乏燃料運輸市場待開啟

張慧

隨著我國核電機組逐步投產(chǎn)，乏燃料數(shù)量也在成倍增長，乏燃料運輸和離堆貯存成為當前我國核燃料循環(huán)后端最迫切的環(huán)節(jié)，與此配套的運輸和設備市場在等待開啟。

2014年2月25日，日本東京電力公司（以下簡稱“東電”）發(fā)布消息稱，福島第一核電站4號機組乏燃料池的冷卻系統(tǒng)一度停運了約4個半小時。為此，東電目前正在進行將乏燃料棒轉(zhuǎn)移至附近共用燃料池的作業(yè)，也不得不中斷。

事實上，從2013年11月起，東電就著手開始將乏燃料棒從4號機組乏燃料池中進行轉(zhuǎn)移的工作，但截至2014年2月24日，只轉(zhuǎn)移了374根，還剩1159根。

不少媒體對東電處理福島乏燃料工作的緩慢進展頗有指摘，但這也側(cè)面說明了處理和轉(zhuǎn)移乏燃料是件具有難度而不易冒進的事情。

乏燃料又稱輻照核燃料，指的是在反應堆內(nèi)燃燒過的核燃料，具有一定輻射。目前對于乏燃料的普遍處理做法是先儲存在燃料池中，等待進一步處理。

并不是出了事故的核電站，才需要轉(zhuǎn)移乏燃料。數(shù)據(jù)顯示，1臺百萬千瓦級核電機組每年產(chǎn)生大約25噸的乏燃料。隨著全球核電的發(fā)展，乏燃料的數(shù)量也在急劇攀升。

“暫時儲存在燃料池中，肯定不是長久之計。一旦燃料池放滿，就需要卸出進行處理。這其中就要求專業(yè)的技術、設備和人員來負責?！狈▏斯I(yè)協(xié)會亞太區(qū)首席代表徐靖策對《能源》雜志記者說。因此，對于乏燃料的運輸和處理問題，越來越引起國內(nèi)外核電人士的關注。

乏燃料的處理，是核電發(fā)展中不得不面對的難題。從另一方面來說，這其中也醞釀了核電發(fā)展中的另一大市場。在這個市場中，法國、美國等老牌核電國家已經(jīng)占據(jù)優(yōu)勢，中國仍處在探索階段。但盡管如此，我國巨大的市場潛力，成為了國外公司競相踏足之地，同時國內(nèi)的公司也正在尋找機會，以希望能夠把握住國內(nèi)市場份額。

運力需求

由于乏燃料中一些放射性核素會長期釋放衰變熱，在卸出反應堆的最初5-10年，一般均在靠近反應堆的水池冷卻，之后再進行進一步處理。

國際上對乏燃料有兩種處理方式，一種是直接將其當作核廢料，經(jīng)過玻璃固化處理，密封在特殊容器中深埋地下，美國、加拿大等國采取此法。另一種則是被送到乏燃料處理廠，進行再利用，最后才廢棄，法國、中國等國采用此方式。

在2013年底舉行的“核廢物的處理與運輸”的會議上，中國核能協(xié)會副秘書長徐玉明發(fā)表數(shù)據(jù)稱，截至2012年，全球核電乏燃料總量35萬噸，每年還新產(chǎn)生1.2萬噸。已經(jīng)后處理的乏燃料總量10萬噸，其余25萬噸都處于臨時儲存狀態(tài)，其中75% 在堆儲存，25% 離堆儲存。

法國、德國等國家已經(jīng)開始了乏燃料后處理的進程。根據(jù)處理費用800-1000美元/千克計算，處理一臺百萬千瓦級核電機組一年所產(chǎn)生的乏燃料，就需要資金約2000-2500萬美元。

這是一個龐大的市場，但對于我國來說，第一步則是如何將乏燃料從近堆水池中取出，再運輸?shù)教幚韽S。因為相對于較為完善的核燃料循環(huán)前端，我國核燃料循環(huán)后端的產(chǎn)業(yè)規(guī)劃和進展相對滯后。

“隨著我國更多核電機組投入運行，乏燃料的數(shù)量也在成倍增長，乏燃料運輸和離堆貯存成為當前我國核燃料循環(huán)后端最迫切的環(huán)節(jié)，乏燃料運輸能力和需求之間的矛盾越來越突出?！?中廣核集團科研部燃料管理處處長周榮生曾撰文指出。

根據(jù)國防科工局組織編寫的《核電站乏燃料處理處置基金2011～2020 年使用規(guī)劃（專家咨詢稿）》，2016 年前后全國乏燃料年總運輸量將增加到600 組左右，在“十三五”期間，全國核電站所需外運的乏燃料總數(shù)將超過3000 組，約為“十二五”期間的5 倍多，運輸需求急劇增加。與此相對應的是，則是我國每年乏燃料的運輸能力，僅為104 組/年。

徐玉明預計2020年每年產(chǎn)生乏燃料1200噸，累計卸出乏燃料7700多噸。其指出，一個不容忽視的現(xiàn)實是，中國核電廠都在東部沿海地區(qū)，目前建設的乏燃料水池及動力堆乏燃料后處理中間試驗工廠在西部地區(qū)，乏燃料長途運輸?shù)姆绞郊鞍踩Ｕ现档藐P注。

我國目前唯一一家具有運輸乏燃料資質(zhì)的公司為中核集團旗下的清原環(huán)境技術工程公司（以下簡稱“中核清原”），組建了一支專業(yè)的運輸隊伍，負責將大亞灣、秦山一期核電站的乏燃料運輸?shù)椒θ剂想x堆貯存接收地四〇四廠。

由于采用公路運輸方式，且接收地位于甘肅，路途較長。從大亞灣核電站運至乏燃料接收地，完成從裝料、運輸?shù)叫读闲枰s3 個月/次。加上冰雪、冰凍等氣候影響，據(jù)了解，中核清原目前每年平均僅能執(zhí)行兩次運輸任務，運力十分有限。

“乏燃料運輸需求量的激增，公路運輸?shù)碾y度將不斷增大，根據(jù)乏燃料運輸需求規(guī)劃，到2020 年若繼續(xù)僅以公路方式運輸，將對公路造成巨大的壓力。” 周榮生表示。

正是看中了中國乏燃料運輸?shù)木薮笕笨?，一些從事核燃料運輸?shù)耐鈬疽呀?jīng)開始積極運作，希望能夠進入到中國市場。

“中國負責核燃料運輸?shù)墓灸壳爸挥幸患遥磥砜隙ú荒軡M足需求，我們希望能夠參與，提高中國未來的乏燃料運輸能力?！眴踢_國際貨運公司的核燃料、廢料運輸項目銷售經(jīng)理張婉瑩對《能源》雜志記者說。

喬達國際貨運公司隸屬于法國鐵路集團，是法國兩家有能力運輸乏燃料的公司之一，在鐵路運輸乏燃料上有頗多業(yè)績。

據(jù)張婉瑩介紹，其之前一直與中核旗下的成都核動力研究所在接觸，希望能夠與其成立合資公司，負責核燃料運輸。但是由于與同屬中核的清原形成了競爭，合作也不了了之。

目前，喬達正在聯(lián)系中廣核，希望能夠有所收獲。法國另外一家能夠運輸乏燃料的公司——Daher公司，也在與中方企業(yè)進行聯(lián)系，商討合作事宜。但記者了解，進程并不順利。

“在這個行業(yè)中，我國走的是比較靠前的，但中國核電企業(yè)并未有太多重視。加上相比于其他運輸市場，核燃料更為特殊，中國政府愿不愿意放開這個市場，也是未知數(shù)。” 張婉瑩坦承。

設備市場初現(xiàn)

相比于核電企業(yè)，核電設備制造商的市場觸角則更為敏銳。由于乏燃料運輸中，需要特制的運輸容器，這是運輸中最為關鍵的設備。上海電氣、東方電氣等設備公司已經(jīng)關注到乏燃料運輸容器這一制造市場。

目前為止，我國還不具備生產(chǎn)乏燃料運輸容器的能力?，F(xiàn)今在用的為從美國采購的NAC-STC 型（兩臺）和Hi-star 60型商業(yè)壓水堆乏燃料運輸容器，單臺容量分別為26 組、12 組。

據(jù)中核一位不愿透露姓名的人士稱，我國采購美國NAC-STC 型乏燃料運輸容器的協(xié)議價，高達6000萬美金。法國乏燃料運輸容器制造商Robatel Industries公司的一臺小型容器，據(jù)了解，售價也在1000萬英鎊左右。

根據(jù)中國未來的乏燃料外送數(shù)量，乏燃料運輸容器的需求自不在少。上海電氣核電設備有限公司工程技術部部長江才林對記者表示：“國外售價太高，上海電氣公司也希望能夠生產(chǎn)燃料運輸容器。但這是個新市場，還沒有制定具體的計劃。”

本月底，江才林特意約見了法國Deher公司的負責人，希望能夠進行相關業(yè)務的探討，對上海電氣進入這一市場有所幫助。

困擾國內(nèi)設備制造商的，并不是容器的生產(chǎn)問題，其中關鍵之一在于如何做到運輸容器不泄露核輻射。

“這就需要一種特殊材料，叫中子吸收材料，能夠在任何重要熱應力和機械應力的情況下提供屏蔽核輻射的防護”。徐靖策告訴記者。

據(jù)徐靖策介紹，國內(nèi)多家公司曾想通過他聯(lián)系法國Robatel Industries公司，購買其中子吸收材料。事實上，這種材料本身造價成本并不高，但由于研究成本，外國公司并不愿意低價出售，而是希望能夠出口價格更高的乏燃料運輸容器。

另一個難題，則是運輸容器的抗震能力設計，即在運輸過程中，無論容器從何種高度及方式落下，都能夠保證容器不被打開并且里面的乏燃料不受影響。

這些關鍵的技術問題，都讓中國設備企業(yè)感到無從下手。中核集團一直在研究乏燃料運輸容器，已經(jīng)能夠制造出小型的實驗堆乏燃料運輸容器。據(jù)最新的消息稱，今年年底，中核的乏燃料運輸容器會取得實質(zhì)性進展。

另外一個深遠的市場在于，由于我國對乏燃料采取后處理方式，乏燃料經(jīng)過處理后將成為mox燃料。mox燃料具有放射性，要運輸?shù)胶穗娬具M行使用，則需要另外一套運輸容器、設備。待mox燃料燃燒后，輻射會進一步加強，將其廢料再次運到處理廠，則要求抗輻射能力更強的運輸容器。

目前，法國已經(jīng)有較為完善的核燃料后端處理產(chǎn)業(yè)體系。據(jù)徐靖策介紹，法國在運58臺核電機組，已經(jīng)有30%的核電站開始使用mox燃料。

江才林對記者表示，對于核燃料后端的循環(huán)處理，國外已經(jīng)形成了一個完整的產(chǎn)業(yè)，從核廢料的處理，包括高放、中低放和極低放廢料，到乏燃料的運輸、使用，都已經(jīng)有專門的公司當作一個產(chǎn)業(yè)在運行，但是國內(nèi)這方面目前略微欠缺，仍沒有系統(tǒng)地在做。

去年4 月，中核集團與法國阿?，m集團正式簽署了《中法合作建設大型商業(yè)核燃料后處理—再循環(huán)工廠項目的合作意向書》，計劃2030 年建成具備年處理800噸乏燃料后處理能力的大廠。

在部分業(yè)內(nèi)人士看來，這800 噸后處理大廠是目前中國核電產(chǎn)業(yè)體系中急需的，即使它并不能滿足未來國內(nèi)乏燃料的處理需求。

但遺憾的是，工廠的選址、工程進度、總造價等一系列問題尚未明確。“一旦確定，中國乏燃料運輸與處理的市場就會被大大推動。”徐靖策表示。