乏燃料干式儲存技術(shù)特點

由于乏燃料通常先在反應(yīng)堆水池內(nèi)儲存一段時間，然后才轉(zhuǎn)移到乏燃料中間儲存設(shè)施，在初始儲存期間，放射性核素的數(shù)量、輻射場的強度和衰變熱的產(chǎn)生量都將大大地降低，這就使得在乏燃料中間儲存設(shè)施內(nèi)導(dǎo)致事故的各種條件的形成過程相對變慢，在它們達到極限條件之前可以有足夠的時間采取糾正行動。

因而，乏燃料轉(zhuǎn)運和儲存操作無需依賴于復(fù)雜的能動保護系統(tǒng)。這樣乏燃料干式儲存設(shè)施可由非能動的系統(tǒng)組成，能在幾十年內(nèi)提供充分的安全特性，有關(guān)乏燃料的運轉(zhuǎn)和儲存操作也變的相對簡單。

相對于需要水池的濕法儲存，采用干法儲存乏燃料具有許多優(yōu)勢，例如：干法儲存不需要使用儲存水池燃料儲存容器能夠承受較大的沖擊和溫度變化技術(shù)相對簡單干法儲存設(shè)施建造成本低非能動性質(zhì)，運行、維修費用低模塊化建造，容易擴容結(jié)構(gòu)比較方便與運輸?shù)慕涌诓僮鞣悄軇永鋮s式干法儲存裝置由于設(shè)備（泵、壓縮機等）需求少，所以它的維修量少而且可靠性高。還有，應(yīng)該不要忽視干法儲存還具有以下一些優(yōu)點：

可能在很少或沒有腐蝕問題的情況下進行長期儲存以及對操作人員和環(huán)境相對小的輻射劑量退役時，問題要少得多產(chǎn)生的二次廢物最少有可能把它作為乏燃料最終處置的一種方法但總體而言，乏燃料干式儲存的優(yōu)點較為突出：技術(shù)可靠、環(huán)境安全、二次廢物少、總費用低、建造周期短、操作簡單、便于管理。所以，它已成為二十世紀較為廣泛使用的一種成熟技術(shù)。

1、干法儲存的安全性

乏燃料干法儲存必須達到的基本安全目標：

提供足夠的輻射防護，保障設(shè)施內(nèi)的員工不受到放射性輻射的影響燃料儲存在容器內(nèi)，防止任何放射性物質(zhì)從容器內(nèi)釋放到周圍環(huán)境中這些目標并不難實現(xiàn)。在干法儲存容器中，容器破裂導(dǎo)致放射性物質(zhì)釋放到周圍環(huán)境中的幾率很小。在干法儲存容器中，固體物質(zhì)（核燃料組件）被完全置于一種堅固的、較厚的容器中。這種系統(tǒng)發(fā)生完全崩潰并釋放出放射性物質(zhì)的可能性很小。然而，當燃料并未完全裝在容器內(nèi)，處于移動過程中，尤其在裝料和卸料過程中時，必須謹慎處理。

為了確保干法儲存容器系統(tǒng)提供足夠的輻射防護和安全殼，設(shè)計這樣的系統(tǒng)時必須滿足以下要求：

在儲存過程中，燃料包殼必須保持完整性必須避免高溫，因為高溫可能導(dǎo)致燃料降解必須防止發(fā)生意外的鏈式反應(yīng)（“臨界”）必須提供有效的輻射防護必須避免放射性物質(zhì)的釋放一旦發(fā)生問題，必須確保實現(xiàn)燃料回取

大多數(shù)水池和干法儲存系統(tǒng)可以完全滿足這些要求。

世界各國的經(jīng)驗和許多監(jiān)管報告增強了干法儲存具有安全性的結(jié)論。美國核管會（NRC）表示在100年之內(nèi)干法儲存是安全的，而且是環(huán)保的。當然這并不是說干法儲存系統(tǒng)不會面臨安全挑戰(zhàn)。有效的監(jiān)管和安全監(jiān)測對于確保建造高質(zhì)量的儲存容器和配套設(shè)施、確定裝載燃料和儲存容器密封的工序是至關(guān)重要的。燃料裝載結(jié)束之后，需要對儲存容器進行定期監(jiān)測。在正常運行期間，發(fā)生事故也包括地震、龍卷風(fēng)或者飛機墜毀時，設(shè)計的系統(tǒng)都必須保證其安全性。

2、干法儲存的靈活性

乏燃料干法儲存是一種相當靈活的方法，不但提供了最方便、最具成本效益的乏燃料儲存管理方法，而且隨著時間的推移，適應(yīng)了不斷變化的環(huán)境。對于追求開放式燃料循環(huán)的國家，如美國，在研究處置庫的過程中，干法儲存提供了長期安全儲存乏燃料的選擇。對于追求閉式燃料循環(huán)的國家，如日本，干法儲存為控制后處理的時間和速度提供了更靈活的選擇，這樣可以實現(xiàn)更好的經(jīng)濟和能源目標；如果一個國家推遲后處理并且不希望建立分離钚的貯庫（如日本），或者為了采用先進技術(shù)實現(xiàn)長期管理，暫時儲存乏燃料，都可以使用干法儲存。對于結(jié)合上述兩種策略的國家，干法儲存在路線方面提供了額外的靈活性。在每個反應(yīng)堆場區(qū)、中間儲存設(shè)施（如德國）或者多個場區(qū)，包括堆內(nèi)或堆外設(shè)施都可以采用干法儲存系統(tǒng)。如果需要的話，任何設(shè)施內(nèi)都可以增加干法儲存的容量。簡而言之，干法儲存可為乏燃料管理提供靈活性，為計劃建造永久處置庫或后處理設(shè)施爭取時間。

3、干法儲存的經(jīng)濟性

干法儲存所采用的系統(tǒng)、干法儲存設(shè)施所需進行的改造、每個國家的許可證要求以及干法儲存設(shè)施容量的差異，都會導(dǎo)致干法儲存的具體成本不同。

在美國，不管乏燃料的具體貯量多少，在反應(yīng)堆內(nèi)建造一個新的干法儲存設(shè)施所需的前期總成本約為900萬美元或800萬-1200萬美元。購買和裝載干法儲存容器的成本，包括勞力、消耗品、退役，乏燃料中每千克重金屬的成本介于60-80美元。由于一旦將乏燃料裝載到儲存容器中，就不需要做任何工作，因此運行成本非常低，主要成本是為維持核管會的設(shè)施許可證所提供的安全措施和安全監(jiān)控。對于儲存設(shè)施與反應(yīng)堆在同一場區(qū)的情況，許多成本可以計入反應(yīng)堆運行的成本中，這樣凈運行成本就只需75萬美元/年。對于獨立儲存場區(qū)或已停堆的反應(yīng)堆內(nèi)儲存場區(qū)，這些成本應(yīng)屬于儲存場區(qū)，凈運行成本相當高。對于停堆的反應(yīng)堆，其所有的乏燃料都進行了干法儲存，每年的運行成本約為300-400萬美元。（相比而言，在反應(yīng)堆停堆后，如果業(yè)主選擇將燃料儲存在儲存池中，與之前的水池儲存沒有區(qū)別的話，年成本約為900萬美元）。如果反應(yīng)堆仍然繼續(xù)運行，將反應(yīng)堆整個運行期內(nèi)產(chǎn)生的約1000噸乏燃料干法儲存40年，未貼現(xiàn)總成本約為1.2億美元或120美元/kgHM；如果反應(yīng)堆停堆的話，未貼現(xiàn)總成本約為2.5億美元或250美元/kgHM；這40年的貼現(xiàn)值很少，因為幾乎所有的成本主要是前期的費用。按照5%的比例計算，在整個儲存期，如果反應(yīng)堆繼續(xù)運行的話，凈現(xiàn)值將為100美元/kgHM；如果停堆后乏燃料儲存40年，凈現(xiàn)值為160美元/kgHM。大型中間儲存設(shè)施每千克乏燃料的儲存成本類似于在堆乏燃料的儲存成本。

與后處理或直接處置的成本相比，乏燃料臨時儲存的成本很低，這是可以預(yù)料的，因為臨時儲存只是暫時的解決方案，在幾乎所有的行業(yè)，永久的解決方案都是比較昂貴的。從嚴格的經(jīng)濟角度來看，反應(yīng)堆運營商應(yīng)支付臨時儲存費用，允許為乏燃料后處理或直接處置成本貼現(xiàn)（discount thecost）。問題的關(guān)鍵是不應(yīng)該由于臨時存儲成本較低、優(yōu)化了時間和速度而推遲永久性解決方案，這只是提供了靈活性，最終還是要實現(xiàn)永久的解決方案。

干法儲存乏燃料在美國、加拿大、德國、韓國和俄羅斯等國得到越來越普遍的使用，有些國家可能會采用該方法將乏燃料臨時儲存上百年或更長時間。到2012年，世界上已經(jīng)有阿根廷、比利時、加拿大、捷克、法國、德國、匈牙利、日本、韓國、立陶宛、烏克蘭、英國、美國、俄羅斯、西班牙、中國等十多個國家擁有乏燃料干法儲存設(shè)施。各國核安全當局和國際原子能機構(gòu)都已制定了相關(guān)的法規(guī)和標準，該項技術(shù)正在世界范圍內(nèi)逐步推廣。

國際原子能機構(gòu)在2010年11月的《世界乏燃料管理趨勢》報告中提到“長期干法儲存正在成為一項不斷向前發(fā)展的事實，儲存時間長達100年甚至可能更長”。干法儲存乏燃料的費用較低，美國把這些裝有乏燃料的容器儲存在戶外，儲存費用僅約100~200美元/kgHM。德國和日本把乏燃料容器儲存在具有厚壁的建筑物里，因此費用增加了一倍。

福島事故發(fā)生后，對水池中儲存乏燃料的安全問題給予了特別關(guān)注，乏燃料管理安全和放射性廢物管理安全聯(lián)合公約的締約方確認了進一步討論該問題和可能的乏燃料干法儲存的重要性。

干法儲存是核燃料循環(huán)后段過程中已得到積極發(fā)展的一種技術(shù)。干法儲存通常把乏燃料組件放置在封裝容器里（一般為碳鋼，也有不銹鋼如304L），容器周圍包裹著厚厚的鋼筋混凝土外殼，并留孔讓冷卻空氣流向容器壁，設(shè)計儲存期一般為40~60年。

干法儲存可采用儲存室技術(shù)、容器儲存技術(shù)和筒倉技術(shù)。對于干法儲存的分類，目前尚無一致意見，特別是容器儲存，有按使用材料來分為金屬容器和混凝土容器，有按立式和臥式來分類的，也有按用途來分類的，如儲存單用容器、儲存和運輸雙用容器以及儲存、運輸和處置三用容器。

典型的干法儲存裝置（容器、筒倉或混凝土容器、半地面的凹井或干井以及儲存室）都基于模塊式的概念。這意味著，在建造大容量的儲存裝置時可以避免大量的一次性投資。模塊的大小不受設(shè)計要求的限制，儲存裝置容易適應(yīng)今后乏燃料管理策略的改變。

干法儲存已經(jīng)達到了成熟階段，德國、瑞士、俄羅斯和美國都對幾種金屬容器的干法儲存做了試驗，設(shè)計安全準則都能得到滿足。干法儲存的一些新方案以及現(xiàn)有方案的各種不同的變體還處于開發(fā)之中，研究發(fā)展計劃的內(nèi)容包括：燃料損傷機理的研究、破損燃料棒行為的研究、安全有關(guān)問題的研究以及驗證試驗。可以說在這一領(lǐng)域進行的大量研究給出了下面的結(jié)論：在絕大多數(shù)情況下，干法儲存的安全性、可靠性和經(jīng)濟性都不存在嚴重的問題。

根據(jù)對乏燃料儲存技術(shù)的研究和工程應(yīng)用現(xiàn)狀，可以看出乏燃料干法儲存技術(shù)已是一種成熟的、且經(jīng)過工程實踐驗證的技術(shù)。該技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于世界各國，并正在不斷地得以推廣，其中以美國、加拿大、法國、日本等國在乏燃料干法儲存的技術(shù)研究和工程應(yīng)用中的經(jīng)驗最為豐富，具有較高的工程技術(shù)能力。

在我國，開發(fā)建造乏燃料長期干法儲存庫，有非?，F(xiàn)實又十分緊迫的意義。它既可以解決我國乏燃料儲存能力不足的現(xiàn)狀，又可以為后處理研究開發(fā)爭取到更多的時間。

1、干法儲存室

在儲存室內(nèi)，乏燃料被置于大型的混凝土廠房內(nèi)，其外層是輻射防護層，內(nèi)層含有許多適合儲存乏燃料部件的凹處。乏燃料儲存在可容納一個或多個燃料組件的密封儲存金屬管或儲存筒。通過強制通風(fēng)或自然通風(fēng)，將儲存室系統(tǒng)內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移出去。在一些儲存室系統(tǒng)中，將乏燃料從燃料轉(zhuǎn)運容器內(nèi)轉(zhuǎn)移到儲存鋼管內(nèi)。而在其它儲存室系統(tǒng)內(nèi)，乏燃料則保留在儲存容器內(nèi)，之后將燃料置于燃料轉(zhuǎn)運容器內(nèi)，然后用起重機將乏燃料運到儲存筒內(nèi)。這樣，儲存室系統(tǒng)通常也需要起重機或燃料處理設(shè)備。國際上一個很好的例子就是加拿大的MACSTOR系統(tǒng)。

2、干法儲存筒倉

在干法儲存筒倉系統(tǒng)中，乏燃料儲存在混凝土儲存筒內(nèi)，無論是垂直放置還是水平放置，儲存筒內(nèi)都配有金屬內(nèi)襯或獨立的金屬罐?；炷疗鸬捷椛浞雷o的作用，密封的金屬內(nèi)襯或金屬罐是安全殼。運輸罐通常用于裝載乏燃料并將其運往筒倉?？諝鈱α髋懦鰺崃?。采用筒倉式儲存的國家有美國、加拿大、韓國、阿根廷、亞美尼亞共和國等。

3、干法儲存容器

在干法儲存容器系統(tǒng)內(nèi)，廠房外或廠房內(nèi)會建造一塊混凝土板。根據(jù)實際需要，添加大型儲存容器以儲存乏燃料。儲存容器起到輻射防護和安全殼的作用。最初建造設(shè)施的成本很小，裝載乏燃料之后，其運行成本也很小，但儲存容器的總成本卻很大；因為每個儲存容器的成本與之前的成本基本一樣，但是如果儲存較多的燃料，其經(jīng)濟規(guī)模較小。對在堆設(shè)施而言，通常使用在堆燃料處理設(shè)備將乏燃料從水池中轉(zhuǎn)移到干法儲存容器內(nèi)。生產(chǎn)廠家設(shè)計出各種各樣的儲存容器，包括金屬和混凝土儲存容器（后者通常含有金屬內(nèi)襯）。原來，像儲存庫和筒倉一樣，儲存容器只用于儲存乏燃料。最近，一些儲存容器已經(jīng)過許可認證，具有“雙重功能”，即儲存和運輸乏燃料。繼續(xù)改進儲存容器旨在實現(xiàn)“三重功能”，即儲存、運輸和永久處置。

由于儲存容器的固有靈活性，該系統(tǒng)受到反應(yīng)堆運營商的認可。美國和日本大多都計劃采用干法儲存容器在反應(yīng)堆內(nèi)和遠離反應(yīng)堆的地方長期儲存乏燃料。

乏燃料干式儲存技術(shù)早在上世紀80年代投入應(yīng)用,至今已有30多年的應(yīng)用歷史,在技術(shù)上取得了很大的進步。縱觀目前各國應(yīng)用的乏燃料干式儲存設(shè)備,主要可歸納分為金屬容器式(包含儲存式與儲存-運輸雙功能式)和混凝土容器/模塊式兩大類，如圖1所示。雖然金屬容器和混凝土容器的設(shè)計、結(jié)構(gòu)配置與特性不大相同,但作為乏燃料的中間儲存設(shè)備,都需要滿足下列要求:

(1)良好的輻射屏蔽,使環(huán)境輻射劑量低于規(guī)定限值。

(2)足夠的結(jié)構(gòu)強度,經(jīng)受可能的天然及人為意外事件情況下均能確保結(jié)構(gòu)的完整性和安全性并迅速恢復(fù)正常運轉(zhuǎn)。

(3)良好的散熱冷卻,并確保整體機構(gòu)的溫度低于限值。

因此,乏燃料干式儲存設(shè)備的生產(chǎn)商必須基于上述要求,結(jié)合具體的乏燃料參數(shù)及核電廠特性,有針對性的開發(fā)出不同型式的產(chǎn)品,并且需要通過環(huán)境安全、社會輿論與經(jīng)濟等各項評估。

1、金屬容器

金屬具有良好的導(dǎo)熱性,能將乏燃料的衰變熱直接由熱傳導(dǎo)散出。另外由于金屬比混凝土的密度大,在相同的屏蔽效果上,金屬容器的截面積與重量比混凝土的要低。因此金屬容器除作為儲存設(shè)備使用外,也常設(shè)計成多用途的容器,滿足儲存和遠途運輸?shù)男枰?

國際上金屬容器式干式儲存設(shè)備的供應(yīng)商主要有GNS、Holtec、NAC、Transnuclear等公司。下面選幾個有代表性的產(chǎn)品進行簡單介紹:

(1)GNS公司的產(chǎn)品:GNS公司的CASTOR系列金屬容器,針對不同的燃料及需求有許多不同的改良類型。CASTOR-440/84在容器的頂部、底部與周圍都有一層中子吸收材料,并利用金屬的包覆達到輻射屏蔽與結(jié)構(gòu)安全的目的,燃料的熱量則直接通過容器最外圍的金屬散熱片導(dǎo)出。BAM曾對CASTOR容器進行一系列的跌落試驗與分析,其中包含最嚴格的19.5m跌落試驗,都能滿足高標準的安全要求。

(2)Holtec公司的產(chǎn)品:Holtec公司的金屬容器主要包括Hi-star100。Hi-star100容器具有儲存及運輸雙功能。儲存時垂直放置,運輸時搭配減震器水平放置運輸。容器結(jié)構(gòu)主要分為三層,最內(nèi)層為鋼內(nèi)襯,與燃料密封鋼筒相鄰,中間層為厚層鋼板,用于屏蔽Gamma射線,最外層則用鋼板薄殼包覆中子吸收材料。由于整體材質(zhì)都是良好的導(dǎo)熱材料,可以直接使用熱傳導(dǎo)的方式將燃料熱量排走。

(3)NAC公司的產(chǎn)品:NAC公司的STC和S/T容器也具有儲存及運輸功能。STC與S/T兩者之間的差別在于有無搭配密封鋼筒。STC須搭配密封鋼筒,燃料先裝載到密封鋼筒后,再置入儲存容器中。S/T系列則沒有密封鋼筒,需將容器整體吊入裝罐池進行裝載。目前大亞灣核電站使用的乏燃料運輸容器就是NAC-STC型容量。S/T系列則主要應(yīng)用于乏燃料的中間儲存。

(4)Transnuclear公司的產(chǎn)品:Transnuclear公司的TN系列金屬容器,其頂蓋使用螺栓式固定,此方式不需焊接,施工較簡便,并具有較佳的耐候性。搭配減震器后,可用于運輸。其側(cè)面壁體配置有垂直方向的散熱片,但此容器的中子屏蔽最外層再加一圈鋼板包覆,使其整體外觀為較規(guī)整,利于燃料裝罐后去污工作。

2、混凝土容器

因混凝土是良好的輻射屏蔽材料,因此常被用作核廢料儲存結(jié)構(gòu)。加上成本低、原料容易取得、制造技術(shù)及設(shè)備需求較簡單等,受到普遍青睞。

目前國際上常見有GNS、Holtec、Transnuclear與NAC等廠家所生產(chǎn)的混凝土和混凝土模塊干式儲存容器,已廣泛地為世界各國核電廠所使用。以下按不同公司生產(chǎn)的產(chǎn)品進行介紹:

(1)GNS公司的產(chǎn)品:CONSTOR系列混凝土容器屬于鋼板包覆式混凝土容器。是以重混凝土作為屏蔽和中子吸收材料。該容器為密封式的儲存容器,因其使用重混凝土,能以較小的厚度達到相同的屏蔽效果,同時獲得較佳的導(dǎo)熱性,再搭配補強鋼筋,可進一步提升容器強度及導(dǎo)熱性。此外,由于重混凝土的使用使重量較輕,提高了可運輸性也是CONSTOR系列容器的一個特色。但是重混凝土原料較難獲得且成本較高,所以多數(shù)混凝土容器仍以普通混凝土作為主要材料,所以必須搭配對流散熱機制才能達到良好的熱量導(dǎo)出。

(2)NAC公司的產(chǎn)品:NAC公司產(chǎn)品有UMS、MPC與MAGNASTOR三種混凝土干式儲存容器,都是被動通氣式混凝土容器。其中MPC與UMS是同一系列產(chǎn)品,其容器設(shè)計大致相同。NAC公司為我國臺灣乏燃料干式儲存設(shè)備的技轉(zhuǎn)廠家,臺灣金山核電廠采用的是經(jīng)改良的INER-HPS干式儲存系統(tǒng),便是自NAC的UMS系統(tǒng)進行局部修改而成。為再增加屏蔽效果及安全性,臺灣采用的INER-HPS系統(tǒng)在容器外圍又設(shè)置了一層厚350mm的混凝土屏蔽層。NAC公司考慮未來乏燃料儲存將朝高容量與高燃耗的方向發(fā)展,儲存設(shè)備需有更好的散熱效果,于是改良研發(fā)出MAGNASTOR系統(tǒng)。除容量增加外,MAGNASTOR在設(shè)計上向改善容器外的輻射劑量及提升其散熱功能方面著手。其進氣口的設(shè)計較扁平,可減少進氣口處的輻射劑量,容器內(nèi)壁的鋼內(nèi)襯表面,鰭還設(shè)計許多垂直方向的狀結(jié)構(gòu),以提高熱對流效率。

(3)Holtec公司的產(chǎn)品:Hi-Storm 100混凝土容器,包含了鋼板包覆式混凝土容器與通氣式混凝土容器的設(shè)計,并結(jié)合上述二者的優(yōu)點。鋼板層內(nèi)包覆普通鋼筋混凝土,因采用鋼板包覆式的結(jié)構(gòu)設(shè)計,能避免內(nèi)部混凝土遭受外界環(huán)境侵蝕,有較好的耐久性;又可提高儲存容器的強度及耐震性。此外,外層鋼板進行光滑處理及保護涂層,有利于除污工作。Hi-Storm100混凝土容器的進氣口設(shè)計,利用底部曲折的混凝土間隙結(jié)構(gòu),作為熱對流時的進氣口,以避免輻射直接外溢。下方底座屏蔽與內(nèi)壁體間,有環(huán)狀間隙能讓空氣自進氣口進入后流經(jīng)底座屏蔽周圍、容器內(nèi)壁與密封鋼筒的間隙,至排氣口排出。

自1986年美國核管會頒發(fā)第一張乏燃料干式儲存容器許可證以來,截止2012年底,國際上已經(jīng)建立了存量接近4萬噸的干式儲存設(shè)施。

1、美國乏燃料干式儲存應(yīng)用狀況

美國目前在運的核電機組有104座,共產(chǎn)生了約7萬噸乏燃料,并以每年2千噸的速度遞增。美國的乏燃料采用直接處置的政策,由于乏燃料及高放廢物處置場建設(shè)計劃推遲,核電廠必須自行解決乏燃料離堆儲存問題。美國的乏燃料離堆儲存采用干式儲存的方式,目前有超過70%的核電廠建立了乏燃料干式儲存設(shè)施。有約2萬噸的乏燃料儲存在或即將轉(zhuǎn)移至干式儲存設(shè)施中。

2、日本乏燃料干式儲存應(yīng)用狀況

日本擁有50臺在運核電機組,每年卸出約900噸乏燃料。日本核電廠產(chǎn)生的乏燃料主要存儲在核電廠的乏燃料池中。由于乏燃料存儲量已接近乏燃料池的容量,一些核電廠被迫增加存儲能力,以避免乏燃料池的存儲量超出儲存能力。1997年東京電力公司的福島第一核電廠建成了一個由20個金屬儲存容器組成的干式儲存設(shè)施。日本原子能公司的東海2核電廠建造了容量為260噸(24個屏蔽容器)干式金屬罐儲存設(shè)施。

3、法國乏燃料干式儲存應(yīng)用狀況

法國目前運行的核電機組有58臺。法國在執(zhí)行核能計劃初期,由于自產(chǎn)的鈾礦數(shù)量有限,為了提升法國能源的安全性,強調(diào)乏燃料是一種資源而不是廢物,即采取乏燃料再循環(huán)利用策略。

法國僅建有一座乏燃料干式儲存設(shè)施,用于儲存法國原子能的重水研究堆產(chǎn)生的乏燃料,儲存能力為180噸。

4、韓國乏燃料干式儲存應(yīng)用狀況

韓國在運的核電機組有23臺。到2007年底儲存中的壓水

堆乏燃料存量為4,327.53噸;重水堆乏燃料為5,092.33噸(其中2,425.68噸為干式儲存,2,666.65噸為濕式儲存)。除了部分重水堆乏燃料儲存于Wolsong核能電廠內(nèi)的干式儲存設(shè)施外,其余均采用在核電廠內(nèi)濕式儲存。核能電力公司-韓國水力與核能發(fā)電公司所負責營運的壓水堆電廠,由于廠區(qū)內(nèi)空間不夠,計劃建設(shè)一個異地集中干式貯置場。

5、加拿大乏燃料干式儲存應(yīng)用狀況

加拿大目前共有19臺核電機組在運,堆型以重水堆為主。乏燃料目前暫貯在核電廠及中間儲存設(shè)施中,目前統(tǒng)計有來

自22個核電機組及2個研究用反應(yīng)堆所產(chǎn)生的42,000噸乏燃料。乏燃料從反應(yīng)堆卸出后,先在水池中儲存7年到10年,以降低其輻射熱與放射性,之后再移轉(zhuǎn)到干式中間儲存設(shè)施中。

6、英國乏燃料干式儲存應(yīng)用狀況

英國目前運行中的核電機組有16臺。反應(yīng)堆類型大多是先進的氣冷堆,其產(chǎn)生的乏燃料在核電廠內(nèi)短暫儲存至少100天后,以鐵路方式運到燃料處理廠進行儲存與再處理。干式儲存部分則僅有Wylfa電廠建設(shè)干式儲存設(shè)施。英國乏燃料管理策略以往是采取再處理方案,然而在2009年公布的國家核能發(fā)電政策初稿中,新建造的核電機組將采取開放式燃料循環(huán),乏燃料將長期儲存100年后移至最終處置場存放。

7、我國乏燃料干式儲存應(yīng)用狀況

我國目前在運核電機組17臺。秦山三期核電廠(重水堆)為解決乏燃料的出路問題,參考其他CANDU堆的通用做法,在秦山三期核電廠區(qū)內(nèi)選用加拿大AECL公司的MACSTOR-400型混凝土模塊技術(shù)建造乏燃料臨時儲存設(shè)施。該設(shè)施計劃建設(shè)18個QM-400乏燃料干式儲存模塊,已于2009建成了2個儲存模塊,并每隔5年建造2個模塊。除此以外,國內(nèi)其它機組還沒有干式儲存設(shè)施。

盡管上述各種乏燃料干式儲存設(shè)備各有特點,但無外乎都是在確保乏燃料的安全操作、臨界安全、余熱導(dǎo)出、防止放射性物質(zhì)外逸以及避免操作人員接受超過規(guī)定的劑量的前提下實現(xiàn)乏燃料從核電站內(nèi)儲存水池轉(zhuǎn)運到中間儲存設(shè)施中。

經(jīng)過前面各廠商的各種乏燃料干式儲存設(shè)備技術(shù)的簡單介紹,我們不難發(fā)現(xiàn)其發(fā)展趨勢可以歸納為以下幾方面:

(1)向著更經(jīng)濟的方向發(fā)展,由金屬容器演變?yōu)榛炷寥萜?。比如干井式儲存?就是在地下構(gòu)建混凝土存儲容器,利用大地進行屏蔽和提供熱阱,在經(jīng)濟性、輻射屏蔽和散熱能力上有較大的優(yōu)勢。

(2)由單一用途容器演變?yōu)殡p用途容器。

(3)向更大容量方向發(fā)展。

(4)向裝載更高燃耗,以及鈾钚混合燃料的方向發(fā)展。

截至2012年底,國內(nèi)已運行的核電機組有17臺,總裝機容量為1,36萬千瓦,每年將產(chǎn)生300多噸的乏燃料,目前已累計產(chǎn)生4,489組乏燃料,至今已外運的有858組乏燃料。隨著在建核電站的陸續(xù)投運,后續(xù)核電站乏燃料外運需求將更多?！笆濉逼陂g,預(yù)計新產(chǎn)生乏燃料4,249組,需離堆儲存的乏燃料將有576組;“十三五”期間預(yù)計將新增9,500組,需離堆儲存的乏燃料將有3,200組左右;按照如今建設(shè)速度和規(guī)模,到2020年,累積產(chǎn)生的乏燃料將會達到14,000組以上。

根據(jù)我國在運核電站2011～2025年需要離堆儲存的乏燃料統(tǒng)計共有約8,276組。我國現(xiàn)有的500噸離堆儲存水池已經(jīng)飽和無法繼續(xù)接收乏燃料。正在西北擴建的800噸乏燃料水池,計劃2013年底投入運行,可接收約1,600組乏燃料?！笆濉逼陂g計劃開工建設(shè)1,600噸儲存水池,含400噸和1,200噸各一個,計劃分別于2015年和2018年投運,可接收約3,200組乏燃料?！笆濉逼陂g計劃再建設(shè)一個1,200噸乏燃料儲存水池,預(yù)計2020年投入運行,可以儲存約2,400組乏燃料。如果進展順利的話,我國離堆乏燃料儲存水池2011～2025年預(yù)計總共可以儲存6,956組乏燃料,尚有1,320組乏燃料的缺口,這部分乏燃料需要另想辦法。如果后續(xù)離堆儲存設(shè)施的建設(shè)進度跟不上,后期乏燃料外運與離堆儲存的壓力將會越來越大,這將影響到核電站的安全運行。

乏燃料干式儲存是被國際經(jīng)驗證明更安全、靈活性更好的乏燃料儲存方式,也更符合我國乏燃料離堆儲存的現(xiàn)實需求?？梢詾槲覈筇幚泶髲S引進和技術(shù)研發(fā)提供充足的時間緩沖。是乏燃料后處理未來發(fā)展的必然選擇。同時乏燃料干式儲存設(shè)施也將成為一個新興的產(chǎn)業(yè),市場潛力巨大。因此根據(jù)我國核燃料循環(huán)后端發(fā)展現(xiàn)狀,有必要盡快開展我國乏燃料干式儲存設(shè)施的研發(fā)和建設(shè)工作。

從堆芯卸出的乏燃料存放在具有冷卻裝置的乏燃料儲存池內(nèi)，排除乏燃料釋放的熱量。為了降低水的放射性強度和保持其透明度以便于各種水下操作，乏燃料儲存池和換料水池的水必須凈化，并保持規(guī)定的水質(zhì)指標。

為滿足單一故障準則，乏燃料儲存池冷卻和凈化系統(tǒng)通常設(shè)置兩個冷卻系列和一個凈化回路。每個冷卻系列各設(shè)有一臺冷卻泵和一臺冷卻器，凈化回路則設(shè)有兩臺凈化泵和一套過濾和樹脂床裝置。乏燃料儲存池水由冷卻泵吸出經(jīng)冷卻器冷卻后，大部分直接返回池內(nèi)，小部分被凈化泵吸出經(jīng)過濾器及樹脂床進行凈化。凈化泵的流量應(yīng)使全部池水在一天內(nèi)至少凈化一次。乏燃料儲存池須嚴防泄漏，并有大于自然蒸發(fā)損失的補水能力，以保持池中水位高于燃料組件3m以上。水池的各種接管均須高出正常水位，并設(shè)有防虹吸的斷流設(shè)施。

系統(tǒng)的冷卻能力要考慮停堆150h后1/3堆芯的衰變熱和池內(nèi)乏燃料組件最大儲存量的衰變熱，以及緊急停堆換料時一個全堆芯停堆150h后的衰變熱，同時保持池水溫度低于50℃(在高溫季節(jié)，可投入兩個系列來保證)。當系統(tǒng)發(fā)生能動部件單一故障時，池水溫度也不得超過75℃。系統(tǒng)的冷卻和補水部分均要求按核安全3級及抗震I類設(shè)計。

合成氫燃料的儲存與輸送

由于合成氫燃料解決了在常溫狀態(tài)下的儲存問題，使得儲存和輸送問題變得簡單，完全可以利用天然氣或者煤氣的儲存方法和設(shè)備。

儲存

合成氫燃料的儲存可用儲氣庫、儲氣罐、儲氣管、儲氣瓶等。

輸送

合成氫燃料的輸送可用管道輸送、車輸送等。

貯存和冷卻乏燃料組件和破損燃料組件,以及對燃料組件進行檢查、修復(fù)、運輸?shù)人虏僮鞯脑O(shè)施。