安全處理廢物仍然是核電工業面臨的主要挑戰之一。美國與法國研究員一起對干法存儲的優勢進行了分析,并對兩種存儲方式(濕法與干法)進行了比較。

由于世界上許多地區都在為核電站的退役做準備,因此行業內對高效廢物管理設施的需求越來越大。橡樹嶺國家實驗室最近的一項研究表明,為了應對美國未來幾十年的退役活動,美國需要建設更多的各類型臨時存儲裝置。
乏燃料剛從反應堆中取出時,溫度很高而且具有放射性,需要儲存在水中以便乏燃料冷卻。然后,乏燃料可以長期保存在濕法或干法存儲裝置中。
英國和世界上采用“閉式燃料循環”(包含濕法的后處理和回收過程)的國家基本都依靠濕法乏燃料儲存作為處理乏燃料的中間步驟。
有些國家,如瑞典和芬蘭,一直采用濕法存儲乏燃料,直到乏燃料達到最后處置的要求。其他國家,如美國、加拿大和德國,在最初的濕法卻之后采用干法存儲。
濕法存儲方式得到了公認。干法存儲作為新技術雖然還沒有在世界范圍內證明其安全性和可靠性,但最近在一些地區得到了發展。
英國的濕法存儲:靈活性與可靠性
濕法存儲是乏燃料處理的一個中間步驟,在進行后處理之前將乏燃料存儲在水下,乏燃料將被冷卻,其放射性水平也將降低。
Sellafield(英國主要的核廢料再處理廠:塞拉菲爾德)首席運營官韋斯頓,在2020年國際原子能機構科學論壇表示,英國目前正在建造先進氣冷堆(AGR),這是英國第二代氣冷反應堆,由第一代magnnox氣冷反應堆發展而來。Sellafield作為英國核退役管理局的一部分,參與了熱氧化后處理廠的建造,并參與建造存儲池作為臨時存儲點,AGR的乏燃料此存儲80年。
英國核退役管理局表示濕法存儲還展現出了其他重要優勢。
韋斯頓表示:“濕法存儲相比干法存儲更便于燃料裝卸,而且檢測很方便。濕法存儲的另一個顯著優勢是存儲靈活,可以很好的應對未來的存儲戰略。目前,英國在濕法存儲方面積累了豐富的經驗和知識。”
濕法存儲有一個創新點,不斷地向堿性方向調節水的PH值可以更好的緩解腐蝕。
韋斯頓還表示,不同類型的反應堆(例如輕水堆和先進氣冷堆)燃料的放射性水平是不同的,其相對的檢測和取樣程序也不相同。
法國Orano集團(法國新阿海琺公司更名為Orano)加強了干法存儲設備的研究,盡管有一些困難,但最近幾年干法存儲的優勢已經表現出來。美國核管會(NRC)表示,干法存儲與濕法存儲一樣安全。美國的乏燃料(超過7萬噸)目前大多儲存在核電站的乏燃料水池和儲罐中。近四十年來,干法存儲自首次使用以來越來越受歡迎。
乏燃料在乏燃料水池中冷卻至少一年,通常長達10年,然后被放置在干燥的設備中。這種干濕存儲的互補方式可以使若干座核電站繼續運行2000年。
目前,已經開始采用干法存儲的國家有:美國、加拿大、德國、瑞士、西班牙、比利時、瑞典、日本、亞美尼亞、阿根廷、保加利亞、捷克共和國、匈牙利、韓國和立陶宛。
Orano集團是全球領先的乏燃料干法存儲公司,也是第一家與NRC合作的干法存儲設備設計公司。Orano集團來致力于研發干法存儲技術近40年。
該公司已經成功設計并認證了金屬存儲桶和儲罐存儲系統。與此同時,他們最新的NUHOMS系統采用了水平布置的獨立焊接儲罐,內部設置了方形封閉混凝土模塊。
目前,Orano集團最先進的大容量擴展儲罐已獲得許可,可存儲高燃耗乏燃料,最高可存儲50kW的熱負荷(之前的水平為34kW)。Orano集團采用NUHOMS系統成功將現場干法存儲的許可期限從20年延長至60年。與此同時,Orano集團還開發了雙層矩陣干法存儲設備,可以節省45%的存儲空間需求,也節省了干法存儲設備。
濕法與干法存儲的優勢和挑戰
專家表示,盡管干法存儲沒有評估在乏燃料初始冷卻期間的可用性,但是在后處理之前采用干法存儲有很大的經濟優勢。
濕法存儲需要持續使用大量的能源,《核能年鑒》雜志發表過一篇文章《韓國壓水堆乏燃料濕法與干法存儲對比》寫到:在壓水堆乏燃料的存儲中,濕法存儲與三種干法存儲方式相比是最昂貴的。這表明,如果采用干法存儲,可以降低乏燃料的存儲費用。
Orano集團首席技術官Prakash Narayanan表示:“干法存儲的另一個重要優勢是其可擴展的能力。核電站濕法存儲的能力是受限的,并且不能明顯增加。”
“干法存儲在核電站長期的運行中提供模塊化、可擴展的乏燃料存儲。將存儲在水池中的乏燃料轉移至大容量儲罐中干燥密封存儲,然后轉移至乏燃料存儲工廠。這將為能源公司和核電站周邊地區帶來很多好處。”
然而,反對者表達了對干法存儲的擔憂:轉移不穩定的乏燃料的危險性,轉移過程中的放射性釋放和儲罐的開啟或泄露風險。相比之下,濕法存儲不需要將乏燃料轉移,乏燃料將長期存儲在水池中,這樣就更容易快速發現問題。
干法存儲的支持者回應:燃料并不是很不穩定,儲罐是焊接密閉的,正在開發先進的儲罐管理工具,用于對干法存儲罐進行安全檢查。
展望未來,Narayanan表示,“為了提高經濟效率,燃料組件將更不容易發生燃料故障,通過增加初始豐度和更高的燃耗來提供更大的操作動力。”雖然這可能會給乏燃料存儲帶來一些問題,但他有信心,因為干法存儲已經能夠滿足未來行業的需求。
干法存儲是否會向濕法存儲一樣獲得世界范圍內足夠的歡迎還有待觀察。然而,有一件事是肯定的,解決乏燃料問題將成為邁向清潔能源最重要一步,這需要付出大量的努力、監管和資金。
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