出生前就要谋后事　核电站退役“闭幕式”需要数十年？

2016-03-17本刊主笔季天也

环境与生活 2016年1期

◎本刊主笔季天也

出生前就要谋后事核电站退役“闭幕式”需要数十年？

◎本刊主笔季天也

刚刚过去的2015年12月30日，英国服役时间最长的威尔法核电站1号机组被永久关闭了，“享年”44岁，作为英国最后一座由本国企业运营的核电站，威尔法核电站关闭的主要原因是相应的核燃料类型已停产。不过，运营商英国镁诺克斯公司称，为了确保善后的安全性，预计要到整整90年之后的2105年，才能完成全部的清理拆除善后工作。人们不禁要问，在长达近一个世纪的时间里，核电站的退役要经历多少程序？为什么需要如此漫长的“闭幕式”？

英国服役时间最长的威尔法核电站于2015年12月30日永久关闭，但彻底完成退役却预计要花90年。

核电站退役要走11步

包括煤、天然气和核能在内的能源工厂，都有一个不能再继续经济运行的年限，也就是寿命。建于20世纪五六十年代的第一代核电站，通常只有30年的设计寿命，当然也有一部分在通过安全许可后能够多活一段时间（一般不超过10年）。到第二代核技术时期，核电站的寿命普遍提升到了40年；如今的第三代核技术则可以使核电站的寿命长达60年。由于涉及放射性安全，诸如核电站、放射性实验室、铀加工厂、研究性反应堆在内的所有核设施，一旦到了岁数，都必须进行一系列妥善管理和处置工作，最终确保这块地可以安全地另作他用，这就是核设施退役。

对于核电站来说，退役是个相当复杂、长久而且技术含量很高的活儿。首先，核电机组得关停，将反应堆中用过和待用的核燃料（前者称为乏燃料）卸除，按照高放射性核废物（下简称“高放废物”）的国际惯例，转移到专门的高放废物处置库（或临时贮存地）进行处理。

其次，核电站内部的仪器仪表、管道、电缆、钢筋混凝土等建筑设施和设备部件，自然也在拆除之列，有些挨着反应堆的材料已经沾染了放射性，也需要按照它们放射性水平和特征，分门别类地进行规整、固化等封存处理。

最后，核电站所在区域要进行“大清洗”，确保土壤、水源、空气等环境指标不超过安全线。整个退役过程少则几年，多则几十年，有可能比核电站服役的“工龄”还要长。

国际原子能机构（IAEA）官网介绍，核电站退役总共分为11个阶段：起草退役计划、卸出反应堆核燃料、场内处理退役的核废物、转移退役的核废物、做好安全隔离准备、局部拆除、主动隔离措施、被动隔离措施、彻底拆除、最终环境监测（验收）和行业许可证到期（法定意义上的退役完成），也可以大致理解成准备阶段、去污阶段和拆除+环境整治阶段。

快拆慢拆各有利弊

目前，核设施共有3种国际公认的退役策略。

①立即拆除就是拆掉所有厂房、设备和其他部件，并清除核污染。这种方法好在时间相对短，处理后的旧址能较快投入其他用途，避免夜长梦多的风险，如放射性废物意外泄漏、设备材料老化腐蚀、物价上涨导致退役成本增加、设备相关资料和熟悉设施状况的人员越来越少等等。缺点在于时间短，放射性物质还没怎么衰变，核辐射较强，并且要在短期内对大量放射性水平参差不齐的核废物分类进行处理，安全风险和处理难度都很高，需要强大的技术和财力。这种方法适合小型核电机组和其他小规模核设施，高放废物量小，拖延时间对降低辐射作用不大。

②延缓拆除是指移走乏燃料和剩余新燃料之后，排空管道和贮水池，等个10～80年，确保反应堆周围安全之后再拆除。核电元老之一英国首个完成退役的是温斯克尔实验性机组，这个建于1958年的老机组，早在1981 年4月就被永久关闭，但它却花了30年时间——到2011年才最终完成退役。荷兰的多德瓦德核电机组1997年3月关停，但按计划要在2047年才彻底完成拆除。

这种策略的优势是放射性原子有足够的衰变时间来弱化辐射强度，从而降低清理难度和工作人员的受照剂量。另外，随着时间推移，未来的科技水平也许有助于退役安全性的提高。缺点则是存在许多不确定性因素。像现代商用核电机组这样的大规模核设施，比较适合这套方法。

③固封埋藏等把乏燃料这些高放废物移走，就要用混凝土等坚固耐久的材料把反应堆封在其中，直到辐射强度降到可以接受的水平。这招比较新，需要处理的放射性材料不多，对人员的安全性较高，但需要长期维护和监测，主要用在边远地区或者小型研究性反应堆等情况。美国至少5台机组采用了这种方法。

位于美国宾夕法尼亚州的萨克斯顿核电站正在拆除反应堆安全壳

全球年高放废物填满两个泳池

核电站退役的大部分标准、法规和导则，大致相当于放射性废物的处理过程。这些废物遵循“高放废物少、中低放废物多”的规律。国际原子能机构的资料表明，一台功率为1000兆瓦（大致是现役主力核电站的平均水平）的机组，每年产生的高放废物约有27吨，全球核电站一年的高放废物量加起来，约能填满两个国际标准的游泳池（50米×25米×2米），远低于其他能源形式所产生的废物。不过，这些高放废物危险性较大，需要经过硼水池初步屏蔽和冷却一段时间，再转入地下500～1000米的深层地质封存。当然，乏燃料中还包含大量宝贵的核原料，可以经过“后处理”工序重新利用，从而节约铀资源。

由于高放废物的放射性占全部核废物的95％，一旦关停了反应堆，运走用过和没用过的核燃料，核电站中心的放射性水平就会大幅下降，排空管道和贮水池后，大部分带有放射性的材料都呈固态，相对好对付，并且不容易进入环境，场区的放射性随时间推移继续稳降。联合国环境规划署（UNEP）在其2012年的年鉴中指出，核设施退役期放射性物质大量释放的风险低于运行期。

相反，中、低放废物和不需要按放射性标准处理的废物规模庞大。同样是1000兆瓦的机组，退役后这一部分废物的体积规模大约有10000立方米之多。据联合国环境规划署统计，不用受放射性管理限制的废弃物占总量的2/3以上，其余近1/3为退役核电站部件、带有放射性的混凝土废物和大量其他构筑物。（参见本刊2015年8月号刊登的《处理好的核废物辐射小于X光》一文。）

德国格赖夫斯瓦尔德核电站退役的核废物统计来源：联合国环境规划署

核设施退役产生的辐射种类及其穿透材料的能力，其中β射线和γ射线是威胁的主要来源。

建设之初就得筹划退役

根据国际原子能机构的数据，截至2014年底，全球永久关停的核电机组共有150台，包括美国33台，英国29台，德国27台，法国12台，日本11台，俄罗斯5台，正在退役的有98台，已经完成退役的只有不到20台。由于上世纪七八十年代是核电猛增时期，现役的438台机组中，有194台机组超过了30岁，52台机组超过了40岁。考虑到第三代核电站至少也是“90后”，这194台中老年机组几乎都是设计寿命40年的第二代核技术产物（极少数为第一代），这意味着未来10年，全球四成以上的机组可能面临关闭甚至退役。

比起上述国家的商用机组多是“70后”“80后”，我国的核电项目起步较晚，最老的大亚湾核电站1号机组也是1994年才投入运营的，只要运转正常，距离退役还有些时日。

当然，核电站退役可不能等船到桥头自然直。联合国环境规划署指出，每一次核设施退役都会面临特定的技术挑战，而这些挑战及其风险高低，取决于当年核电站的设计和建造方案，以及多年来的实际运营状况。以当今对核电的认识，退役本是建设之初就该提上日程的问题，但早期的核设施，由于人们当时对退役和废物管理问题的认识不足、安全标准低、经费缺乏、技术制约等因素，核能发展普遍“只管吃进肚，不管擦屁股”，埋下了不少隐患。

尤其冷战时期，以美国和苏联为首的一些国家大搞军备竞赛，遗留下了大批核设施和放射性污染场所。当时是以最快的速度拿出产品、尽早完成试验为主，再加上军用核项目牵扯国家利益和安全，不像商用核电站那样需要计较成本，也不操心核废物这些善后问题。

转移反应堆容器是核电站退役前期的重要步骤

英国核设施退役局曾报告，部分核设施“没有关于核废物的详细记录，有些设施缺少可靠的设计图纸，并且许多都是一次性项目”。如今，美国能源部（DOE）已经对该国100多个核研究旧址展开核污染治理，如田纳西州的橡树岭国家实验室和华盛顿州的汉福特核原料生产基地等，预计2025年核污染清除面积将达到上千公顷。这就需要管理数百万立方米的废墟和受污染的土地，所投入的人力、技术和资金都相当庞大。

有了初期这些令人头疼的教训铺路，如今关于核设施退役安全的要求和标准完善了许多。退役已经作为一项需要周密计划的大工程，从选址开始，核电站的设计、建造和运行都要顾及退役时的便利性、经济性和安全性。国际原子能机构还规定，随着核设施不同时期的变化，退役方案要定期更新，至少要在计划关停机组提前两年拟定详细的退役方案。

退役耗巨资要提前存好钱

核电站退役离不开钱。这笔开支的大小主要与反应堆的类型、尺寸、位置、距离废弃物处理设施的距离以及原址未来的用途有关。世界核协会（WNA）官网有一组不同类型反应堆的退役成本，如果统一按1000兆瓦的装机容量来算，压水型反应堆（PWR）退役成本为2～5亿美元，俄罗斯水-水高能反应堆（VVER）约为3.3亿美元，沸水型反应堆（BWR）为3～5.5亿美元，加拿大重水反应堆（CANDU）为2.7～4.3亿美元，英国早期的镁诺克斯反应堆（Magnox）由于会带来更大量的放射性物质，成本高达26亿美元。这样的退役成本在整个机组运行费用中占比不小。联合国环境规划署的资料显示，核电规模最大的美国，每台机组退役的平均花费在5亿美元，差不多是初始投资成本的10％～15％。

因此，这就需要建立有效的退役经费筹措机制，确保退役实施的时候有钱可用。大多数有核电的国家一般以法律形式，规定退役费用的筹措机制及其使用方法。大致有3个套路：在核电站启用之前就把预计需要的退役资金提前存入一个独立账户；从用户缴纳的电费中提取一定比例，通过核电站几十年的运营逐步攒出足够的退役经费；核电企业购买一定额度的类似保险的担保基金，确保就算以后企业破产了也有钱来负担退役支出。

德国卡尔斯鲁厄的原型反应堆外层建筑材料正在拆解中

这些退役经费的管理很像住房公积金，不能想提就提，并有法律和制度做后盾，专款专用，防止“老弱病残”的核电站因为没钱退役而威胁周边环境和人身健康。

我国2003年颁布实施的《中华人民共和国放射性污染防治法》，就以法律形式规定了“核设施的退役费用和放射性废物处置费用应当预提，列入投资概算或者生产成本”（第二十七条）。

核电不再“顾头不顾腚”

核废物作为一种特殊的垃圾，现阶段处理起来有一个逃不开的难题——放射性原子的半衰期。每过一个半衰期，原子的放射性就减半一次。不同原子的半衰期差别很大，从几秒到千百年的都有，这是固有属性，基本只能通过耗时间的方式让它的放射性自然下降。不过，以人为方式用中子轰击那些放射性原子，也可以逼迫其更快衰变，这就是“人工核嬗变”。使出这一招，能让长半衰期原子在短时间内变成短半衰期原子，甚至变成无放射性的稳定原子，从而大大缩短处理周期并降低安全风险。

不过很遗憾，这项技术还在研究的路上，一旦推广将是整个核废物处理领域的巨大福音，对于核废物减量化意义非凡。

比起核电的经济性和安全性，核设施退役及核废物处置是个更令行业皱眉的问题。清华大学从事核能教学研究的老师刘学刚，用“核废物问题复杂”“核废物问题没有彻底解决”“熟悉核废物问题的专家不多”的三句话，来归纳这一领域的现状。

可喜的是，各核电国家对核设施退役已经高度重视，核电的发展已经告别了“顾头不顾腚”的年代。从以往退役活动的经验教训以及发达国家成功的退役案例来看，核电站是可以安全退役的，最终实现厂址无限制使用，在技术上也是完全可行的。

本栏目责编/季天也jtyair2013@vip.163.com