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乏燃料后处理产业的市场前景及发展路径

李想 张宏韬

李想, 张宏韬. 乏燃料后处理产业的市场前景及发展路径[J]. 南方能源建设, 2017, 4(3): 35-38. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2017.03.007
引用本文: 李想, 张宏韬. 乏燃料后处理产业的市场前景及发展路径[J]. 南方能源建设, 2017, 4(3): 35-38. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2017.03.007
Xiang LI, Hongtao ZHANG. Market Prospect and Development Path for the Industry of Spent Fuel Recycle Management[J]. SOUTHERN ENERGY CONSTRUCTION, 2017, 4(3): 35-38. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2017.03.007
Citation: Xiang LI, Hongtao ZHANG. Market Prospect and Development Path for the Industry of Spent Fuel Recycle Management[J]. SOUTHERN ENERGY CONSTRUCTION, 2017, 4(3): 35-38. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2017.03.007

乏燃料后处理产业的市场前景及发展路径

doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2017.03.007
详细信息
    作者简介:

    李想(1985),男,河南洛阳人,工程师,硕士,主要从事核电项目管理,产业发展推进工作(e-mail)lixiang0831@163.com

  • 中图分类号: TL249

Market Prospect and Development Path for the Industry of Spent Fuel Recycle Management

图(3)
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-01-11
  • 刊出日期:  2020-07-18

乏燃料后处理产业的市场前景及发展路径

doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2017.03.007
    作者简介: 作者简介:李想(1985),男,河南洛阳人,工程师,硕士,主要从事核电项目管理,产业发展推进工作(e-mail)lixiang0831@163.com

  • 中图分类号: TL249

摘要: 随着我国核电重启政策的施行,核电装机容量逐步提高,乏燃料的产生量、离堆量以及外运需求量均呈现快速上涨趋势,而我国乏燃料后处理产业发展相对滞后,需求和处理能力的矛盾已经成为亟待解决问题。文章通过介绍乏燃料后处理主流技术的工艺流程,分析该产业发展的急迫性和巨大的市场前景,探索产业发展路径,寻找产业链发展的着手点,为相关企业和从业人员出谋划策。

English Abstract

李想, 张宏韬. 乏燃料后处理产业的市场前景及发展路径[J]. 南方能源建设, 2017, 4(3): 35-38. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2017.03.007
引用本文: 李想, 张宏韬. 乏燃料后处理产业的市场前景及发展路径[J]. 南方能源建设, 2017, 4(3): 35-38. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2017.03.007
Xiang LI, Hongtao ZHANG. Market Prospect and Development Path for the Industry of Spent Fuel Recycle Management[J]. SOUTHERN ENERGY CONSTRUCTION, 2017, 4(3): 35-38. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2017.03.007
Citation: Xiang LI, Hongtao ZHANG. Market Prospect and Development Path for the Industry of Spent Fuel Recycle Management[J]. SOUTHERN ENERGY CONSTRUCTION, 2017, 4(3): 35-38. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2017.03.007
  • 核电,作为我国继高铁之后的又一国家名片,是我国落实“一带一路”战略的重要抓手,安全有效的发展核电,是我国十三五期间重要的能源转型发展的重要方针,其中核燃料循环是发展核电过程中不可忽视的一个环节,在核电装机容量大幅增加的背景下,如何处理日益增多的核电乏燃料,保障核工业体系安全稳定运行,同时更好的节约资源、控制成本,就成为核电领域发展面临的新问题,具有重要的意义。

    • 核电站所用的燃料,如图1所示,从矿产开发到最终的地质填埋,通常会经历一个完整的燃料循环。其中随着核电的运行,燃料中裂变核素逐步消耗,不足以维持裂变反应,从反应堆取出的燃料称为乏燃料,具有较强的放射性,半衰期可达数万年,目前世界上运营核电的国家主要有两种处置方式:

      图  1  核燃料循环

      Figure 1.  The cycle of nuclear fuel

      一是通过简单的剪切和封装后运往合适的地点直接深埋;二是建立后处理厂,分离乏燃料中Pu、U等有用的元素进行再利用,降低其活性及放射性,将高放射性废物填埋[1]。我国选择第二条处理技术路线已成定局。目前后处理厂这个环节具有较高的技术难度,处理技术主要有干法和湿法两种,其中以磷酸三丁酯(TBP)为萃取剂的湿法处理PUREX(萃取回收Pu和U的英文缩写,如图2所示)是当今最为成熟的主流技术[1],法国、日本等主要核电国家均采用此法,也是目前唯一实现商业运行的技术路线[2,3]。其工艺流程主要有以下几个步骤:乏燃料的剪切、剪切片的硝酸溶解、溶剂萃取分离裂变产物、溶剂萃取分离、提纯Pu和U、脱硝,最终送往燃料制造厂制造新燃料,形成闭式循环。萃取后的高放废物进行贮存和玻璃固化,被分离的核裂变产物作为高放废液来进行处理[1]

      图  2  PUREX技术后处理流程示意图

      Figure 2.  The process flow of PUREX

    • 除去采用直接填埋乏燃料的国家,世界上拥有后处理技术的国家主要有法国、英国、日本、俄罗斯、印度等。

    • 法国是该领域产业链最为完备,技术经验积累最为丰富的国家,拥有三个后处理车间,UP1于1965年运行,1998年退役;UP2于1966年运行,后扩建并于1994年运;UP3于1989年运行。其中阿格厂采用成熟的PUREX技术,每年处理能力超过1 000 t,同时可以生产超过1 000个玻璃固化容器,接收超过200个运输容器,为周边多个国家提供服务,也是此次中法合作的主要参考项目,此外,法国还建立了相应MOX燃料制造设施。从运行监管体制来看,法国由AREVA NC公司负责后处理和再循环,圣戈班新技术公司(SGN)负责设计,法国核安全局(ASN)整体负责核安全管理和监督[4]

    • 英国于1952年开始进行商业规模的后处理,共有三个后处理厂。B204,20世纪60年代末进行改造,1973年由于事故停运并关闭;B205厂是为了对建在英国的11座Magnox核电站以及分别建在日本和意大利的另外两座Magnox核电站产生的乏燃料进行后处理;Thorp厂于1994年开始运行。从监管运行体制来看,由英国核服务公司(INS)管理MO燃料制造,核安全管理局(NSD)负责核安全监管,英国核燃料股份公司(BNFL)负责核燃料的制造和运输及核设施的退役[5]

    • 日本引进法国的技术,以阿格厂二号厂房为模板,兴建了6个所后处理厂,年处理能力为800 t。日本建设和运行由核燃料有限公司(JNFL)负责,国家采用从各大电力公司抽取准备金建立基金的模式,按照投资比例分配各公司后处理份额。

    • 按照国际通行做法,乏燃料经过在堆贮存、离堆贮存后送至后处理厂。目前我国早期建设的大亚湾核电站已经实现乏燃料离堆贮存,秦山核电、田湾核电以及岭澳核电在堆贮存的乏燃料水池已经接近满容,与此同时,从2016年起,大亚湾核电需要离堆外运的乏燃料数将成倍增加,使我国一些在运机组存在乏燃料无法外运的风险[6,7,8]。如图3所示,从2015—2020年,乏燃料的产生量和累计量呈现快速上涨的趋势,预计到2030年,乏燃料离堆累积量将超过2万tHM,因此,大力发展乏燃料后处理产业,建设后处理大厂,另外积极建设中间存储能力,解决乏燃料离堆问题,已经迫在眉睫,需与时间赛跑。

      图  3  乏燃料增长示意图

      Figure 3.  The growth of spent fuel

    • 我国于2010年建成第一座乏燃料后处理中间试验厂—中核四零四厂,该厂拥有一座容量为500 t的乏燃料贮存水池,正在建设一座800 t的乏燃料贮存水池,拥有年处理50 t乏燃料的能力,尚无法满足日益增长的处理需求[9,10]。2013年在中法元首的见证和推动下,中法合作核循环项目开始开展大量前期工作,2015年在甘肃建设国家级核燃料循环产业园,引进消化吸收法国800 t后处理大厂技术,项目合同于2017年生效,预计2020年开工,总投资超过1 000亿人民币[1]。我国同步开展200 t、800 t后处理厂的自主开发建设工作。资金保证方面,2010年我国建立了核电站乏燃料处理处置基金制度,2014年国家原子能机构印发了《核电站乏燃料处理处置基金项目管理办法》,对运行5年以上核电的上网电价征收0.026元后处理处置基金,预计到2020年,基金总额将达到数百亿元,这为产业健康发展打下了基础[2]

    • 自福岛核事故之后,政府和公众对核电安全发展的认识空前提升,核废料的妥善和安全处置的重要性亦被反复强调,目前核电后处理已经明确写入“十三五”规划纲要,上升至国家战略地位。《核安全法》草案也再次强调核废料处理问题,同时相关产业政策的落地,也将助力产业链的崛起。2016年7月,国务院印发《“十三五”国家科技创新规划》国发〔2016〕43号提出要“稳步发展核能与核安全技术及其应用”,重点包括“后处理技术研发及应用”,并明确指出要“开展先进核燃料、乏燃料后处理、放射性废物处理”等研究。监管方面,目前我国核设施主要遵循《民用核安全设备监督管理条例》,以及同步施行的HAF601-HAF604四个部门规章,2014年起,核安全局已经启动核燃料循环设施重要安全设备管理的策略研究,根据《核燃料后处理厂建(构)筑物、系统和部件的分级》(EJ/T 939-95)对设备进行分级管控。因此,各个地方主管部门,相关企业应积极服务国家战略,满足监管要求,合理运用产业扶持政策,抓住快速发展的黄金时期。

    • 燃料循环相关设施的建设,本是顺应行业发展,利国利民的项目,其安全性毋庸置疑,以法国阿格厂为例,目前运行45年,已累计处理约3万t来自各国的乏燃料,对周边人群带来的辐射剂量为0.03 mSv/年[2],仅相当于自然界中辐射量的百分之一。从经济方面来讲,项目投资量大,可以带动周边配套产业的快速转型升级,然而今年来反核的声音却不绝于耳,甚至出现了江苏连云港的示威集会事件,导致核循环项目暂停。因此核电行业从业人员更应重视公众沟通,用先进的知识和信息的透明,让公众理解、让公众信任,让公众支持。

    • 我国从事乏燃料领域的科研、设计单位较少,后处理经验几乎为零,此次引进消化国外先进技术任务主要落在以四零四厂、瑞能科技、原子能院为代表的中核集团,示范项目则以法国阿海珐公司为主导。设备方面,部分产品已经基本实现国产化,进入核电市场推广阶段,如中子吸收材料、常规机械电气设备。部分产品需在现有核电基础上进行适应性开发或改进生产,如远距离操作阀门、机械手、热室等。但PUREX技术的工艺流程主设备技术难度较高,我国基础相对薄弱,距离国产化仍具有较长的路线要走,如剪切机、溶液反应器、离心澄清器和脉冲过滤器、萃取分离器、玻璃固化装置等[3]。企业应结合自身的经验积累、人才储备情况,提前了解市场,进行研发攻关,在设备国产化的进程占领市场,进入附加值较高的领域,完成结构调整。

    • 目前我国核电大多集中在沿海地区,乏燃料后处理体系位于我国的西北地区,随着在运电站的数量累计,乏燃料离堆储运是一个必然的发展方向,尽早建设一个涉及水路、公路、港口的运储体系具有重要的意义。根据法国阿海珐公司的建设经验,大型乏燃料转运枢纽的建设涉及面广,周期接近十年,涉及基础设施建设、特种车辆、指挥应急等多个层面,对于各个领域的企业来说,面临挑战的同时也获得了新的发展机遇。在乏燃料运输和外储过程中,除去中间贮存设施,储运罐成为必不可少的设备,也是相关企业业务拓展的重点领域之一[11]。目前国际上主要产品来自美国的NAC-STC公司,日本的日立公司以及西班牙的ENSA公司[2]。由于此类产品市场应用迫切,附加值很高,我国已有公司开始在此领域布局,通过和研究院所或国外成熟供应商合作的模式,购买技术,提高研发起点,以加快产业化的速度。西安核设备有限公司承担了我国乏燃料运储容器的样机研制工作,上海阿波罗机械与阿海珐TN公司联合生产干式储存金属内胆样机,国产化步伐逐步加快,产业重点布局恰当其时。

  • 参考文献 (11)

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