隨著核電運行,燃料中裂變核素鈾逐步消耗,不足以維持裂變反應(yīng),從反應(yīng)堆中取出的燃料稱為乏燃料,或輻照過的燃料。把已經(jīng)使用的 3%-4%的鈾廢料(乏燃料),以化學(xué)方法將鈾和钚從裂變產(chǎn)物中分離出來,稱為乏燃料再溶解和后處理技術(shù),這也是核燃料循環(huán)后段中最關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)。
典型的鋼制乏燃料運輸容器由容器本體及兩端的減震器組成,容器本體主要由容器蓋、筒體、吊籃、提升裝置、翻轉(zhuǎn)裝置組成,需經(jīng)過γ 屏蔽試驗、壓力試驗、熱傳導(dǎo)試驗、密封性試驗、翻轉(zhuǎn)靜置試驗等。
乏燃料運輸容器的研發(fā)設(shè)計比新燃料、六氟化鈾運輸容器難度更大,除需要確保次臨界安全外,因其具有放射性和衰變熱,所以還要保證正常運輸工況和運輸中事故工況下的安全。為達(dá)到安全運輸目的,容器中需要中子吸收材料保證次臨界安全;需要具有足夠的屏蔽厚度和適當(dāng)?shù)钠帘尾牧蟻砥帘桅幂椛浜椭凶虞椛?;要具有良好的散熱結(jié)構(gòu),以便及時將衰變熱導(dǎo)出,防止組件包殼的溫度過高;同時要能夠有效地阻擋外部熱量傳入,使容器能夠在半小時持續(xù) 800 攝氏度高溫條件下確保安全。除此以外,容器還要具備吸收沖擊的減震結(jié)構(gòu),能夠確保在 9 米跌落和 1 米貫穿的條件下,保持容器的包容完整并滿足設(shè)計功能。
目前,國內(nèi)從事乏燃料運輸容器生產(chǎn)的企業(yè)主要有大連寶原核設(shè)備有限公司、西安核設(shè)備有限公司。其中前者生產(chǎn)型號主要為 RY-IA/IB 等乏燃料運輸容器,西安核設(shè)備有限公司制造 CNSC 乏燃料運輸容器。
此外,乏燃料貯存容器也是不可忽視的關(guān)鍵設(shè)備。據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù),2020年我國乏燃料產(chǎn)量威 1298 噸,累計量 8718 噸,預(yù)計到 2030 年,我國每年將產(chǎn)生乏燃料近 2637 噸,累積產(chǎn)生乏燃料約 28285 噸,而目前我國乏燃料處理能力僅為50 噸/年,尚未形成規(guī)?;θ剂虾筇幚砟芰?。因此,在解決后處理問題前,乏燃料的貯存可以解決燃眉之急。
目前,我國乏燃料的貯存分為濕法和干法貯存,濕法主要是將乏燃料組件存放在核電站內(nèi)的貯存水池內(nèi),干法則是將乏燃料放置在混凝土或金屬制成容器內(nèi)。目前,上海阿波羅已在乏燃料干法貯存容器領(lǐng)域有成品交付,2020 年 12 月,公司生產(chǎn)的干法貯存容器發(fā)往田灣核電站。
乏燃料運輸容器市場空間測算:
1)需求量:根據(jù)前文,目前我國在運 53 臺機組大約需要 8321 個燃料組件,按照每年更換掉約三分之一的燃料組件(即乏燃料)計算,大約每年產(chǎn)生 2774組乏燃料組件。根據(jù)中國核工業(yè)報、深圳立木信息咨詢,一般一個乏燃料運輸容器每年最多可以運輸 4 次,但由于氣候條件、路程較遠(yuǎn)等原因,每年實際運輸僅有 2 次。目前,我國生產(chǎn)的乏燃料運輸容器還處于初級階段,這里我們?nèi)匀话凑?/p>
進口乏燃料運輸容器容量計算。根據(jù)立鼎產(chǎn)業(yè)研究網(wǎng),我國進口的 2 臺 NAC-STC 型號和 1 臺 Hi-star60 型商業(yè)壓水堆乏燃料運輸容器,單臺容量分別為 26組、12 組。保守估計,我們按照 Hi-star60 容量計算,以及每年運輸 2 次計算,每個容器每年可以運輸 24 組組件。按照國產(chǎn) CNSC 乏燃料運輸容器運輸能力計算,按照乏燃料在核電站冷卻 3-5 年外運集中貯存或進行后處理,則當(dāng)前每年乏燃料的產(chǎn)量對應(yīng)未來 3-5 年后,乏燃料運輸容器需求量約為 115 個。
2)價值量:根據(jù)立鼎產(chǎn)業(yè)研究網(wǎng)、深圳立木信息咨詢數(shù)據(jù),我國從美國采購的 2 臺NAC-STC 型號單價約為 3000 萬美元(合人民幣約 2.1 億元人民幣),法國乏燃料運輸容器制造商 Robatel Industries 公司的一臺小型容器,售價也在 1 億元左右。
這里,假設(shè)國產(chǎn)乏燃料運輸容器價格在 5000 萬元,則當(dāng)前每年乏燃料的產(chǎn)量對應(yīng)未來 3-5 年乏燃料運輸容器市場規(guī)模約為 58 億元。