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）: H% n2 g# E1 _* c( P  D3 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。 ' K: `/ c2 L. z6 f  h
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。9 p5 s5 T. Z( r# T2 C" O! I

, p+ F; C7 Q! R2 v2 X
2 K! ~/ r# v7 V, z! j( x8 d! M
+ [' ~; Y, a) B  n/ Q撰文 | 戚译引
: a! K! t1 B- `+ _; j$ l8 J# {3 p  U7 x# _; l, A1 L% ]

( _( W; Q' x& A. J1 Q  L: a; X. `% `- x- {. C
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。2 s& s1 N# x, Z8 {
3 [1 I2 C  ?+ n  j# o# p
2 o! x0 b5 |$ L  f1 j% M5 z. _5 b
$ [. l1 D, X; H% q& {; 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。
# i+ _  L5 Z* }4 J) U$ V, [- W0 \! z7 _$ |5 l% s- t, l. o3 S
6 V) n0 N9 z/ \" i7 S/ I! g$ b, A

/ c) s9 g5 \  `; E; \- z: p“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 C( G8 |  d" G* n7 l+ m, m7 M) b7 o1 ~- E
2 ^* J- e0 {( I4 @
8 Y5 a% I( v: j2 n1 L
《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。
2 M) I! c& f  F# n
' R& l5 f  t9 Q& z' W; ]
7 J$ k* y3 A2 T- m5 W
+ H8 v$ n+ ~4 x3 p  K1 @. w' `《世界核能产业现状报告》发起者和首席作者迈克尔 · 施奈德。
2 a9 K8 C# g: W& j/ a5 g  F" r, _3 h2 _' Z7 ?; R2 q4 z
/ l; y& ~2 b6 X

/ C! e+ g& T% \: [/ Q, A  _1 ?; M, f' m3 k: ?# |7 M6 ]% Q: L- [4 |5 S

. m8 L: x6 ~* r4 ^; \" v% s8 o& I老去的核电站
7 h% z( S% S- D* B2 r6 M
4 ?+ ]$ r3 ^7 l# ?" g0 F! ~
- n6 I, T& v+ y# b( T) R6 y/ ^0 J3 @/ W7 p; ~
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。
% T+ Y7 ^8 u5 r3 x, K
+ R( d2 z+ t3 ~7 o, |% A, R/ u' d( n; [# J" {) x

6 L/ E  y* B; d& x4 \; E4 m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。
5 e5 v% Z3 H  X, e" x* z3 W+ L
+ ^( y5 h1 @/ T2 p' n3 D. [9 E) i) [# O

8 d8 q8 [/ w" ]1 a, R' e9 ^图片来源：pixabay
- k, H+ w" C* k0 S# N5 |$ X
) }8 t2 d  t' y
" W4 z' @. k+ F% b9 A; C$ ~; s; w4 T% H% L6 n+ p; K" x: s
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。”
. c: B; W' H7 q- \9 T' a8 I$ g4 p
- U* {, [; D" i! u. A, V
) W& I4 o3 L! v* Z; y; ?8 E5 W0 c
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。”
, t! Z1 g: {( H9 j) [
9 }) t8 K8 S8 A3 S* J
, n5 k: C" x' z) h' w0 ?1 ~) B! A6 ]7 a4 O! y0 u! W% @, v
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。
# @5 Z8 D" S% w/ q8 j! Q" d2 f# U# P& O" j0 l

  g$ ~+ U: D7 P: r  b; q& E, A- C( v1 _' v5 K! |
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。”
6 z# @) s" Y# q$ x/ k5 j9 a9 @! `/ ^
' B7 p5 l! C9 J4 \/ d: k. ?& A( P

) `: h) j  f6 k/ S 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 {' c$ m% k% ]- y

4 B4 R# m- U& {  t5 n; n, G3 U; I2 D; r8 C5 E" y9 d2 i; ^
$ R. i- `8 R. [; O

* L; j' m; m- X5 k' j% t3 @- D! X. K8 }! @  U
漫长的告别
1 U. w! d9 m2 N; L" M) Z+ o& @8 [, D9 S. y

) o1 d$ d; J; ?2 X
# K, f8 ?0 t; o) T( X. i' Y3 W/ a2 F《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。' m- A% k1 |/ i1 X5 J

7 y7 t/ Y0 N9 p) \8 \$ P; r
1 W( b% _. q8 W0 n* p9 G) Q+ l1 `2 `
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。
/ \1 T3 `1 n% F% C6 a
& d2 v6 Z' `/ Y( m: c+ j' ]! [1 ?6 _
: R4 |$ O+ J$ d
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。3 d$ [% @0 z+ ^7 _9 b' l2 c

7 A/ v. i0 n+ f
. ?7 T' _9 K& A6 e
, W/ f' Z0 L$ C  b( ^: M 图片来源：pixabay& Z/ i1 F2 c& b7 _5 W
" ]- S7 I0 ^0 D/ s. q! S. G
4 |1 j  U; n. B8 C3 q" l. R

3 x  n# ~  D6 p2 Z* y4 p( ~8 v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。
) Q6 z5 k! D# T! y  u' Q; f/ Y% Y. x) {, {# I* l5 p/ M' p
$ x: ?; W0 F( V- ^
4 s1 k) z1 q. J+ `
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。”
5 k3 s+ ]6 k/ U" v$ F3 `% _4 S
( _, h3 N: y; h/ k
" v$ `8 o1 t* I' ^. D: g" j) ?7 C$ V( H& D( G
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？”
- K5 O, F! P1 j& O. G* R3 ^, v; d  Q# C3 X! p1 Z! `

% v, C0 f* p9 k, ?- O+ [3 w; r5 v
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。
( O: o; y& d( R" J4 i; v# b" g3 z" G8 q2 ^( M! p$ V* y2 q

, c2 g0 x& K4 t; W
; |3 D6 Q, ]: [
3 h( s+ u3 A  f" h. G# Q1 O9 R! u5 y/ x( K
中国核电的挑战 6 T3 l5 b# D0 S2 ~, s+ R

$ s) i7 |0 G/ `/ o* e: @
0 T& X7 _& e( T' P6 k# G1 }  W! ?6 ]1 f& s
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。” " g0 ]) Q& ~# b, b* |/ {0 H4 C/ |9 t
/ f4 N+ f7 k0 ^* ~* l. E! {
  U& x; _  b; t3 C# j+ P

2 @9 N$ T3 _# M" D3 u6 {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。( h8 h5 {! j: k! D% b

  V% y$ @( V+ m( {0 F/ b$ ], f3 o- Y+ r, `: j- l9 `/ o
0 O1 x) ~4 Z5 C( Y, j/ |! }
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。
( m1 @" \' Y9 O. H/ x
! p; B! C, L& {1 E4 m& A) @8 c. ?3 B3 u8 y, {8 ?
) N* ?& X% i" L5 m* I1 @; _( k
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？
1 E" ~# N8 I) D4 R6 Q- j; A
5 w' M6 F9 m+ c: ^  c. l% P: q. d# E0 F5 z
* C( d' N, `6 S' {+ f/ m; t
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。” # O7 X3 x: x- _, |

4 ]3 t3 t' s" M- l
) A- r. `; f, z8 D; q1 U7 C: }+ e" h+ m3 r! @$ H: _. E6 P9 H
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。
9 s% R! C, u* J$ s0 |1 y2 n; `7 p2 ]9 {4 `  u% s
, u9 c- y  i1 B2 ^

; m5 h8 ?! V2 S  ^. H图片来源：pixabay
- }: a! X, U7 `% d) v7 S% W7 h+ {, {5 s1 V
" ^1 O- _# L1 V6 ^0 t1 v; Z$ p
  ]2 w# D. D- q3 `% M% J9 s
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。
, r4 m% k6 o! r; y  H2 |. x, n$ V
0 O' V- ~7 |4 i, I% \* S% _( Z5 S( `8 c9 S, M
6 P: Q. ]! J- B  ?+ d) ~- I& |
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。/ x3 F8 P' A4 O. \+ p# c" @. C
! _' }# y) _' X3 m, q9 y) O9 |8 N, S6 a

9 h5 v" D2 R' d
- w) R/ J. X- z2 J: Z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。