核电站的退役之路

龙听

时间: 2019年09月16日 | 作者: 戚译引 | 来源: 环球科学（huanqiukexue.com）( Y4 }0 |1 c/ s3 G% ^9 t) l
全世界反应堆的平均年龄已经超30岁，而如何处理退役的核设施，却成为了一个难题。虽然中国在核电建设上已放慢了脚步，但无疑在未来也会面对相同的局面。 % Y3 P1 y1 J5 F3 ]" S
美国三里岛核电站。1号反应堆预计在今年9月30号停止运行。; j& V; _  W9 L) E5 k
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撰文 | 戚译引
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没有哪座核电站能像美国的三里岛那样，一半广为人知，而另一半籍籍无名。2号反应堆在40年前发生了美国最严重的商用核电站事故，从此被永久关闭；而1号反应堆继续服役，预计在今年9月30日停止运行。这一决策主要是出于经济上的考虑。运营商爱克斯龙（Exelon）电力公司表示，由于难以和天然气竞争，1号反应堆在2011～2016年间已经亏损超过3亿美元。
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* X3 q/ Q8 e/ E, \0 D5 @7 n3 L/ j6 @1号反应堆的命运不过是全球核能产业“老龄化”的缩影。商用反应堆的设计寿命大约是40年，而全世界反应堆的平均年龄如今已经超过30岁。核设施的退役是一项耗资巨大、耗时漫长的工程。爱克斯龙计划先取出反应堆中剩余的核燃料，然后让设备自行冷却；大型设备的拆解预计最早于2074年开始进行，整个退役项目预计耗资12亿美元。6 Y3 T& a  _  {  `  \
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, U( A, z( m( K4 m3 Y0 f% @“核电将会消亡，这只是时间问题。如果核电是一个有机体的话，它早该出现在濒危物种名录上面了。从每年的《世界核能产业现状报告》（WNISR）中可以看出，新建的核电站数量不足以弥补接下来20年中大批核电站退役所造成的空缺。”国际核能政策独立分析师、WNISR发起者和首席作者迈克尔·施奈德（Mycle Schneider）说。8 ^8 p. J# O* L" X3 H- D

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  b) R3 Q& K7 [* l! }7 w9 ^3 q《世界核能产业现状报告》评估这一产业的现状和发展趋势，从2007年起每年更新，如今已经被视为这个行业最重要的报告之一。在2017年，中国电力圆桌项目翻译并发布了这份报告的中文版。今年的报告也将在9月发布。“这是一份独一无二的报告，”施奈德骄傲地说。
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《世界核能产业现状报告》发起者和首席作者迈克尔 · 施奈德。! `* I5 G5 b3 L( _  N1 i

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截至今年7月1日，全世界范围内有181座反应堆已经关闭，而正在运行中的反应堆总计不过417座。假设反应堆平均寿命为40年，那么从现在起到2030年，还将有207座反应堆关闭（即197～1990年间接入电网的反应堆）；到2059年还将新增124座。这还不包括那些在1979年前开始运行的85座反应堆，以及目前处于长期停机状态的28座反应堆。这也不包括目前建造中的47座反应堆（截至2019年7月1日），它们中的大多数也将会被接入电网。
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- R) b- m0 S6 Z+ e% E% s每座反应堆的具体运行期限取决于许多因素，包括运行状况、经营牌照有效期和经济效益。不同国家对反应堆运行期限也有不同的规定。但总的来说，反应堆通常无法一直平稳运行到设计寿命的终点，它们正常运行的时间总比预期要短。
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首先，维修一座老旧的核电站往往会发现许多预料之外的问题。施奈德说：“我们深入研究过一些案例。如果停机时间预计是两三个月，那么最后往往会延长到六个月、九个月甚至十二个月。维修工作一旦开始，人们就会发现还有更多的东西需要维修。就像修车一样，你拆下一个有问题的零件，就会发现里面还藏着更多有问题的零件。反应堆也是一样。”
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其次，维修停机会影响核电站的持续供电能力。施奈德指出，2018年法国的58座反应堆平均大约有三个月时间处于停机状态，比利时的7座反应堆平均停机时间甚至达到了半年。他说：“难以置信。这样的能源能有多可靠？反而是可再生能源更可靠。人们一度认为可再生能源无法持续供应，但实际上太阳每天都会升起，只是阳光强一点或弱一点的问题，现在要预测这种变化也很容易。” : }# L0 a: c' z6 ~! i2 L
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/ G, s2 H9 _& X/ r. {事实上，可再生能源已经成长为核电强劲的竞争对手。太阳能电池技术近年来发展迅速，今年7月在美国洛杉矶，太阳能电力的价格已经跌破每千瓦时2美分，低于化石燃料和核能所能提供的电力价格。中国也在将不同的可再生能源相结合，以实现不间断供电。1 M0 }$ i! X( i: i! A7 {& K9 u

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所以，尽管状况良好的反应堆通常能够获准延长运行期限，但是施奈德指出：“实际上，许多核设施在更新牌照、延长运行期限之后又提前关闭，因为它们在市场上已经没有竞争力了。”
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: r! g! [6 g: x1 P- ~ 数据来自《2019 世界核能产业现状报告》，报告全文将于 2019 年 9 月 24 日发布。1 M9 G% J, n& L( v+ H: f% ]8 W

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, X$ b  e$ b* O7 `4 e8 ^6 q《2018世界核能产业现状报告》指出：“核设施的退役所花费的时间通常比预期要长，在大多数情况下甚至超过了建造和运行时间之和。”目前全世界只有美国、德国和日本三个国家的19座反应堆完成了退役工作，其中只有10座恢复成绿地（greenfield），即未被开发、没有污染、可用作任何建设用途的土地。
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目前已经完成退役的反应堆中，最快的只用了6年，最慢的花了42年。它们大多是小型的展示堆或实验堆。目前为止，业界还没有运行了40年的大型商业化核电站完成退役的经验，但可以确定的是，这将是一项庞大的工程，并且最好趁早解决。% ~( Y0 Y/ a4 Q. I5 u# X
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技术上，核设施的退役通常可以分为三个阶段。首先，反应堆内部剩余的燃料被取出，转移到乏燃料池中，同时部分大型部件被拆除；其次，拆解反应堆中受到较强辐射污染的部件，例如反应堆压力容器；最后，移除操作系统，并清除建筑物受到的污染，最终拆除建筑物。# _9 L- s; G$ K8 J/ B4 U

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一座核电站工作的时间越长，累计产出的乏燃料就越多，设备受到的辐射污染也越严重，这意味着退役工作量将大大增加。施奈德指出，其中最大的挑战或许来自于钚——许多商用核电站使用铀钚混合氧化物燃料（MOX），其中的钚通过后处理过程分离而来；而钚具有较强的辐射毒性，会对核燃料生产和乏燃料后处理设备造成污染，进而给拆卸过程中的辐射防护带来困难。# O7 U# q# \# L6 [

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2 X4 l: C6 u% ]4 n' h+ }, |  R& y 在时间规划方面，核设施的退役通常有两种策略，立即拆除或推迟拆除。《2018世界核能产业现状报告》中指出：“一般而言，立即拆除是更好的解决方案，因为员工的技能和工作经验能够在退役过程中得到利用；责任划分更加明确；公共利益能够得到更好的保障。”
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相比之下，推迟拆除将大大增加项目的风险和不确定性，包括人员和专业技能的流失、设备老化带来的事故风险和责任划分的不明确。近年来，在全球能源结构不断变化的背景下，法国的阿海珐、美国的西屋电气两大核电巨头先后经历了破产重组，施奈德说：“看看过去20年中欧洲和美国企业的寿命是多么短暂……如果把反应堆放着不管，未来由谁承担这些责任呢？”! r5 C; [0 Y/ O
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数据来自《2019 世界核能产业现状报告》，报告全文将于 2019 年 9 月 24 日发布。3 i, C5 d. C( ~1 t% n

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中国核电的挑战   o. y2 x! Q# u" k( J

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" u4 j, k9 G5 W0 z& o9 h, x4 ]和欧美国家相比，中国的核电产业可以说非常年轻。截至2019年7月1日，中国正在运行的反应堆有47座，还有一座处于长期停机状态，平均年龄为7.2年。但是施奈德说：“中国现在或许不用考虑这个问题，但是它总会发生，而且会集中爆发。” + j% @" f, k& K  X) O! x/ @( v
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+ N0 v, H# u6 u  _+ `/ r2 i" v施奈德指出，中国核电未来面临的挑战将与法国今天的局面非常相似。在20世纪80年代到90年代，法国在十年间建立了约四十座核电站，这意味着它们将在很短的时间内同时退役，并且这个时刻或许很快就要到来。而中国核电也经历了相似的发展过程。目前中国正在运行的47座反应堆中，36座的年龄在0到10岁之间。# X. b  n7 N0 @4 u1 \; \8 S

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不过，和十年前相比，中国核电建设已经放慢了脚步。自从2015年核准8台新建核电机组后，中国经历了三年的“零核准”，直到今年7月底才有新的核电站核准开工。另一方面，新能源的发展也让局面变得更加不确定。《2018世界核能产业现状报告》显示，2004～2017年间中国对核电的累计投资总计900亿美元，但是仅在2017年一年中，对新能源的投资就达到1260亿美元。施奈德指出，尽管中国新能源行业的企业一般规模较小，但它们数量众多，组合起来就是一个庞大的产业。并且，中广核等大型核电企业也已经强势进入新能源市场。
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0 F2 ?/ x  I: C! D, I% W既然核电站退役潮的到来只是时间问题，又不可避免，那么中国该如何做好准备？% ]5 e. a$ o9 o/ e% m  x
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在技术上，施奈德强调，立即拆除非常重要，主要核电国家一般都有这方面的法律规定。他说：“我支持立法让运营商在关闭核电站之后立即拆除。另外，关闭核电站之后核废料应该尽快从池子里取出，转为干式存储。我希望这辈子别让我见到燃料池起火，否则这会比我们目前所见到的任何一起核事故都要糟糕……我不是说这件事做起来很容易，但是运营商有这个义务。”
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& u9 q8 T  F; Y: U! e6 g在经济上，施奈德认为，关键在于确保项目的资金安全，包括预留足够的资金，和保证资金如期到位。他说：“唯一的办法在于准备专项资金，确保运营商无法动用。”他指出，欧洲的一些企业确实预留了退役资金，但是几百万美元的现金吸引力太大了，企业又把它拿去投资，结果往往会大幅亏损；为了彻底避免这种情况的发生，这笔钱应该由政府或其他独立机构管理。 / E$ v/ I+ |( {+ T; g; m

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; ^1 e; h' C4 f) {0 L* j( v拆除一座核电站需要多少钱取决于许多因素，例如具体的反应堆设计、运行期限和拆除的策略。唯一可以确定的是，实际需要的资金往往会超出运营商的预估。2011年，法国电力集团（EDF）为已经关闭的12座反应堆的退役拨款33亿欧元，但是项目成本估算直线上涨，到2018年已经达到65亿欧元，几乎翻倍。 + k& }' j: r8 K. r. ]: O

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施奈德说：“核电站的建造是非常不确定的，甚至在建的项目也不一定能完成。历史上大约有一百座反应堆没有完成建造。但是退役可以说是笔稳赚的生意，尤其是当国家政策要求立即拆除已退役核设施的时候，我们能知道确切的下线日期……这将是一个规模庞大的产业，而且非常确定，它就在那里。”事实上，国际原子能机构（IAEA）估计，到2050年核设施退役的市场规模将达到1万亿美元。
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' q- d/ z) ^% r( _) U. Y或许，我们这代人不仅将目睹一座座核电站的关闭，也将目睹核电的终结。