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）' M1 _5 \7 J; r
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。
, w# B/ W1 ~5 T$ G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。
  t( @2 r6 ~! o! R- _$ B4 ?
8 H# v! e% G- `$ w" w0 h- ?' k  V9 h4 h. l3 U( E5 A, ~! G

# }* A/ e0 h5 ?( z撰文 | 戚译引7 z1 I* \8 f# x, ~" Z, a2 l

+ S; h: q. L% Z" c' c& S* g- Y- r1 c& f

! _# \3 ^) Z* G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。
; Q! l) {% O, n; V0 E" b3 P' |/ o" a- p; }

! l( H! a. p) [  t8 i% t6 c" }  q) ]
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。
% E- S8 N2 l( i; ?, }2 t4 n( }) Z" t! d# R7 _
5 Y* P/ ~/ W, `/ Y0 B/ m/ B

5 T3 [- b& _5 M; ?% r“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。7 }5 F; N9 W4 g$ z) J: O
) t( [  j5 R; T  l. n

& f1 Z$ G( l* Q. t7 Z
9 Z9 d8 Y6 a8 y  Y《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。
8 u# t& H4 n. i* j% h3 g5 l4 R; }/ @& A) z* V- G+ w# f

( u+ a% |* G9 c, t1 x
' A; [3 S2 j; d《世界核能产业现状报告》发起者和首席作者迈克尔 · 施奈德。* I  p5 P' u2 V) E3 B+ k: b! V

& Z3 i* S8 u0 a
" V+ T5 W: y, b9 v
( X2 z" i  l1 h3 t6 q* @' U9 |. j/ s/ O/ [# x; y

, t, |/ H% c: Y. _# F: K, d老去的核电站
" _* E; `3 e. i* f) u/ D) c. [4 U9 L
3 n& {6 R- p' h8 Q6 D2 d$ ~4 k" o( _8 c  ~5 X( W* P
9 i* W  [! ?. c9 O4 A
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。, _1 t- L' w: K( x7 E& [$ L, }

0 G3 I, J' v4 X. Y6 d+ s) i% z0 G' R7 @' u7 W/ O- I9 L
' ?# H: }: u/ ]$ L5 X
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。
0 @. ]1 g% [% R" G: H2 d+ W  e0 `
) F3 d; x  Y. y0 E+ S/ s( p! u( n  P2 \' j) Y& f" W9 [9 D
% X! [" ?' J8 l1 [
图片来源：pixabay# ]* y7 m: |; ^8 L: R* W7 n

- A4 O% Y, q$ O, B/ U' c2 i
: \; L- z2 S% J
% Z2 I& u; a3 f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。”
( P4 d, c8 l: y  O' c! U
) {2 C! q2 e9 ^( D) Q: `. g* _
; k2 _* U8 g9 V. O$ D
% X+ S! Q0 M1 f9 {6 O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。”
3 @; w; E, g+ f; r3 m
, S: U5 e6 |* Q% M0 _2 M3 c* X4 a; s% a( ]( p8 [$ B& P# t

: W- \% m( x& I7 P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。
* I. b3 H1 m. Z* Z1 |% |& {' v1 l; Z* H/ [$ C2 \0 n% H; p
! J  d; J! ^5 K6 v0 F! |: V2 x% Y! W

/ n; N* z1 X) p! G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。”
* w2 W5 m( A; l
+ K" x& f  Y# X; {+ F$ P2 r3 t# J) m0 B  V' Q3 X' `7 D
# q% ^6 v! A) w
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。) f4 _5 C/ \' T

( P8 y; P7 X4 ?% c9 T+ Z3 U  C, g. \  E$ s! S. p" b$ w" s4 b* `: T
) Y% \! `) P' i
- \& ~2 @" g6 D- k, `( z9 d1 z

( c7 y" q7 O4 `3 ~# e9 Q: x漫长的告别
1 U, e& Y5 e. ?7 m) C# z- B+ s* N* k9 [$ R" F" @5 y8 H

7 q6 }' D7 P7 P- V* ]/ u! B; ^, D! m0 j+ B- z- i
《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。5 n# f5 s, H, N( q$ Y9 f# U, M

& a+ L- ~# o# t1 j6 ]0 V) g$ D! k$ n& j2 T
& f, T% |2 o7 h8 I' G, N7 c
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。& n; t: t9 d0 l* [9 H+ }, E8 a* S
4 N0 T4 C3 Q: u- N1 a/ R5 P2 K
8 l* x  ~3 c; q; [2 _! F

- M; [! F* |* p0 C 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。
' \4 K4 {+ X& I9 C2 b0 K) r' Z1 B8 T
& _+ s* n' C, d! K
6 @& m- Y9 V* C
图片来源：pixabay
3 N0 G5 x- ~$ G' l2 W$ B: B2 u0 F$ y

3 B4 i. j$ s$ s: v; s" n; i# T' y6 r+ o: A  m8 K
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。
. T1 A5 C* _4 m; U/ s6 C  z3 p
% w7 b3 W& a$ x% ~: N+ s4 R6 s% l& R1 e5 j5 q+ W5 e
# m! M, `- B: w' C7 m6 j6 x* K, U& }
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。”
2 t# e5 l& w) j: G& u) f
8 F$ c- j5 R& Q* }1 `2 y! m+ v: h- U/ b/ P6 ^  ^8 b1 x
1 D3 ?) X8 M0 _" S6 P# u
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？”# l5 e1 W: \' b7 G

# j) z' m/ V* O; r, ~/ ~' r/ o& L2 N+ U. i9 J; r9 |6 n3 h. F; I  s
6 W* s) b% @3 X1 M* h$ G' D
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。
$ f6 n, D4 h3 R! b  M5 H! K( `, |

/ C& n" `5 q  R# F$ p, ^! Z+ {( _: x& A. E8 |( v' B5 Q. `6 _9 p
% ~4 e$ n6 ], h; B4 S# B
+ ~" z: b( L1 d  @
中国核电的挑战
/ w9 K& s7 |+ Y2 n4 w& `
! c8 L: B3 B% r5 I
; L$ x) z$ ^' y4 r* b& m+ Y6 @3 R  D' T3 j
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。” 8 x* z9 @- K& N: L8 w% c3 _3 W

, w/ H5 D; {0 h& V- |  l
5 ^% ~+ F# ]5 @; O1 C& D! u! d( L$ Y7 k" w2 i4 \
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。
1 ^( }8 F7 J( _5 {( T7 E
2 Y9 m# r, c% r0 _
4 g% m1 t; D9 D$ A
# b$ u2 f7 G( k) R3 {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。$ l3 s0 S$ j- O6 o# ~* \4 {6 ~3 I" C) v

. W" P$ k" e. S* t, H2 Q* Z
. z% N' z# V9 ^# ~, p, z' j; g
) b! F1 z+ i9 l: Z- p7 G! V3 z& B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？- @: r2 |8 W' M, L4 D
- E& G* W/ f3 x$ s& m7 ~$ Y
- {! m& |' S; E" m: [3 F. ~+ G+ M4 k
" [; x4 e2 Q  N6 C6 u
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。”
9 O  c6 O7 V$ U, ^
& w* U. q* T4 ]- C  D" q% `' ^9 G% s6 k

- B" @$ R' I( {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。
$ t5 A! g2 f1 K2 F+ f
: A7 e: L* ^$ u2 D* V/ [1 d5 A1 e2 e4 V+ I$ n

9 `1 R: @; i) \/ f* G图片来源：pixabay+ I6 g: n9 a6 [$ k

# a% U9 {9 ^: \" y) _. R0 T- h+ c7 I. I

9 O( z# Y8 {# W1 V" G" |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。
$ ~$ w8 M, {% W3 t; w% {0 x& ?1 {9 `/ P. `4 Z: t
  l" D3 x% F% r2 z

6 u# Y2 E; j0 W) y; w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。
- ]+ D3 M/ H1 H  h4 i; Q' I
" Z- m( `- p7 i+ W: u) G. O% A6 K7 s0 e. z

; W7 Q3 e: L2 u% F. i. ~: f3 |% e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。