2013年1月,美国能源部发布《乏燃料和高放废物管理与处置战略》(简称《战略》),提出新的管理与处置方案及保障措施,引起高度关注。
乏燃料是指经反应堆“燃烧”后从堆内卸出的核燃料,其管理策略有三类:作为高放废物直接处置;后处理,即利用化学工艺回收铀、钚等有用核素,剩余物质进入高放废液经固化后处置;贮存观望。高放废物全称高水平放射性废物,主要包括拟直接处置的乏燃料和乏燃料后处理产生的高放废液及其固化体,目前国际上技术和工程可行的高放废物安全处置方案只有深地质处置。
美国已累积大量乏燃料和高放废物,主要包括三类:一是核电乏燃料,约6.8万吨,由核电公司管理,上世纪70年代开始执行直接处置策略,拟作为高放废物深地质处置。二是海军核动力舰船卸出的乏燃料,近30吨,由能源部管理,拟作为高放废物深地质处置。三是后处理生产军用钚产生的高放废液,约37万立方米,由能源部管理,拟玻璃固化后深地质处置。
美国原计划建设尤卡山处置库,以处置乏燃料和高放废物,使其与生物圈长期安全隔离,但奥巴马政府2009年中止了该项工作。
尤卡山项目中止,乏燃料和高放废物管理处置工作陷僵局
美国1957年确定深地质处置是最安全的高放废物处置方案。1982年和1987年先后出台并修订《核废物政策法》,为乏燃料和高放废物管理处置工作提供了法律依据。其主要内容包括:由能源部全面负责处置工作,包括处置库选址、建造和运行;指定尤卡山为第一座处置库场址,并于1998年开始深地质处置核电乏燃料;核电乏燃料处置费用由核电公司承担。然而,尤卡山项目拖期严重,2002年2月才完成环评工作,7月获得国会批准后,又按场址所在的内华达州要求进行补充环评。能源部2008年6月完成补充环评后,当月向美国核管会提交了处置库建设运行许可证申请。处置库设计容量7万吨,预计研究、建造和运行费用962亿美元。
尤卡山场址是美国会简化选址程序后指定的,遭到内华达州政府和公众强烈反对。2009年奥巴马政府宣布中止尤卡山项目,能源部2010年撤销了许可证申请。这导致乏燃料和高放废物处置工作陷入僵局,并使核电乏燃料贮存问题更加紧迫。核电乏燃料目前几乎都贮存在核电站内,由于大岩角等9座核电站已关闭,贮存设施的维护、安保和监控水平下降,存在安全隐患;而奥克尼等数座还在运行的核电站贮存能力已接近饱和,若乏燃料量继续增加正常运行将受到影响。此外,因尤卡山处置库未能按时运行,按规定核电公司本应于1998年开始移交给能源部处置的乏燃料,只能继续贮存在核电站。能源部因此遭核电公司起诉,被判承担贮存费用。
能源部发布战略,明确未来管理处置技术方案及措施
该战略的目标是实施一项可持续的计划,部署能运输、贮存、处置乏燃料和高放废物的综合体系,同时提出了建立这一体系的保障措施。
综合体系由四部分构成:
中间贮存设施,用于解决核电乏燃料贮存问题。建设工作分两阶段推进:2021年,建成并运行一座容量较小的“中间贮存示范设施”(该战略未确定“中间贮存示范设施”的容量,由于9座已关闭核电站内贮存了约3000吨乏燃料,因而预计该设施的容量为千吨级),主要接收贮存在已关闭核电站的乏燃料;2025年,建成并运行一座较大型“中间贮存设施”,容量两万吨或更高,用于减少运行核电站内的乏燃料贮存量。
地质处置库,用于最终处置乏燃料和高放废物。战略中提出,将按照修订后的选址程序,重新开展选址工作。关于尤卡山场址,战略未提及,能源部未排除将其作为候选场址的可能性,但需重新执行选址和环评程序。建设工作分三阶段推进:2026年,完成选址工作;2042年,完成场址环评和处置库设计,并获得许可证;2048年,建成并投入运行。
乏燃料和高放废物运输。编制运输计划,开发运输容器,建立运输网络及应急响应能力,以便未来把乏燃料或高放废物运往中间贮存设施或地质处置库。
先进核燃料循环技术研究。尽管未来数十年仍将采取乏燃料直接处置策略,但为满足未来能源需求,实现防扩散与乏燃料管理的目标,仍需继续开展先进核燃料循环技术的研究。
保障措施包括三项:
修订选址程序。新程序将更注重相关州、地方政府和公众的意见,并参考本国和他国核设施选址经验。
建立新的管理与处置机构。新机构负责核电乏燃料处置之前的管理及所有乏燃料和高放废物的处置。国防高放废物处置之前的管理工作仍继续由能源部负责。
改革“核废物基金”使用机制。美国《核废物政策法》规定,核电乏燃料处置由核电公司出资。交纳的处置经费纳入政府的“核废物基金”,必要时用于开展乏燃料处置工作。目前,该基金已拥有280亿美元,每年从核电公司大约可收取7.5亿美元。美国一系列拨款法对基金的使用作出规定,即采用年度拨款方式,纳入联邦预算,在“预算帽”内与其他优先项目竞争拨款额度。能源部认为这导致经费难以及时、足额拨付。目标是确保核电乏燃料处置工作所需经费能够及时、足额地拨付。主要内容包括:通过立法,使核电乏燃料处置工作所需经费可从核电公司当年交纳的乏燃料处置费中直接支付,无需通过国会审批;规定在开展建造处置库等重大项目时,除使用核电公司当年缴纳的经费外,还可使用本金。
美国乏燃料工作新规划的启示
第一,美国能源部极力推动乏燃料和高放废物的管理与处置工作,提出在地质处置库建成前先建立乏燃料中间贮存能力。
第二,我国需加强乏燃料中间贮存和高放废物地质处置能力建设。核电建设已具有一定规模,部分运行核电站的乏燃料贮存能力已告急,需尽快建设集中的乏燃料中间贮存设施。地质处置设施选址过程中需加强与地方政府和公众的沟通。
第三,核电乏燃料中含有大量有用核素,如未“燃烧”的铀235、新产生的钚等。我国铀资源状况与美国不同,采取乏燃料“后处理”策略可以提高铀资源利用率,同时减少高放废物数量和长期放射性,因此应坚持乏燃料“后处理”策略,并加快后处理产业能力建设。