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分析:核废料的“湿法”与“干法”优劣势

2020-12-30 13:47  来源:嘿嘿能源heypower    核废料  核电  乏燃料  核安全  核环保

安全处理废物仍然是核电工业面临的主要挑战之一。美国与法国研究员一起对干法存储的优势进行了分析,并对两种存储方式(湿法与干法)进行了比较。


安全处理废物仍然是核电工业面临的主要挑战之一。美国与法国研究员一起对干法存储的优势进行了分析,并对两种存储方式(湿法与干法)进行了比较。

由于世界上许多地区都在为核电站的退役做准备,因此行业内对高效废物管理设施的需求越来越大。橡树岭国家实验室最近的一项研究表明,为了应对美国未来几十年的退役活动,美国需要建设更多的各类型临时存储装置。

乏燃料刚从反应堆中取出时,温度很高而且具有放射性,需要储存在水中以便乏燃料冷却。然后,乏燃料可以长期保存在湿法或干法存储装置中。

英国和世界上采用“闭式燃料循环”(包含湿法的后处理和回收过程)的国家基本都依靠湿法乏燃料储存作为处理乏燃料的中间步骤。

有些国家,如瑞典和芬兰,一直采用湿法存储乏燃料,直到乏燃料达到最后处置的要求。其他国家,如美国、加拿大和德国,在最初的湿法却之后采用干法存储。

湿法存储方式得到了公认。干法存储作为新技术虽然还没有在世界范围内证明其安全性和可靠性,但最近在一些地区得到了发展。

英国的湿法存储:灵活性与可靠性

湿法存储是乏燃料处理的一个中间步骤,在进行后处理之前将乏燃料存储在水下,乏燃料将被冷却,其放射性水平也将降低。

Sellafield(英国主要的核废料再处理厂:塞拉菲尔德)首席运营官韦斯顿,在2020年国际原子能机构科学论坛表示,英国目前正在建造先进气冷堆(AGR),这是英国第二代气冷反应堆,由第一代magnnox气冷反应堆发展而来。Sellafield作为英国核退役管理局的一部分,参与了热氧化后处理厂的建造,并参与建造存储池作为临时存储点,AGR的乏燃料此存储80年。

英国核退役管理局表示湿法存储还展现出了其他重要优势。

韦斯顿表示:“湿法存储相比干法存储更便于燃料装卸,而且检测很方便。湿法存储的另一个显著优势是存储灵活,可以很好的应对未来的存储战略。目前,英国在湿法存储方面积累了丰富的经验和知识。”

湿法存储有一个创新点,不断地向碱性方向调节水的PH值可以更好的缓解腐蚀。

韦斯顿还表示,不同类型的反应堆(例如轻水堆和先进气冷堆)燃料的放射性水平是不同的,其相对的检测和取样程序也不相同。

法国Orano集团(法国新阿海珐公司更名为Orano)加强了干法存储设备的研究,尽管有一些困难,但最近几年干法存储的优势已经表现出来。美国核管会(NRC)表示,干法存储与湿法存储一样安全。美国的乏燃料(超过7万吨)目前大多储存在核电站的乏燃料水池和储罐中。近四十年来,干法存储自首次使用以来越来越受欢迎。

乏燃料在乏燃料水池中冷却至少一年,通常长达10年,然后被放置在干燥的设备中。这种干湿存储的互补方式可以使若干座核电站继续运行2000年。

目前,已经开始采用干法存储的国家有:美国、加拿大、德国、瑞士、西班牙、比利时、瑞典、日本、亚美尼亚、阿根廷、保加利亚、捷克共和国、匈牙利、韩国和立陶宛。

Orano集团是全球领先的乏燃料干法存储公司,也是第一家与NRC合作的干法存储设备设计公司。Orano集团来致力于研发干法存储技术近40年。

该公司已经成功设计并认证了金属存储桶和储罐存储系统。与此同时,他们最新的NUHOMS系统采用了水平布置的独立焊接储罐,内部设置了方形封闭混凝土模块。

目前,Orano集团最先进的大容量扩展储罐已获得许可,可存储高燃耗乏燃料,最高可存储50kW的热负荷(之前的水平为34kW)。Orano集团采用NUHOMS系统成功将现场干法存储的许可期限从20年延长至60年。与此同时,Orano集团还开发了双层矩阵干法存储设备,可以节省45%的存储空间需求,也节省了干法存储设备。

湿法与干法存储的优势和挑战

专家表示,尽管干法存储没有评估在乏燃料初始冷却期间的可用性,但是在后处理之前采用干法存储有很大的经济优势。

湿法存储需要持续使用大量的能源,《核能年鉴》杂志发表过一篇文章《韩国压水堆乏燃料湿法与干法存储对比》写到:在压水堆乏燃料的存储中,湿法存储与三种干法存储方式相比是最昂贵的。这表明,如果采用干法存储,可以降低乏燃料的存储费用。

Orano集团首席技术官Prakash Narayanan表示:“干法存储的另一个重要优势是其可扩展的能力。核电站湿法存储的能力是受限的,并且不能明显增加。”

“干法存储在核电站长期的运行中提供模块化、可扩展的乏燃料存储。将存储在水池中的乏燃料转移至大容量储罐中干燥密封存储,然后转移至乏燃料存储工厂。这将为能源公司和核电站周边地区带来很多好处。”

然而,反对者表达了对干法存储的担忧:转移不稳定的乏燃料的危险性,转移过程中的放射性释放和储罐的开启或泄露风险。相比之下,湿法存储不需要将乏燃料转移,乏燃料将长期存储在水池中,这样就更容易快速发现问题。

干法存储的支持者回应:燃料并不是很不稳定,储罐是焊接密闭的,正在开发先进的储罐管理工具,用于对干法存储罐进行安全检查。

展望未来,Narayanan表示,“为了提高经济效率,燃料组件将更不容易发生燃料故障,通过增加初始丰度和更高的燃耗来提供更大的操作动力。”虽然这可能会给乏燃料存储带来一些问题,但他有信心,因为干法存储已经能够满足未来行业的需求。

干法存储是否会向湿法存储一样获得世界范围内足够的欢迎还有待观察。然而,有一件事是肯定的,解决乏燃料问题将成为迈向清洁能源最重要一步,这需要付出大量的努力、监管和资金。



图为技术

深圳核博会

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