文章摘要：

我國于20世紀(jì)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(jiān)持乏燃料后處理的國策。在個(gè)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(shè)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(chǎn)生、貯存現(xiàn)狀及乏燃料離堆貯存面臨的主要問題，結(jié)合核電發(fā)展現(xiàn)狀與未來發(fā)展規(guī)模，對(duì)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(cè)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。

20世紀(jì)80年代，我國確立“乏燃料必須進(jìn)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(chǎn)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(yùn)行，還可為后處理能力建設(shè)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(shí)施。

隨著核電站運(yùn)行堆年的增加，乏燃料離堆貯存問題日益突出。新形勢(shì)下，圍繞我國核電站乏燃料離堆貯存工作，對(duì)乏燃料離堆貯存技術(shù)路線、設(shè)施規(guī)劃布局等方面應(yīng)科學(xué)規(guī)劃、盡早明確，這對(duì)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(shí)意義。

1.   我國壓水堆核電站乏燃料產(chǎn)生及貯存現(xiàn)狀

1.1   乏燃料產(chǎn)生及貯運(yùn)情況

截至2019年12月底，大陸在運(yùn)核電站已累計(jì)產(chǎn)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(jìn)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(shè)后處理中試廠時(shí)，配套建設(shè)了我國第一座乏燃料離堆貯存設(shè)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(kuò)建完成貯存能力為800tHM 的乏燃料貯存水池，目前正在運(yùn)行。隨著后處理廠示范廠開工建設(shè)，配套的乏燃料貯存水池已開工建設(shè)，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(shè)計(jì)為6000t，首期建設(shè)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(yīng)對(duì)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(fēng)險(xiǎn)，部分核電站已經(jīng)開始建設(shè)乏燃料干法貯存設(shè)施。目前，田灣、大亞灣核電站廠區(qū)正在建設(shè)乏燃料干法貯存設(shè)施，規(guī)模分別為400tHM、150 tHM，均采用混凝土模塊的干法技術(shù)路線。

2   面臨的主要問題

2.1   相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)缺失

《原子能法》正在征求意見?！斗θ剂瞎芾矸ā贰斗θ剂瞎芾?xiàng)l例》至今尚未出臺(tái)。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(yùn)及接收貯存單位等各方責(zé)權(quán)邊界不清晰，具體工作推進(jìn)困難。乏燃料基金管理缺少具體實(shí)施細(xì)則，尚未建立基金征收使用評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、基金保值增值機(jī)制以及對(duì)重大項(xiàng)目的評(píng)價(jià)機(jī)制等，缺少后段成本風(fēng)險(xiǎn)控制措施和手段。

2.2   乏燃料貯存技術(shù)科研有待加強(qiáng)

從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，核電站運(yùn)行產(chǎn)生的乏燃料無法在短期內(nèi)全部及時(shí)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(duì)乏燃料干法貯存技術(shù)的研發(fā)儲(chǔ)備，干法貯存技術(shù)自主化科研及容器制造處于準(zhǔn)備階段。

2.3   乏燃料離堆集中貯運(yùn)設(shè)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(shè)施無法開工建設(shè)，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(jīng)驗(yàn)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(guān)鍵因素。我國不論在后處理廠選址、放射性廢物處置場(chǎng)選址，還是未來離堆貯存設(shè)施選址方面，均面臨公眾是否接受的現(xiàn)實(shí)問題，可能會(huì)影響項(xiàng)目順利落地。

3.   未來離堆貯存需求預(yù)測(cè)

3.1   核電發(fā)展現(xiàn)狀與未來發(fā)展規(guī)模預(yù)測(cè)

截至2019年12月底，我國大陸在運(yùn)核電機(jī)組47臺(tái)，在運(yùn)裝機(jī)容量約4875.1萬千瓦；在建12臺(tái)，在建裝機(jī)容量約1259萬千瓦。按照核電發(fā)展規(guī)劃及相關(guān)預(yù)測(cè)，到 2020年，大陸在運(yùn)核電裝機(jī)容量可達(dá)5800萬千瓦。按照每年平均新開工建設(shè)8臺(tái)核電機(jī)組預(yù)測(cè)，到2025 年，在運(yùn)核電機(jī)組將達(dá)9000萬千瓦，在建機(jī)組3000-4 000萬千瓦。到2035年，在運(yùn)核電裝機(jī)容量1.5億千瓦左右，在建4000萬千瓦。到2050年，在運(yùn)核電裝機(jī)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(yù)測(cè)

3.2.1   乏燃料產(chǎn)生量測(cè)算

隨著核電機(jī)組的陸續(xù)建成和投運(yùn)，乏燃料產(chǎn)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(chǎn)生的乏燃料的前提下，在運(yùn)、在 建機(jī)組按照實(shí)際計(jì)劃計(jì)算乏燃料，還未開工的機(jī)組按每100萬千瓦年產(chǎn)生乏燃料21t計(jì)算，新建機(jī)組按照 AP1000每年產(chǎn)生乏燃料26.5t計(jì)算，對(duì)乏燃料年產(chǎn)生量、產(chǎn)生積累量進(jìn)行測(cè)算。從圖1可看到，到2020 年，乏燃料年產(chǎn)生量、產(chǎn)生累積量分別達(dá)1100t、7 800t；到2035年，乏燃料年產(chǎn)生量、產(chǎn)生累積量分別達(dá)2000t、34600t；到2050年，乏燃料年產(chǎn)生量、產(chǎn)生累積量分別達(dá)6600t、110000t。

3.2.2   乏燃料離堆貯存量測(cè)算

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

為保證核電站運(yùn)行安全，乏燃料在堆貯存水池至少必須保證有一個(gè)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(shè)，對(duì)乏燃料年離堆貯存量、離堆貯存累積量進(jìn)行預(yù)測(cè)（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(dá) 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(dá)440t、3200t；到2030年，乏燃料年離堆貯存量、離堆貯存累積量分別達(dá)1080t、7440t；到2035年，乏燃料年離堆貯存量、離堆貯存累積量分別達(dá)1460t、13900t；到2050年，乏燃料年離堆貯存量、離堆貯存累積量分別達(dá) 4400t、58800t。

3.2.3   離堆貯存需求分析

某一時(shí)間節(jié)點(diǎn)的乏燃料離堆貯存累積量減去截至這一時(shí)間節(jié)點(diǎn)乏燃料的離堆貯存能力和乏燃料的后處理量，即截至該時(shí)間節(jié)點(diǎn)實(shí)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(cè)算分析。高情景分析的前提條件是正在運(yùn)行的后處理中試廠及配套水池持續(xù)運(yùn)行，規(guī)劃中的后處理廠和離堆貯存設(shè)施均能按照規(guī)劃的時(shí)間節(jié)點(diǎn)建成投運(yùn)；低情景分析則是基于正在運(yùn)行的后處理中試廠及配套水池正常持續(xù)運(yùn)行，規(guī)劃中的后處理廠和離堆貯存設(shè)施均比規(guī)劃的時(shí)間節(jié)點(diǎn)推遲5年建成投運(yùn)的前提條件進(jìn)行測(cè)算。

（1）高情景分析

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

乏燃料離堆貯存累積量與后處理能力、離堆貯存能力的對(duì)照如圖3所示。按照?qǐng)D3相關(guān)假設(shè)和前提條件，經(jīng)測(cè)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(shè)在運(yùn)的后處理中試廠及配套水池正常運(yùn)行，在建的田灣、大亞灣、秦山核電站的干法貯存設(shè)施，后處理示范廠、800t/a后處理廠的配套水池均按計(jì)劃建成投運(yùn)，后處理示范廠、800t/a后處理廠均比規(guī)劃的時(shí)間節(jié)點(diǎn)推遲5年建成投運(yùn)，結(jié)合乏燃料在堆冷卻滿10年后離堆貯存測(cè)算條件下的乏燃料離堆貯存累積量，對(duì)乏燃料離堆貯存實(shí)際需求進(jìn)行預(yù)測(cè)。

乏燃料離堆貯存累積量與后處理能力、離堆貯存能力的對(duì)照如圖4所示。按照?qǐng)D4相關(guān)假設(shè)和前提條件，經(jīng)測(cè)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(duì)比來看，后處理示范廠、800t/a后處理廠兩座后處理廠的投運(yùn)時(shí)間直接影響乏燃料離堆貯存的實(shí)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(yù)見的是，2035年左右，考慮建設(shè)獨(dú)立于乏燃料后處理廠的乏燃料集中離堆貯存設(shè)施成為滿足乏燃料較長(zhǎng)時(shí)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(guān)建議

隨著核電站規(guī)模化建成投運(yùn)，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(zhǎng)一段時(shí)間，乏燃料后處理廠的后處理能力及配套水池?zé)o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(shè)施， 對(duì)在核電站水池冷卻滿足一定時(shí)間后需要離堆貯存的乏燃料，進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的中間貯存。

4.1    總體思路建議

堅(jiān)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(yīng)的乏燃料離堆貯存設(shè)施布局和貯存能力體系，實(shí)現(xiàn)核電站乏燃料較長(zhǎng)時(shí)間的中間貯存和安全管理。考慮到乏燃料運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)性和安全性，乏燃料離堆貯存設(shè)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(duì)集中的地區(qū)開展貯存設(shè)施的選址和建設(shè)；發(fā)展干法與濕法相結(jié)合的乏燃料離堆貯存技術(shù)，積累干法貯存設(shè)施建設(shè)和運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)。2035年前，形成以乏燃料濕法貯存為主、干法貯存為輔， 設(shè)施布局相對(duì)集中的乏燃料貯存能力體系，為核電、核燃料循環(huán)產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展提供強(qiáng)有力保障。

4.2    相關(guān)工作建議

4.2.1   加強(qiáng)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(jié)合離堆貯存需求的高情景、低情景測(cè)算分析，根據(jù)新的形勢(shì)變化和工作需求，進(jìn)一步明確乏燃料離堆貯存的技術(shù)路線、貯存設(shè)施規(guī)劃和布局。從國際經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)來看，乏燃料離堆貯存設(shè)施宜相對(duì)集中。結(jié)合我國現(xiàn)實(shí)情況，建議濕法離堆貯存設(shè)施宜靠近商用后處理廠建設(shè)運(yùn)營(yíng)；干法離堆貯存設(shè)施可在靠近商用后處理廠或核電站分布相對(duì)集中的區(qū)域建設(shè)運(yùn)營(yíng)，便于乏燃料集中運(yùn)輸和設(shè)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?？紤]到乏燃料離堆貯存能力建設(shè)同樣面臨選址、建設(shè)等時(shí)間上的不確定性，因此必須在規(guī)劃上適度超前，積極推動(dòng)乏燃料離堆貯存設(shè)施選址，尤其是盡可能規(guī)避選址面臨的“鄰避效應(yīng)”，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(shù)手段

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

4.2.4   推進(jìn)乏燃料干法貯存容器的國產(chǎn)化

乏燃料干法貯存在國內(nèi)外均有較大的市場(chǎng)空間，設(shè)施及設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行維護(hù)、退役治理等將形成一個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈。干法貯存技術(shù)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(jìn)干法貯存技術(shù)和貯存容器，更要結(jié)合我國在干法貯存設(shè)施設(shè)計(jì)、容器研究制造等方面的現(xiàn)有基礎(chǔ)，強(qiáng)化技術(shù)的消化吸收再創(chuàng)新，大力推進(jìn)干法貯存容器制造的國產(chǎn)化、自主化。

4.2.5   健全完善乏燃料管理的專門法律

為加強(qiáng)核電站乏燃料的安全管理，確保乏燃料貯存、運(yùn)輸、后處理及高放廢物地質(zhì)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(tái)步伐，制定人大層面的乏燃料管理法或者國務(wù)院層面的乏燃料管理?xiàng)l例。通過立法，明確乏燃料管理的責(zé)任主體，對(duì)乏燃料及其后處理產(chǎn)品的歸屬，乏燃料離堆貯存技術(shù)選擇、貯存設(shè)施布局、貯存設(shè)施選址中地方政府的職責(zé)、乏燃料處理處置基金管理、公眾接受等重大的關(guān)鍵性問題作出規(guī)定。

第一作者簡(jiǎn)介：

劉敏，中核戰(zhàn)略規(guī)劃研究總院副研究員，長(zhǎng)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(jiǎng)、中核集團(tuán)科學(xué)技術(shù)二等獎(jiǎng)、中核集團(tuán)管理提升二等獎(jiǎng)、中國核能行業(yè)協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)三等獎(jiǎng)各1項(xiàng)，以第一作者公開發(fā)文14篇，曾被評(píng)為“中核集團(tuán)公司信息工作先進(jìn)個(gè)人”。