建核燃料后处理大厂宜早不宜迟

电力18讯：    随着广东岭澳二期核电站正式投产，中国核电发展也从批量开工阶段进入到批量投产阶段。初步推测，到2020年我国投入运行的核电装机容量将达到7000万千瓦。随之而来的问题是，越来越多的核电站将会产生越来越多的乏燃料（即在反应堆内烧过的核燃料，其燃耗深度达到了设计要求）。通常每台百万千瓦级核电机组每年可卸出25吨乏燃料，70台机组一年要产生1750吨乏燃料。再加上之前的累积，到2020年我国乏燃料累积存量将超过10000吨。  

　　乏燃料本身就是一种可以重新利用的资源，且其放射性需10万年方能降低到天然铀矿水平，在漫长的时间里带来诸多不确定因素。如何处理这些乏燃料日益成为我国核电业界关注的问题。与此同时，业内人士表示，核燃料后处理还是直接关系到我国核电发展战略的重大问题，不立即着手建造核燃料后处理大厂，我国核电产业在未来将无法发挥出应有的作用。

　　核电也可以成为“可再生能源”

　　以目前的国际经验来看，乏燃料如果不进行后处理而直接处置埋藏，也是一种可供选择的方式，这样的方式被称作“一次通过”。在铀价较低的情况下，这种方式的经济性优于闭合循环。我国目前对乏燃料采取“一次通过”处理，核电技术先进的美国亦然。国际上对于是采用核燃料闭式循环还是“一次通过”循环尚无共识，但从可持续发展的角度来看，“一次通过”的方式并不是一个好的选择。

　　“‘一次通过’对铀资源的利用率低，只有不到1%。这在铀资源价格低的时候还能接受，但铀资源的价格在今后还要上涨，所以‘一次通过’的经济性优势以后就要减弱，甚至会变成不经济的方式。” 中国原子能科学研究院科技委副主任顾忠茂日前在接受《中国能源报》记者采访时说，“需要处置的乏燃料体积也大，而且处置过程中衰变到天然铀矿水平的放射性，需要10万年以上。所以说，‘一次通过’方式对环境安全的长期威胁极大，不符合核能可持续发展战略。”

　　而闭式循环则通过后处理、MOX（铀钚混合氧化物）核燃料制造、入堆、再后处理等环节，使得核资源能够得到更加充分的利用，同时做到了核废物体积和毒性的最小化（见图）。如果核燃料闭式循环应用于我国当前核电建设的主力堆型――压水堆，则核燃料的利用率可以提高30%，如果放入快堆中增殖则可以提高60―70倍。根据中国原子能科学研究院的测算，如果我国建200吉瓦的压水堆电站，则全寿期产生的30万吨乏燃料，通过多次乏燃料后处理/再循环，可供400吉瓦快堆运行1500年。这相当于为人类解决了几千年的电力供应问题，从而使得核电转变成“可再生能源”。

　　顾忠茂表示，按照我国快堆技术发展战略，预期于2020年前建成示范快堆，2035年前后达到商用水平，这表明分离钚作为快堆燃料在10年后有明确的要求。基于上述核能发展目标，在2025年基本建成我国第一座年处理能力为800吨的后处理大厂和相应的MOX燃料制造厂是适宜的。后处理大厂的设计与建设是一项难度很大的复杂系统工程，时间跨度达15年甚至更久。即使我国立即开始设计和建造后处理大厂，预计到2025年才能基本建成，投入稳定运行的时间可能要到2030年前后。这种特殊性决定了我国后处理大厂建设的启动不能拖延。

　 技术储备不足

　　“乏燃料后处理/再循环是我国核燃料循环中最薄弱的环节。”顾忠茂说，“从上个世纪70年代一直到90年代中期，国家对后处理的支持是很有限的。很多技术人员就是在那个时候转型去作洗发水、不干胶了。”

　　中核集团规划发展部主任曹述栋在一次谈话中也提到，我国核工业水平曾一度达到了国际先进水平，但在“军转民”后，核电技术的发展开始落后于世界。“我们通常说，中国建有完整的核工业体系，但这是从军用的角度来看的。”曹述栋对《中国能源报》记者说，“军品的规模小、成本高，很难达到商业化应用的要求。”据介绍，在那段时期，我国通过军用设施开展起来的科技研发被迫中断、人员队伍流失、科研能力下降。中国原子能院的相关课题难以获得国家的经费支持，唯有依靠当时获批的核燃料后处理中试厂项目继续科研工作。从上个世纪90年代中期开始，我国逐年增加了这方面的投入，使得百废待兴的核燃料后处理事业出现了转机。

　　转折点出现在2004年。当核电在我国能源战略中的地位受到更高重视的时候，国家也加大了对核燃料循环体系建设的投入，后处理大厂建设得以提到议事日程。  

　　但过去研发中断的影响在新形势下也显现了出来，后处理中试厂项目的进度一次次延后。顾忠茂表示，目前后处理中试厂已经开始了第一阶段的热试工作，即用浓度为5%的乏燃料进行热试，第二阶段将提高到50%，第三阶段将提高到100%。在完成国家规定的50吨乏燃料处理任务后，将对中试厂进行改扩建，使之形成年处理80吨的能力。而这个过程还需要好几年的时间。

　　“我们希望，再经过20年左右的不懈努力，我国在后处理技术、装备和能力等方面能够赶上世界先进水平。”顾忠茂说。

　　国情不同 选择不同

　　最容易让人想到的问题是，为什么核电技术如此先进的美国会选择“一次通过”而不选择闭式循环。

　　曹述栋向《中国能源报》记者表示，美国选择“一次通过”是一种市场行为。“美国发展核电比较早，其在全世界很多铀矿都有股份，拿到铀矿的价格比较低。”曹述栋说，“所以，‘一次通过’对美国来说是一种更经济的选择。再比如，法国的快堆技术曾快速发展，建成了120万千瓦的快堆核电站。但中东战争结束后，铀矿价格下降，法国快堆技术的发展就慢了下来。”

　　这一点也正是印度在后处理和快堆建设上投入大、发展快的原因。作为核电界的后来者，印度自身的铀储量少、品位低，在发展核电的过程中还受到了多方面的制约，因此印度极为重视后处理厂和快堆建设。印度在上世纪50年代就开始后处理技术的研究，现有3座规模不大的后处理厂在运行。2007年印度开始建设实验快堆乏燃料后处理厂，计划在2012年建设快堆乏燃料商用后处理厂。“每个国家在国际政治博弈中的地位也决定了其对待后处理和快堆技术的态度。”曹述栋说，“国情不同，选择也就不同。”

　  因此，对于我国来说，仿效美国“一次通过”的方式无论在经济性上还是发展战略上，都不适宜，必须加强相关研发，并尽快建设后处理大厂。

　　尽管如此，顾茂忠还是指出，美国现在虽然不搞后处理，但美国具备技术能力。早在上世纪70年代初美国就建成了年处理量1500吨的后处理厂。后来美国虽然为了防止核扩散而停止了商业后处理的运行，但科研一直没有停下来。

　　自主技术可能性加大

　　顾茂忠表示，商用后处理大厂建设之所以紧迫，并不完全取决于我国核电站越来越多。美国现有1亿千瓦的核电装机，但几十年来美国仍是将乏燃料进行湿法或干法储存。这说明，在现有技术条件下，乏燃料储存的安全性是能够保证的。而我国的后处理技术在几十年后，也将具备建设后处理大厂的能力。所以，从核电建设加速的角度来看，后处理大厂的建设并不紧迫。但如果从我国核电发展的大战略来看，即从压水堆向快堆的转型等方面来看，后处理大厂的建设必须尽快启动。  

　　因为，快堆所使用的燃料首先必须要从压水堆乏燃料中提取而得，没有后处理大厂，快堆将成为一座“孤岛”，快堆运行将面临“无米之炊”的尴尬。

　　“在快堆核能系统中，快堆好比心脏，核燃料循环好比动脉。”顾忠茂说，“如果后处理的能力上不去，那么快堆的规模也就上不去。”

　　《中国能源报》从知情人士处获悉，我国目前正在与其他国家就引进商用后处理大厂技术进行谈判。但外方开出“天价”，超出了中方可接受的价格范围。而且即便引进国外技术，也要到2027年方能建成一座年处理量800吨的大厂。因此，目前业界更倾向于通过自主技术进行建设。

　　曹述栋在接受《中国能源报》记者采访时表示，中核集团计划自主建设商用后处理大厂，采用中国原子能科学研究院研发的工艺流程、由中核工程公司化工所在甘肃建设，年处理200吨核燃料。但这一计划尚没有获得国家有关部门的认可。本报记者 段心鑫