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核电退役废料挑战:要为运营结束做好准备

2025-01-02 14:24          核电退役 核废料处理 放射性废物核废料处理

核电国家的核废料管理范围,必须扩大到电站退役核废料的管理。这可能代表核废料管理流程方面的变化。

1 、核电退役

德国等一些国家的最新核能政策将涉及加强核废物管理(图源:网络)

国际原子能机构(IAEA)、欧盟委员会和经合组织(OECD)核能机构正在与世界核协会合作,将从不同核废料评估倡议中收集信息,整合出版《乏燃料和放射性废物管理现状和趋势》。

在该出版物中,将系统地总结乏燃料和放射性废物管理方案全球现状和趋势。

之前也有相关报告出版——2018年1月(涵盖截至2013年底的情况)和2022年(涵盖截至2016年底的情况),第三版(截至2019年底)现已有预印本。

本出版物中的基本信息,主要通过向乏燃料和放射性废物信息系统(SRIS)提交的材料收集,也包括公开的联合公约国家报告(Joint Convention National Reports)。

大约90%的核电站运营国家向SRIS或联合公约国家报告提交了数据,占全球所有核电反应堆的近92%。

虽然并不包括每个国家的数据,但现有数据清楚地表明了目前世界核工业界存在的放射性废物问题,并显示了随着在运或计划中核设施达到预期运营寿命,未来将面临的各种挑战。

由于许多核电站运行多年,而且第一代核电站的设计寿命即将结束,电站退役将成为一项越来越重要的工作。

核废料管理方面也要进行改变,尤其是德国等一些国家的核能政策也发生了变化,这些国家开始要求关闭国内的核电站。

此外,报告称,许多国家现在正在共同努力清理过去的核能遗址。

由于许多核电站运行多年,像瑞士密勒贝格核电站这样的第一代核电站即将达到其设计运行寿命,电站退役将成为一项越来越重要的工作。

越来越多核电退役废物的增加,加剧了核废物管理中已存在的问题。该报告表明,低放废物(LLW)和极低放废物(VLLW)的处置路线方法,将变得越来越重要。

非核废物管理的重要性日益上升,以及向“零废物”或“循环”经济的转变,意味着处置任何废物都不应该是首选方案,主要挑战在于以整体优化的方法实施废物最小化技术或净化后的回收。

放射性废物或乏燃料处置设施是稀有资产,成本高昂,必须尽可能高效地使用,这一事实进一步强化了这一点。

2、评估废物水平

随着核电站退役数量的增加,低放废物和极低放废物的处置路线方法,将变得越来越重要。

报告发现,全球储存的乏燃料中,约有301,000吨(tHM),每年排放约7000 tHM。目前,约70%的乏燃料储存在水池中,大多数新设施都是干式储存。

目前,全球固体放射性废物总量约为3200万立方米,其中2660万立方米(占总量的83%)已被永久处置,另有560万立方米(17%)临时储存中等待最终处置。

超过92%的固体废物被归类为低放废物或极低放废物,大约95%的放射性物质与中高放射性废物有关。

报告称,在制定国家政策以及管理中放废物(ILW)和低放废物的法律和监管体系方面取得了重大进展。

最重要的问题是高放废物和乏燃料设施的开发、公众接受度和资金。

乏燃料、高放废物(HLW)和大多数中放废物仍处于安全储存状态,而不是最终处置。

对于库存量较小的国家来说,开发处置设施可能是一个挑战,人们一直在讨论如何共同合作努力。

大多数核电国家希望在其领土上的设施中处置其废物。在合作的地方,它涉及技术开发,而不是共享设施,在过去二十年里,在处理、调节和储存废物方面取得了重大进展。

未来10年,欧洲将陆续开始运营三个深地质处置库,但乏燃料、高放废物和大多数中放废物仍处于临时安全储存状态,而不是最终处置。核事故产生的废物也需要处置路线。

3、隔离处置

芬兰将开放世界上第一个乏燃料最终储存库。

该报告还探讨了另一个问题,将废物分类并将其送往不同的处置库,与混合或共同处置相比,是否更有效。

如果采取前一条路线,将有更多的工作要做,包括复杂的核废料分离工作。

例如在法国,直接处置核废料和核废料处理以减少处置量或实现核废料回收的经济权衡可能很困难。

相比之下,英国等国家通过使用经过许可的工业垃圾填埋场等处置路线,降低了处理成本,虽然有人提出该方式“低于监管关注”,但对公众没有放射性影响。

这对于管理退役核废料尤其重要,因为退役核废料将产生大量低水平或极低水平的废物。

核工业界普遍认为,确保乏燃料和高放废物长期安全的首选方法,是将其隔离在深层地质处置库中。

也有少数国家正在考虑将不同核废料分类储存在地质设施中的同一地点。这种共同处置方式更简单,所需设施更少。

但也可能增加复杂的设计工作,以避免不同废物类型之间的干扰,以及在地质深度需要处理的材料量也会显著增加。

报告称,需要一套评估工具来支持涵盖核废料生产和管理各个方面的综合供应链。

核燃料循环战略需要与整个乏燃料和放射性废物管理政策和基础设施充分结合,以确保资源的最佳利用。

孤立地将效率引入各个步骤,可能会在后续步骤中带来额外的挑战。

4、退役问题和其他趋势

长期储存的乏燃料量正在增加。报告称,随着后处理厂关闭或接近使用寿命,将乏燃料运往海外进行后处理的核电国家数量正在下降。

无论如何,经过几十年的运行,现有的核反应堆池已经产生了大量的乏燃料库存,而且每年都在增加。

因此,临时储存的需要超出了是否对燃料进行再处理范围。近年来,许多国家不得不通过扩建现有设施或建造补充设施来扩大其临时储存能力,以容纳这些库存。

大多数存储系统投入运行时,其设计寿命在20到50年之间。

随着这些系统寿命的结束,正在开发额外的监测和检查技术,并对这些活动进行重新许可。

该分析报告强调了遗留设施退役和遗留场地修复方面取得进展的几个国家的报告,尽管铀矿的修复仍然是一个重大的技术和财务挑战。

一些国家认为,有必要制定一项处理核电现场遗址的国家战略,包括需要建造新的设施来安全管理产生的废物。

全球放射性废物储存和处置需求正在增加。

近年来,在立法和监管框架、政治和社会对话以及最终核废料处理设施的技术方面取得了更多进展。

然而,从框架到实施需要很长时间,这意味着在绝大多数情况下,在最终处置路线可用之前,需要临时储存能力。

许多国家的方案,要么没有放射性废物的最终处置能力,要么资源不足。

管理退役废物的需要是调整和改进现有放射性废物储存和处置设施的驱动因素之一。

这些改进包括引入新的技术和工艺,如废物净化设施、金属冶炼厂以及使用新的容器和配置来储存和处理这类废物。

极低放废物直到21世纪初才推出,但这一概念已经迅速成熟。

许多国家建立了国家系统和具体设施来管理这类废物,其中许多国家有一个或多个处置设施来实施这些方案。

退役产生的放射性废物是许多核运营国家的主要废物流,少部分由核电工业设施和不同监管活动(如研究和医学)的设施产生的其他将放射性材料。

报告称:“近几十年来,大量此类设施的运营结束,正在产生大量不同类别和类型的退役放射性废物,从定量角度来看,这些废物已成为急需处理的最重要部分。”

德国、意大利、日本、西班牙和美国等国家推动了检测、处理和调整以及相关运输等方面的具体解决方案。

管理这种废物相关的问题,在各个地区都是一致的,虽然每个计划和项目中采用的解决方案主要更具体地针对其特点和背景。

5、核废物分级

核废物分级和循环经济,在核废物管理中变得越来越重要。

核工业界越来越努力地将废物减少到最低限度,同时采取措施回收可重复使用的放射性材料。

这些做法在运营设施中很常见,在规划退役项目时也同样需要这些方式,因为废料的质量和数量都可能很大。

报告称,清除低于分类阈值的放射性废物,提供了“减少需要管理的库存量”。

越来越多的国家制定了监管框架,以确定实施这一方法的限制和条件。

报告表示,这些发展“对核设施退役的计划和项目产生了特别的影响,因为它们有助于安全和大幅减少退役放射性废物的库存,以便在特定设施进行管理和处置”。

拥有少量核库存的国家面临着特殊的挑战。

更成熟方案的经验表明,良好的废物管理有几个基本组成部分:适当的立法和监管框架;知识和技术的获取;设施和基础设施的可用性;合格的人员;财政资源;以及社会政治共识。

这需要“在要求严格和持续的国家一级做出努力”。对于放射性废物库存较少的国家来说,这是一个复杂的挑战,他们必须管理优先事项、资金限制以及对社会和环境重要性的认识不足。

但报告指出,越来越多的国家正在对其框架和基础设施进行现代化改造,制定国家政策并建立独立的监管机构。

那些因运行研究堆或小型堆而产生少量乏燃料库存的地区国家,面临着大型项目优先的额外挑战。

在这些情况下,技术和财政资源的分配倾向往往存在困难,而管理方案本身可能被视为较低优先级。

总体而言,报告称,许多国家现已成功制定了几十年来稳定的政策和战略,并在实施方面取得了良好进展。

然而,报告指出,由于各种原因,随着时间的推移,保持稳定的核能政策和战略可能是一项挑战:“由于可能的管理选择会发生变化,因此,重新审视过去做出的决定非常重要”。



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