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）; c2 m% g4 f* {0 O' i
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。
0 k9 r( Q4 V: |9 F6 o4 x  q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。8 X2 _# e) G/ A9 Y: x6 e2 h7 Y7 x9 n

2 ]8 G/ o) ?# [  U+ S, ]9 u$ Y* c  s: n3 [% l% x8 ~' ~0 w6 ?- a+ }
9 D" ?6 M$ K( k. R
撰文 | 戚译引
: Q+ A  c& m/ y# M4 d/ P4 |4 `% r1 |$ ^7 \- G

* N' G. V+ K4 h* A2 T7 o4 {- D! O! ?: a" G! L8 D$ z2 h
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。
9 i9 x3 ~- D, {1 J4 [0 m% {5 X4 C' X- o3 [# P% a5 s$ ]# I

* z: s3 _  q3 d/ t1 |! i5 m& r: H' T  D( F
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。
* g. {' H! Q% R; Q; z, l3 M
7 e) I! U8 D+ x; _
  o5 a3 r1 Q. X% R1 \) J6 S, Q0 x& Y4 Z0 ~& i; \+ z
“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。/ `: d' k8 Z- c: |& \" E% o% b7 e: p
5 n: k: [/ j- V! {- y

! z9 V( R2 m6 M' T% T0 n
  j/ r- V2 W  J' h/ r《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。
/ d% `+ v7 j+ S) \3 C) B. `
( C6 m  U8 s  f8 w5 ^; n0 N& [. Q  ]" Q6 c* o0 |

9 [; U4 j" {2 @' E《世界核能产业现状报告》发起者和首席作者迈克尔 · 施奈德。+ n+ @" G0 _3 J  j$ Q' R& w
0 _  H& W# |8 [+ E. \, [

) v1 D0 |" J  q( m6 [  H! N6 `, n/ k% B. z+ ]

( z( M0 y1 Z# L% ?
  x9 j* U1 D0 U# T老去的核电站" c, x3 j% z) }0 ]# |" x7 J
( E6 ^5 Q" o- D* }& f* x
" B: @! t# K# u8 m

7 d$ y, y4 u: K& ^! Y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。
8 {8 v" w9 H0 Y! f. v5 `
7 W, @# G9 j8 j$ I) h) v- \3 @. K: K% P( o; j# Z+ w
6 v! X# m0 O5 r, J" C
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。
3 U+ z- |$ e2 r1 ^; ?( c4 G
, v: _) l9 \  R9 E1 V7 R
, }* h  O4 @  f% A' j: P
8 {; Y! i* o6 }9 A1 F0 `4 i# N图片来源：pixabay
& B7 O% F, g  y3 b
; O6 e5 ~: C1 D. w$ d  |0 _0 V6 E7 \2 Z) \
+ b/ l3 X$ i& O0 W5 x" \9 @
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。”
. c9 T! ]8 |* X2 z6 x, N+ r: D: P
- l1 ]6 s$ p0 U  P+ C, n9 p* M( D7 j
9 v: y7 d- @6 A3 ~7 v2 l0 k2 ]
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。”
. `" j8 N; ~  R0 K/ o
6 W* W: C+ q& T  p0 t- K. u8 d% g6 g) G( r" m) j2 c

  m, V5 r" Y) w1 H, d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。
) ?+ d2 |9 o' {$ z8 K# w5 R
! Z* e/ N9 d& x4 l, U7 b; O. i* k1 K, T5 o$ F+ g6 r

$ i. s. n: S4 Q8 o! ~' n2 n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。”
* m5 p9 g, T1 O% C& s1 X: q% I" ^: F
$ k5 `, t) K* {% X" _
/ W5 v  I* f* Y* ~4 \5 Z* k. }1 m$ I8 F
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。* ~( w1 b' s6 Q. j$ c$ ^5 |! k9 _

9 o" `+ d, D( A, Z
' T) V; t: P9 ^0 T) L+ A! T, s* p* y" x

1 y& H9 S2 h- P7 `! [* G! |+ _$ ?) b3 T6 {/ b
漫长的告别7 i( o( h9 O2 j2 s5 V" n( }" i
7 M5 g$ l- b+ x8 V4 u

6 c: ?1 [4 {$ r2 \/ h+ p6 H! ^3 ]5 j- n9 c
《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。
# D$ e% W) Q; L* j$ g  m  E8 i7 ?1 C& h! L
4 S, e' o& z4 U  f: }# E

% B+ \# P8 R# j! y- l  t: W! V 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。( t5 }' F7 b: b4 m$ `9 |

( d; x3 M3 M/ a9 \' c- S3 a/ Y9 C4 U7 d0 ]6 J6 s6 `( d
3 ~" r8 y* d; J+ i. q3 k
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 Y$ l' C! s% y4 q/ w

5 {" D0 i; S) M1 I0 ~; h, D! J  U2 [

" T; m6 O" K9 W& y 图片来源：pixabay( B4 E+ l5 M1 w2 O
7 P4 u1 D! G. \0 z
, J" n& O3 K/ i6 J* L

# |, {6 p* E. r' i" _& t8 |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。
# e4 U7 F3 H  R5 M( O3 L6 z4 Q: a

0 q2 G. w1 Y* q% |  F# ^( |
5 o/ u" |) I" Y$ w4 ~* X 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。”
, s8 k. |& l# @/ F% W" e0 c. Q  b; x9 B6 Y
' C, W" e2 Y  d

$ @  }: j$ ?8 j# h6 Z9 `% Y* W5 h8 e 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？”
+ I7 W9 I6 x4 {. h
1 h* D, {) }& K; U; @3 }  R/ Z) m  l8 Y; f  i6 H* }) U
' ?  J. o& C" V# t- B- U# 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。
  \( {8 f! Z& |; g2 C
2 y$ j6 Z+ b/ k% Q9 ?+ m  T5 a+ S3 E6 R
0 L9 P* @! `5 d- _/ U- m4 j% c0 N4 O
, Q8 n6 {" @5 ?8 b8 @! y/ Z+ W
* n# Q: [0 Y% I$ {" t1 E
中国核电的挑战
; J$ N* _! E) {6 T& I9 x% y7 D9 m) l( D

2 X2 j) M9 Z* i% P
, D& q9 G6 A' v  t8 G. U% a/ v7 e9 w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。” . h: S! v) n  A$ c1 f/ R
9 [: K3 D+ |) I3 A+ L4 P' a/ {
) H* B: H% l: E) f! A1 r$ o

7 K7 K! C( W! A# ~- g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。' n. J" u! h7 ^6 I0 |9 x( r* y# i

+ g& u0 v% R6 t% l. I( R4 m4 {( j' @* `( ?. h6 S, i* O2 x

3 o' }1 e; C0 E+ Q4 H, r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。9 L' X- V1 D7 a6 v) O8 G
& O/ w3 ^+ f* h; Q8 I

5 P* r4 d/ Y- l1 r7 q1 W. Y. e: h3 \( Y4 Q8 `
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？, j0 [0 k8 M' ?. R# Y* R; e1 q

+ l4 |. Y% e' {  ^3 `+ _
4 z2 w" F) @3 u( Z6 z* S  y" z7 p& f+ Z; V9 ~( ?1 W
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。” : P6 h2 t# `' }1 l# ?: h" z9 `3 G

) P9 @2 Y$ J* l# v
- M  {  @$ e6 y# i; r: j- E( Z+ Y
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。 ' |* d* l( I7 y% g0 l2 M! I% a

" {7 X( t# q, w8 O7 p; T2 S4 q5 U
' B0 ^4 Y$ W4 f" e+ X% t1 g7 D/ @7 v1 ~
图片来源：pixabay# \. q4 ^. c6 k( }7 S9 ]; S

( z1 ^* D' f) i- s; V$ X# J( K( i- U3 B, X
, T6 H) Q% m1 t0 U1 O: }
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。
- q! k' \/ j9 c" b& B3 \& X9 C& g* E" N# o) X& O: h" X

: U8 J& d* f/ Z- m. W+ r+ K9 d$ ]+ k  c' ^% h) L0 p! c  ~$ }0 D5 B
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。  f5 Y8 q, [4 t# o

% E7 X% A$ o8 B+ {/ B4 L0 u- l8 b; l9 \8 p' ~& I* C+ y3 \7 t
3 r8 a, |( w* O- u
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。