為加強核電站乏燃料的安全管理，確保乏燃料貯存、運輸、后處理及高放廢物地質處置安全，保障核能健康可持續(xù)發(fā)展，建議加快《原子能法》的出臺步伐，制定人大層面的乏燃料管理法或者國務院層面的乏燃料管理條例。通過立法，明確乏燃料管理的責任主體，對乏燃料及其后處理產品的歸屬，乏燃料離堆貯存技術選擇、貯存設施布局、貯存設施選址中地方政府的職責、乏燃料處理處置基金管理、公眾接受等重大的關鍵性問題作出規(guī)定。（作者：劉敏 張紅林 石磊 劉洪軍）