國外核電站乏燃料管理策略調(diào)研分析

中國核科技信息與經(jīng)濟(jì)研究院 劉群 張紅林 韓紹陽

核電站乏燃料一方面是核電站的產(chǎn)物，另一方面也是核燃料循環(huán)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，不同國家根據(jù)其核能戰(zhàn)略、核電定位、經(jīng)濟(jì)實(shí)力、技術(shù)水平、公眾接受度以及核不擴(kuò)散、國際市場天然鈾供應(yīng)等多種因素，制定了本國核電站乏燃料管理策略。從技術(shù)上，乏燃料管理策略分為后處理和不后處理兩種情況，開展后處理的國家一般是為了實(shí)現(xiàn)閉式核燃料循環(huán)；不后處理的國家中，有的將乏燃料視同廢物直接進(jìn)行深地質(zhì)層處置，即真正的“一次通過”，而目前一些國家更傾向于將乏燃料進(jìn)行可回取的處置，以后再?zèng)Q定最終處理處置手段。乏燃料管理策略隨著內(nèi)外部因素的變化是動(dòng)態(tài)變化的，如英國作為后處理能力曾位居世界第一的國家，宣布2020年開始不再開展乏燃料后處理工作。本研究通過對日本、法國、英國和美國等四個(gè)國家核電站乏燃料管理策略及與之相關(guān)的管理經(jīng)費(fèi)、管理責(zé)任和機(jī)構(gòu)設(shè)置等方面的調(diào)研分析，總結(jié)了上述國家乏燃料管理的特點(diǎn)，為相關(guān)決策提供參考。

日本

自發(fā)展核電以來，日本在乏燃料后處理技術(shù)研發(fā)上一直不懈追求，是世界上唯一一個(gè)沒有核武器，但能夠生產(chǎn)武器級钚的國家。早在1956年，日本原子能委員會(huì)（JAEC）在《原子能利用長期規(guī)劃》中明確了“應(yīng)盡可能在日本國內(nèi)開展乏燃料后處理并實(shí)現(xiàn)閉式核燃料循環(huán)”的管理策略。

在乏燃料后處理方面，一是加強(qiáng)自主能力建設(shè)，自主建造的東海村后處理中試廠從1981年開始運(yùn)行，出于安全考慮，2018年6月日本原子能委員批準(zhǔn)報(bào)廢計(jì)劃，此后處理廠共處理過1100 噸不同類型的乏燃料；二是積極開展國際合作，20 世紀(jì)90年代，日本將總量7100 噸的乏燃料通過海路分別運(yùn)往英國和法國進(jìn)行后處理，目前，仍有6400 噸后處理回收鈾和30 多噸回收钚貯存在英國和法國。引進(jìn)法國技術(shù)在建的6個(gè)所后處理廠嚴(yán)重脫期，據(jù)日本核燃料有限公司（JNFL）網(wǎng)站最新報(bào)道，預(yù)期將于2021年上半年投運(yùn)。

在MOX（混合氧化物燃料）元件使用、制造與再利用方面，由于商業(yè)快堆計(jì)劃受阻，20 世紀(jì)70年代，提出了“钚熱計(jì)劃”，轉(zhuǎn)向在熱堆中使用MOX 元件，并在熱堆設(shè)計(jì)時(shí)就考慮使用MOX元件；從21 世紀(jì)初開始，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省先后批準(zhǔn)了10個(gè)反應(yīng)堆使用MOX 元件；福島核事故后，已重啟的9 臺機(jī)組中有2 臺在使用MOX 元件；計(jì)劃在6個(gè)所后處理廠投運(yùn)后，將有16～18個(gè)反應(yīng)堆使用MOX 元件，并將新建的大間核電站（Ohma）先進(jìn)沸水堆的堆芯設(shè)計(jì)成全部使用MOX 元件。日本熱堆使用的MOX 元件主要從法國進(jìn)口，少量從英國進(jìn)口，在建的MOX 元件廠預(yù)計(jì)于2022年上半年投運(yùn)。在再循環(huán)方面，2018年7月公布的日本能源計(jì)劃中首次允許電力公司將MOX 乏燃料視為核廢物，但是日本政府仍然考慮建造一座能夠處理MOX 乏燃料的后處理廠，以提高核燃料利用效率。

日本核燃料有限公司（JNFL）作為六個(gè)所后處理廠和MOX 元件廠的業(yè)主，負(fù)責(zé)后處理廠與MOX 元件廠的建造及后續(xù)運(yùn)營、接收從法國和英國返回的高放廢物等。10 家電力公司持有JNFL91%的股份。

在乏燃料管理經(jīng)費(fèi)方面，2016年5月頒布了新的《乏燃料后處理執(zhí)行法》。相比2005年頒布的《乏燃料后處理基金法》，新法有兩點(diǎn)重要變化，一是經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省批準(zhǔn)成立了乏燃料后處理機(jī)構(gòu)（SFRO），專門負(fù)責(zé)乏燃料后處理的管理，包括制定后處理總體規(guī)劃、后處理基金的征收與管理，以及與JNFL 簽訂商業(yè)合同，改變了乏燃料長期分散管理的模式；二是繳費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生變化，新法要求核電站業(yè)主向SFRO 按年繳納乏燃料后處理基金，數(shù)額要滿足對上一財(cái)年產(chǎn)生的乏燃料進(jìn)行后處理及將回收的鈾和钚制成MOX 元件的資金需求，改變了之前按核電發(fā)電量繳費(fèi)（每度電繳納0.5日元，約折計(jì)0.45 美分）的征收標(biāo)準(zhǔn)。2016年4月，日本開始實(shí)施電力零售市場全面開放的政策，增加了電力公司的競爭。按照新頒布的法律，無論是售出的核電還是沒有售出的核電，都要按照其產(chǎn)生的乏燃料數(shù)量進(jìn)行繳費(fèi)，以便穩(wěn)定乏燃料后處理廠建設(shè)的資金來源，確保后處理廠建設(shè)不會(huì)出現(xiàn)停滯。

法國

法國一直堅(jiān)定地發(fā)展核電和實(shí)現(xiàn)閉式核燃料循環(huán)。20 世紀(jì)60、70年代，積極研發(fā)快堆的同時(shí)，在設(shè)計(jì)壓水堆核電站時(shí)就考慮使用MOX 元件。隨著后處理技術(shù)的成熟，1991年頒布了《放射性材料和廢物管理法》，確定了乏燃料管理以廢物最小化為目標(biāo)。

法國的商業(yè)后處理及再循環(huán)工業(yè)是世界上規(guī)模最大、工藝最成熟、技術(shù)最先進(jìn)的，不僅能夠承擔(dān)本國核電站乏燃料后處理，還能為其他多個(gè)國家提供乏燃料后處理服務(wù)。目前，法國電力公司（EDF）有20 座90 萬千瓦壓水堆使用MOX 元件，許可的裝料比例為30%。在乏燃料管理經(jīng)費(fèi)方面，2006年法國頒布的《放射性材料和廢物可持續(xù)管理計(jì)劃法》，規(guī)定所有核電站許可證持有者都必須對乏燃料管理和放射性廢物最終處置以及相關(guān)退役所需的費(fèi)用進(jìn)行測算，建立相應(yīng)的儲(chǔ)備金且必須覆蓋上述所有費(fèi)用。EDF 作為核電站業(yè)主，每年按每度電成本的10%繳納，作為乏燃料管理儲(chǔ)備金，并每3年向政府提交儲(chǔ)備金報(bào)告，接受政府部門的監(jiān)督檢查，如果發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)備金不足，將對核電站進(jìn)行處罰以補(bǔ)足儲(chǔ)備金額度。在保值增值方面，儲(chǔ)備金余額采用投資股票和債券等方式，投資回報(bào)率約4%～5%。

EDF 承擔(dān)乏燃料管理責(zé)任，并通過合同將乏燃料公路和海路運(yùn)輸、乏燃料暫貯、后處理及MOX 元件制造等業(yè)務(wù)交給法國唯一一家專業(yè)化公司-ORANO 公司，現(xiàn)行合同的有效期是從2008年到2040年。

由于核電站業(yè)主承擔(dān)乏燃料管理責(zé)任，在乏燃料管理機(jī)構(gòu)設(shè)置方面，政府沒有建立專門的乏燃料管理機(jī)構(gòu)，而是由法國原子能與可替代能源委員會(huì)中的核能局負(fù)責(zé)管理，核能局的主要業(yè)務(wù)是管理第四代反應(yīng)堆及配套核燃料循環(huán)。根據(jù)《核透明與核安全法》（TSN法），法國于2006年成立了核安全局這一獨(dú)立的行政管理機(jī)構(gòu)，在乏燃料管理領(lǐng)域，負(fù)責(zé)頒布各類放射性材料和廢物管理方案。

圖1 美國乏燃料管理機(jī)構(gòu)設(shè)置

英國

英國政府認(rèn)為，只要后處理方案可行且乏燃料具有可預(yù)見的未來實(shí)際用途，就不應(yīng)將乏燃料歸類為放射性廢物，乏燃料所有者必須考慮乏燃料是否后處理的問題。

隨著英國電力體制私有化改革，2008年EDF 宣布收購英國能源公司，在役的14 臺改進(jìn)型氣冷堆核電機(jī)組（AGR）以及唯一的壓水堆Sizewell B核電機(jī)組，一起打包成為EDF 的資產(chǎn)，EDF 在英國成立了EDF 能源公司。這使得乏燃料管理復(fù)雜化，不同時(shí)期、不同反應(yīng)堆的乏燃料，管理策略和責(zé)任主體不同，可以分為3 種情況，第一種是私有化以前的乏燃料，歸非政府性公共機(jī)構(gòu)-核退役管理局（NDA）所有并由其下屬的塞拉菲爾德后處理廠負(fù)責(zé)后處理；第二種是私有化以后，AGR 產(chǎn)生的乏燃料，歸EDF 能源公司所有，EDF 能源公司與塞拉菲爾德后處理廠簽訂了后處理合同，由于其所屬的索普廠（Thorp）已于2018年11月停止后處理業(yè)務(wù)，之后產(chǎn)生的AGR 乏燃料將放入臨時(shí)貯存庫，未來決定處理處置方式；第三種是在役壓水堆Sizewell B 核電機(jī)組產(chǎn)生的乏燃料，EDF 決定不后處理，干法貯存到2080年，再進(jìn)行可回取的地質(zhì)處置。

2005年，英國政府重組英國能源公司時(shí)，要求建立新的獨(dú)立的“核責(zé)任基金”。2008年EDF 收購英國能源公司時(shí)，按照2008年《能源法》的要求，EDF每5年（或者核電站關(guān)閉前3年）編制退役策略和退役計(jì)劃，提交給NDA 審批，確保能夠承擔(dān)乏燃料處理處置、核設(shè)施退役和放射性廢物處置的費(fèi)用。

值得注意的是，根據(jù)《英國乏燃料管理安全和放射性廢物管理安全聯(lián)合公約》（2017年版），2020年開始英國將停止乏燃料后處理。壓水堆乏燃料在安全臨時(shí)存儲(chǔ)期后，交給規(guī)劃中的地質(zhì)處置設(shè)施進(jìn)行可回取的處置。

美國

美國是世界上最大的乏燃料產(chǎn)生國。出于防止核擴(kuò)散的考慮，美國早在1970年就開始了核電站乏燃料和高放廢物地質(zhì)處置的選址工作，1982年通過《核廢物政策法》，明確了核電站乏燃料采取深地質(zhì)層處置的管理策略。由于選址程序復(fù)雜、政府多次換屆、公眾深度參與等原因，場址一直沒有最終落實(shí)。

在乏燃料管理經(jīng)費(fèi)方面，《核廢物政策法》要求建立“核廢物基金”，規(guī)定核電站的許可證持有者必須與能源部簽訂合同，為商用核電站產(chǎn)生的每度電繳納0.1 美分，用于對核電站乏燃料或者由乏燃料衍生出的高放廢物進(jìn)行管理。2014年以前，核電企業(yè)每年約繳納8億美元。由于乏燃料地質(zhì)處置場址一直沒有落實(shí)，大部分乏燃料采取核電站廠址內(nèi)干法貯存?！逗藦U物政策法》明確規(guī)定了美國聯(lián)邦政府對所有民用乏燃料的管理責(zé)任，并規(guī)定能源部應(yīng)不得遲于1998年1月31日開始處理乏燃料。能源部由于沒有履行《核廢物政策法》而遭到核電企業(yè)起訴，從2014年5月16日起美國政府停止向核電企業(yè)征收核廢物基金。目前，美國政府每年向核電企業(yè)支付8億美元，用于補(bǔ)償貯存乏燃料的費(fèi)用。

為了實(shí)現(xiàn)核廢物基金的保值增值并降低投資風(fēng)險(xiǎn)，此基金僅投資國債，并以“核廢物基金”單獨(dú)賬戶的形式納入聯(lián)邦預(yù)算，至2017年9月底，此基金含利息總額達(dá)403億美元（約合2680億元RMB）。

能源部成立了專門的乏燃料管理機(jī)構(gòu)（如圖1 所示），以加強(qiáng)政府管理。另外，在乏燃料管理方面，環(huán)境保護(hù)署（EPA）負(fù)責(zé)制定普遍適用的環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn),核管會(huì)（NRC）負(fù)責(zé)制定相關(guān)法規(guī)，以遵守EPA 制定的標(biāo)準(zhǔn)。

為了能夠盡早將核電站乏燃料外運(yùn)，在2013年美國藍(lán)帶委員會(huì)提出的《乏燃料與高放廢物管理和處置戰(zhàn)略》基礎(chǔ)上，2018年美國眾議院通過《核廢物政策修訂案》，要求重啟尤卡山處置庫的許可證審批程序，同時(shí)也指示美國能源部在尤卡山項(xiàng)目建設(shè)的同時(shí)，建造一個(gè)臨時(shí)儲(chǔ)存設(shè)施，盡早接收退役反應(yīng)堆的乏燃料。

圖2 相關(guān)國家核電站乏燃料管理關(guān)系圖

總結(jié)

通過立法明確乏燃料管理策略、管理經(jīng)費(fèi)、機(jī)構(gòu)設(shè)置與管理職責(zé)。上述國家都是通過國家立法明確了乏燃料管理策略：建立了相應(yīng)的乏燃料管理收費(fèi)機(jī)制，明確了經(jīng)費(fèi)的征收方法、使用范圍和保值增值的管理要求；建立了相應(yīng)的管理機(jī)構(gòu)、明確了管理職責(zé)并根據(jù)需要及時(shí)作出調(diào)整，任何機(jī)構(gòu)調(diào)整和職責(zé)變動(dòng)都是依法進(jìn)行的。

乏燃料管理策略決定經(jīng)費(fèi)管理方式、管理責(zé)任與所有權(quán)歸屬以及機(jī)構(gòu)設(shè)置。不同國家根據(jù)本國的乏燃料管理策略，對核電站業(yè)主繳納的乏燃料管理經(jīng)費(fèi)采取不同的管理方式，進(jìn)而影響乏燃料的管理責(zé)任與所有權(quán)的歸屬和相關(guān)機(jī)構(gòu)的設(shè)置（如圖2 所示）。

開展乏燃料后處理的國家，乏燃料歸核電站業(yè)主所有。盡管日本10 家電力公司繳納的乏燃料后處理基金由乏燃料后處理機(jī)構(gòu)（SFRO）管理，并且SFRO 承擔(dān)乏燃料的管理責(zé)任，但乏燃料歸屬權(quán)沒有轉(zhuǎn)移，乏燃料仍歸電力公司所有；法國核電站乏燃料歸EDF所有；英國電力公有制時(shí)代產(chǎn)生的乏燃料歸NDA 所有，核電站私有化后產(chǎn)生的乏燃料歸EDF 能源公司所有?？梢钥闯觯@些開展乏燃料后處理的國家，無論核電站業(yè)主是核電企業(yè)還是其他機(jī)構(gòu)，核電站乏燃料歸核電站業(yè)主所有，這是國際上的普遍做法，更符合后處理的商業(yè)屬性、回收鈾钚的循環(huán)利用屬性及高放廢物處理處置的責(zé)任屬性，同時(shí)，有利于統(tǒng)籌核電機(jī)組的堆芯管理和MOX 元件使用，包括新建機(jī)組的堆芯設(shè)計(jì)和在役機(jī)組的堆芯改動(dòng)。

收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)與資金的使用范圍密切關(guān)聯(lián)。日本“乏燃料基金”主要用于后處理廠和MOX 元件廠的建造與運(yùn)行；美國“核廢物基金”主要用于乏燃料及衍生高放廢物的中間貯存及深地質(zhì)層處置；法國“乏燃料后處理儲(chǔ)備金”主要用于乏燃料后處理、高放廢物玻璃固化及地質(zhì)處置；英國“核責(zé)任基金”主要用于核設(shè)施退役、乏燃料可回取的處置和高放廢物的最終處置；相比之下，后處理廠建造需要巨額投資，因此，日本的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)比其他國家高。

建立基金（或儲(chǔ)備金）保值增值機(jī)制。美國和法國都為核電企業(yè)繳納的資金建立了保值增值機(jī)制，盡管措施不同，有的只限于購買國債、有的可以購買股票和債券，但總體上，都起到了保值增值的作用，投資收益率能夠保持在4%～5%。

相關(guān)產(chǎn)業(yè)沒有市場化。日本核燃料運(yùn)輸有限公司（NFT）負(fù)責(zé)國內(nèi)乏燃料運(yùn)輸，日本電力公司參股的太平洋核運(yùn)輸公司（PNTL）負(fù)責(zé)國際海上運(yùn)輸，日本核燃料有限公司（JNFL）負(fù)責(zé)后處理設(shè)施建設(shè)與運(yùn)營。法國歐安諾公司（ORANO）負(fù)責(zé)本國乏燃料公路運(yùn)輸、乏燃料暫存、后處理及廢物處理處置，鐵路運(yùn)輸由法國鐵路運(yùn)輸公司（SNCF）承擔(dān)，海路運(yùn)輸由參股的太平洋核運(yùn)輸公司（PNTL）承擔(dān)?？梢钥闯?，乏燃料運(yùn)輸、貯存、后處理及廢物處理處置都由專門的專業(yè)化公司承擔(dān)，沒有建立市場競爭機(jī)制。