美国、瑞典、芬兰核废物管理概况(7)

2019-05-24 08:40

过合同由Forsmark电厂承包,其工作人员约15人。承担运输服务的约30人. 2001年年报中,SKB自称是非营利公司,其资金绝大多数来自其业主——瑞典各核电公司,这些公司按年费率向“核废物基金”缴费,SKB再从“核废物基金”获取拨款,用于瑞典乏燃料和核废物管理系统的发展和运作支出。其中一小部分活动(SFR等),SKB也收取核电公司的直接支付和海外咨询费。 以2001年为例,SKB的净收入为8.95815亿克朗(包括2.20305亿克朗资产投资),扣除当年支出(合同、行政、研发等)8.91056亿克朗和0.04759亿克朗财务和税费后,年度净收益为0。

2.5 瑞典核废物管理工艺路线 2.5.1 高放废物的处置 瑞典曾从事过乏燃料后处理研究,后决定终止,如今研发工作全部立足于乏燃料深地层直接处置。

瑞典四座核电厂共同建造了一座乏燃料中间贮存场(CLAB),1985年投运。它位于Oskarshamn核电厂附近(见图7),CLAB采取水池贮存方案,贮存水池位于地下25m的岩层内,如图10所示。乏燃料至少先在核电厂暂存一年,然后通过海运,送往CLAB,乏燃料在CLAB贮存约30~40年。CLAB原设计容量为5000吨乏燃料,将容量扩大至8000吨的扩建工程将于2004年完成调试。

高放废物处置场场址尚处于研究勘探阶段,有三个供选择的区域,一个靠近Forsmark核电厂,一个靠近Oskarshamn核电厂,第三个处于两核电厂之间的Nykoping地区(见图11) 。

处置方案示于图12。处置井位于地下500米岩层内。燃料由铜包套(图中的②)作为工程屏障,铜包套外面由膨润土包围(图中的③),以隔离地下渗水。在处置井顶部的巷道空间填充膨润土和砂子的掺合物(图中的④)。这也是一种可回取的方案。 在Oskarshamn核电厂附件的Aspo地下450米深处已挖掘了3.6公里长的巷道作为硬岩床实验室,有7个国家参与开发研究。 2.5.2 中低放废物的处置 四座核电厂已共同建造了一座中低放废物处置场(SFR),1988年投运,该处置场靠近Forsmark核电厂(图7),建于地面以下50米的岩层内。 有两条平行一公里长的斜隧道从地表下降到处置库,一条运送废物,另一条运送人员。处置库有一个深50m的圆柱竖井(Silo)和四条各有160m长的水平仓(Vaults)。 竖井(见图13)主要用来处置废树脂等中放废物,这些废物中所含放射性占了SFR总放射性的绝大部分。在竖井混凝土壁和岩层之间充以膨润土,以阻挡水的侵入。竖井分成若干垂直的空间,在废物放入后用混凝土充填。竖井顶部有遥控吊车。 水平仓(见图14)按接受中放废物和低放废物分别设计。接受低放废物的水平仓是通仓,无隔间,用叉车操作。接受中放废物的水平仓被分隔成若干单元(Pits),用遥控吊车操作。

SFR已建成库存容量为6万m3,至2001年末,累计处置废物已占该库容的46﹪。将来库容可扩大以接受10万m3核电厂退役废物。这里附带说一句,笔者按美国资料类比估计,瑞典12台机组退役废物总容积有21万m3,如果扣除建筑物沾污材料,则剩4.4万m3。因此笔者推断退役产生的建筑物沾污材料不会送SFR处置。

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尽管SFR既接收中放废物,也接收低放废物,但也有核电厂如Ringhals把低放运行废物在电厂附近就地处置。

在Ringhals工业用地范围内有一处浅地表处置场(SLB),它由两部分构成(见图15):废物掩埋区和渗析水过滤床。为避免发生沉降,SLB放置于经封闭处理的岩床表面。不可压缩废物置于中央,以使SLB形成一个小山包外形。在不可压缩废物的周围和上部再放置其它废物包。所有废物包之间的空隙用排水材料充填,顶部用冰碛石作封闭层。构造的目标是保持掩埋区干燥并能有效屏蔽辐射。过滤床材料为砂子、蜗牛壳和有机材料。从SLB来的渗析水通过过滤床,延缓向大海的排放,并使水携带的物质滞留下来。在床的底部设一排水层把渗析水导向大海,并定期对渗析水作取样分析。从SLB一幅照片(图16)上可见,有人站在堆放好的废物包上用料斗倾倒砂子,Ringhals电厂建筑在不远处隐约可见。 2.6 瑞典中低放废物处置费估算 SKB 2001年年报给出SFR四年运行统计如表14:

表14 SFR年处置量及运行费

年代 1998 1999 2000 2001 接收废物量(m3) 1563 1935 1179 1360 运行费用(百万克朗) 22.5 24.9 25.2 24.6 按四年平均,每年平均接收废物为1509.5 m3/年,平均年运行费为24.3百万克朗/年,运行费单价为16098克朗/ m3。

SKB 1997年年报列出SFR初始投资为7.4亿克朗。按60000 m3库容摊算比投资为12333克朗/ m3。

由此,SFR处置中低放总成本约28431克朗/ m3,或约为$3791/ m3。由于SFR建于地下50m岩层内,处置成本应较高。

以上总成本尚不包括运输费,按SKB 1997年年报,运输系统一年运行费用为18百万克朗,假设运送乏燃料(从核电厂到CLAB)和运行中低放废物(从核电厂到SFR)各占一半,则运输单价约为5962克朗/m3或$795/ m3。

如果按上述年接收1509.5 m3/年规模,,则与中低放废物处置相关的SFR运行费、SFR初投资折旧和运输费合计为51.9167百万克朗/年。

按本文2.2.7分析,核电厂每年为中低放废物提取准备金的比例在8800至11360克朗/MWe年。瑞典12台机装机总量为10433MWe,乘以上述准备金比例的中值得到瑞典四座核电厂提取准备金总额约为1.04亿克朗量级。该值显著高于SFR处置年度总成本。差别原因可能有三:第一各电厂准备金逐年有显著结存(参见附件8、9的平衡表);第二并非全部低放废物送SFR处置;第三电厂中低放准备金也许包含废物整备费用。

3.芬兰放射性废物管理概况 3.1参考资料

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附件11 芬兰的核废物管理(摘译)——芬兰核废物处置公司(POSIVA) 附件12 芬兰Olkiluoto和Loviisa核电厂的核废物管理,2001年度述评——

芬兰核废物处置公司(POSIVA)(摘译) 3.2芬兰核电厂

芬兰共有2座核电厂,4台机组。它们分别是:Olkiluoto核电厂,2台机组,均

为BWR型,单机容量扩容至870MWe,分别于1979年和1982年投入商运,其业主及运行公司为TVO;Loviisa核电厂,2台机组,均为VVER—440型,单机容量扩容至510MWe,分别于1977年和1981年投入商运,其业主及运行公司为Fortum(原为IVO)。 2003年12月TVO与Framatome签定合同,在Olkiluoto建一台EPR型欧洲新一代压水堆,容量为1600MWe,预计2009年建成。 3.3核废物管理原则 3.3.1法律框架 (1)1988年生效的核能法(Nuclear Energy Act)规定了核废物管理的原则,明确了义务、许可证制度和基金保障。

(2)1994年核能法修正案,规定芬兰产生的所有核废物必须在芬兰境内处置,不允许国外产生的核废物进口。按此修正案,禁止再把Loviisa的乏燃料运往俄罗斯。

(3)国家核废物管理基金条例(Statute on State Nuclear Waste Management Fund)规定了基金的筹措和管理办法。

3.3.2 法律责任

按核能法规定,TVO和Fortum这两个核电公司对其产生的所有核废物的管理、贮存和处置负法律责任,并有义务为这些废物的管理计划提供基金。

如3.3.1节所述,1994年核能法修正案禁止再把Loviisa的乏燃料运往俄罗斯,这促使两个电力公司在1995年决定成立合资子公司——芬兰核废物处置公司(POSIVA),TVO和Fortum各控股60﹪和40﹪。POSIVA负责联合的乏燃料处置研发工作和乏燃料处置库的建设和运营。而两座核电厂的乏燃料中间贮存、中低放废物的管理和退役计划分别由TVO和Fortum分别负责。

在两个核电厂关闭后,POSIVA将继续负责核废物管理计划的协调工作,而核电厂将建立各自的退役组织机构,负责电厂拆除和处置活动的计划和管理。 3.3.3 政府行政职能

在芬兰,颁佈核装置的法规和颁发执照的权力是政府内阁和它直接领导下的贸工部(KTM)。而芬兰辐射和核安全中心(STUK)则承担对核装置安全及其运行实施监管的责任。在核废物管理领域政府职能划分也不例外(见图17)。 芬兰核装置的建设和运行执照的审批过程比其它国家更严格,一项核装置必须先由议会通过政策决议(Decision-in-Principle,DiP)之后,政府才能颁发其建设和运行执照。

此外在STUK的咨询机构“核安全委员会”内下设一个核废物专门委员会。

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3.3.4 核废物管理基金

芬兰核废物管理的主要原则是核废物产生者负责其废物的管理并向核废物管理基金支付相关费用。该基金是为未来费用所作准备,不列入国家预算,是由贸工部(KTM)控制的一种外部基金。 贸工部每年确定电力公司对“国家核废物管理基金”的支付额。这项未来废物管理所需资金由电力公司作为电价的一部分而提前征收,约占核电生产费用的10﹪。 存入基金的资金将在实施废物处置管理的不同阶段按比例发还给电力公司。 3.4 芬兰核废物管理的工艺路线 3.4.1 乏燃料

芬兰乏燃料也采取深地层直接处置路线。其技术方案与瑞典十分相似,并与瑞典SKB有合作协议。与瑞典不相同的一个主要之点是乏燃料中间贮存由两个核电厂分别负责。 芬兰乏燃料处置项目原计划总容量为2600吨,它对应于Loviisa设计寿期30年和Olkiluoto设计寿期40年。根据2003年POSIVA年报披露,议会通过的政策决议(DiP)已把容量扩大为6500吨,即将在建的Olkiluoto 3号机组包括在内,并考虑把所有机组运行寿期延长到60年。 芬兰议会已于2001年批准了乏燃料处置的DiP。按此决议,乏燃料处置可基于类似于瑞典的KBS-3技术路线开展研发工作,并批准场址在Olkiluoto。 贸工部确定乏燃料处置库接收乏燃料的日期为2020年。POSIVA拟定的整个处置项目的总时间表如图18。 由图18可见,在Olkiluoto建设的一个地质实验室ONKALO要于2010年建成,并于同年完成处置库设计。这两个里程碑将为2012年向政府提交处置库建造许可证申请创造条件。处置过程将从2020年一直持续到2125年。2125年到2130年完成处置库退役和封闭作业。 3.4.2 运行中低放废物的处置

Olkiluoto和Loviisa核电厂都在核电厂厂址内的岩床内挖掘了中低放废物处置库。 Olkiluoto中低放废物处置库VLJ(见图19)于1992年投入运行,到2001年已累计处置3671 m3中低放运行废物。

由图19可见,废物将沿蜿蜓倾斜的运输隧道下降到吊车大厅,再被吊入两个地下60m到95m深的处置园仓(silo),一个处置中放废物,另一个处置低放废物。 Loviisa核电厂的中低放废物处置库建于地下110m,它包括处置低放废物(或称维修废物)的两条水平隧道和一个处置中放废物的大厅。该库于1997年投入运行,到2001年仅处置了1031 m3低放废物。 3.5 芬兰核电厂退役计划

芬兰核电厂退役计划每5年更新一次。与拟订和更新退役计划相联系,两核电厂还着手与退役相关的研究工作,如:退役废物放射性核素存量和辐射水平的测量和计算、反应堆等大件处置方案研究、退役废物豁免值研究、处置库扩容规划设

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计(两核电厂都打算把厂址内中低放废物处置库扩容以接纳退役废物)、处置库结构材料的耐久试验、退役费用估算和开展国际合作。 3.6 芬兰核废物管理基金积累情况

根据1997年、2001年和2002年三份核废物管理年度述评(2001年述评见附件12)披露的数据,芬兰核废物管理基金积累情况汇总于表15。

表15 芬兰核废物管理基金历史积累(单位:百万EUR)

核电公司 TVO 年份 1997 2001 2002 Fortum(前1997 IVO) 2001 2002 当年目标额度 524.2 656.2 693.2 262.1 485.6 515.2 当年末责任额度 606.3 693.2 732.2 441.4 515.2 545.1 次年目标额度 558.0 693.2 732.2 312.2 515.2 545.1 芬兰的做法是,每年按废物管理的法律责任额度确定一次基金目标额度。法律责任额度包含该核算年末累计的所有废物管理的未来经费。法律责任额度和基金目标额度的差额由保险提供。 上表所列汇总数据印证了附件12的说法,即2002年的基金目标额度首次达到了责任额度。因而2002年度述评里把两者差额由保险提供一句话也删除了。 1997年述评披露原数据是芬兰马克,在编入表15时已按1芬兰马克等于0.16819欧元换算。 在以上引述的核废物管理基金中我们不知道乏燃料处置和核电厂退役各占多少百分比。不过从POSIVA另一份材料“Into Olkiluoto Bedrock—Final disposal of spent nuclear fuel in Finland”中大致可知道2600吨乏燃料处置的总经费(2001年价格水平)。其估算如下: 乏燃料处置库建造费 228 百万EUR 乏燃料封套及其它运行费 538 百万EUR 处置库封闭费 52 百万EUR 总计 818 百万EUR

笔者推算乏燃料直接处置的单价为EUR314.6/kgU。尽管芬兰和瑞典在乏燃料处置上选择相同的技术路线,但上述单价似乎远低于瑞典乏燃料处置单价(参见本文2.2.9节),这有待进一步考证和分析。 尚不清楚芬兰如何估算退役费,作为一个概念,如果按美国计算办法,退役废物按Richland处置场收费标准,则笔者估算芬兰4台机退役费最低保证值为15.13亿美元(2001年币值)。如假定1$=1EUR,则4台机退役和乏燃料处置总基金要达到23.31亿EUR水平。如表15所示,芬兰两电厂2002年基金目标额之和已达12.77亿EUR。而2001年至2002年两电厂基金共增长0.689亿EUR。如按此增长速度,在两电厂设计原寿命终止日,累计上缴基金额达到笔者框算的基金总额是不成问题的。

4.三国放射性废物管理制度的若干特点

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