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法国核设施能否完美退役?

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摘要: 核能发电是法国最主要的电力来源,若以核电发电比重衡量,法国自是位列全球第一。多年来,法国核能一直以惊人的速度长足发展,然而眼下部分反应堆寿命将止,核退役行业的隐患也逐渐暴露。如何确保核退役的安全、有效,俨然已成为重中之重,法国将如何应对呢?
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法国核电


1888年,荷兰后印象派画家文森特·威廉·凡·高(Vincent Willem van Gogh)在法国南部城市阿尔勒(Arles)完成了这幅为后人所津津乐道的《罗纳河上的星夜(Starry Night Over the Rhone)》,但他大概不会想到,数十年后,驱车沿着罗纳河往北行驶,大概距离此地小时车程的许斯克朗(Chusclan),竟会修建起法国第一座核反应堆——马尔库尔核电站(Marcoule),而在近130年后的今天,这座核电站也迎来了自己使命的终结——核退役。


所谓核退役,其实是核设施生命周期的最后一个阶段。一般说来,核设施的生命周期由三大阶段组成:设计和建设,运行,拆解退役。但千万别小看这场“告别礼”,因为它的过程可一点都不简单,毋宁说是对设施本身的另一个挑战。因为法国核安全局(ASN)规定,核设施彻底关停后,必须确保设施中所有危险性和放射性物质都被转移出去。而由此衍生出来的核退役行业,发展势头可谓不可小觑。


法国原子能委员会(CEA)较早前特意组织了一次参观活动,展示马尔库尔核电站最新研发的工程机器人Maestro。当局为拆解和去污,专门设计了这款遥控机械臂。Maestro不仅能处理一般工地拆卸会遇到的困难,还能在高放射环境下作业。技术人员通过一系列操作,包括拟真大厅、虚拟现实、3D模拟作业等,更是演示了Maestro的“绝技”——用激光切割钚提炼厂的溶解槽。简单说来,就是在一个高4米、直径2米的钢槽上,精确切割一块30厘米宽的钢板。此外,Maestro具备相当的灵活性,能在任何工地作业,同时具有工业化产品的优势,可以商业化。


除了法国原子能委员会,法国电力集团(EDF)和阿海珐公司(Areva)也有自己的拆解机器人和尖端高科技团队。迄今为止,法国共有125座基础核设施,其中30座不同类型的核设施(核电或科研反应堆、实验室、燃料处理厂、废料处理设施等)已经关停或正在退役中。“我们希望能在法国脱颖而出,成为走向国际的窗口。”阿海珐公司退役服务联络部负责人马克西姆·米肖(Maxime Michaud)说道。


工作人员检查反应堆厂房

工作人员检查反应堆厂房。


核退役市场发展潜力强劲

在法国,核能的诞生源于政治,它的第一使命是军事。1945年,法国军事家、政治家夏尔·安德烈·约瑟夫·马里·戴高乐(Charles André Joseph Marie de Gaulle)创立法国原子能委员会,以进行“科学技术研究,推动原子能在科学、工业和国防等不同领域的应用”。


不久后,民用原子能科技也开始长足发展。1952年,法国开始发展核电,出现了一大批使用天然铀石墨气冷堆技术、轻水堆或重水堆的第一代核电站。1960年代,法国首个压水反应堆在舒兹建成,很快就被广泛沿用。1973年石油危机之后,法国开始大规模实行二代核电建设计划,进而开启了能源独立和原子能时代。整个法国跃跃欲试,政客们无不欢欣鼓舞,工业家无不摩拳擦掌。在后来的10年间,法国奇迹般地诞生了58个反应堆,构成了法国如今的核能园区。这些反应堆的平均寿命为30~40年,因此到了1990年代末,核退役问题变得十分切实。


在这之前,核工业用科研基地和小型反应堆曾初试身手,但这些并不足以支撑起庞大的核退役工程。“一开始,人们都认为核退役是一件很简单的事情。”放射性独立研究与信息委员会主任罗兰·德波尔德(Roland Desbordes)说。“他们觉得会造就会拆。他们甚至发明了‘拆解’一词。想想他们当初所说的,再看看今天的情形,真的是很有意思。”


工作人员紧盯电脑屏幕监控厂内运作情况

工作人员紧盯电脑屏幕监控厂内运作情况。


眼下,核退役行业发展火热,即将成为一个专门的行业分支。与此同时,核退役市场的轮廓也逐渐成形,蕴藏着巨大利润,涉及的都是天文数字——几百亿甚至几千亿,完全可以逆转目前持续低迷、利润不断走低的全球核工业。如此看来,核退役市场极具潜力。


但是,法国原子能委员会去污与退役部门负责人劳伦斯·皮凯蒂(Laurence Piketty)却提醒道,这是一个限制很多而且竞争激烈的市场:“核退役市场确实存在,但企业要想突围而出可不容易,毕竟要在恶劣的环境中作业,还要受到众多规定的约束。这就要求企业必须十分灵活,能够处理作业中的意外,确保维护和监管力度等。我认为,这只能是一个属于内行的市场。” 简而言之,响应的多,能胜任的少,而且投入多,回报少。


“之前我们一直把研究集中在科技和机器人方面,却没有在标准化可实施系统方法方面进行研究。要想了解核设施退役是什么样的,心中必须要有拆解的概念。建筑物和设备会产生大量的废铁和混凝土,有些地方还有辐射。机器人在确定辐射位置并对其进行特殊处理方面可能十分有用,但在整个拆解过程中普遍使用机器人的做法并不可行。”巴黎能源世界信息服务组织(World Information Service on Energy, Wise-Paris)负责人伊夫·马里尼亚克(Yves Marignac)说。


核退役是一个长期过程,整个程序可能持续几十年,没有确切的期限,因而工程十分复杂。虽然马里尼亚克说这是一个“复杂的问题,拆解阶段根据不同设施等级而各不相同”,但还是可以区分出三个基本阶段——


阶段一,彻底关闭反应堆,移除燃料,排空管道,拆除没有核辐射的设施。


阶段二,部分拆解阶段,拆卸除核岛以外的所有设备和建筑,把核岛置于监测之下。按照法国国家放射性废料管理机构(Andra)制定的等级对场址废料进行归类,主要分为极低放、低放、中放或高放,短寿(半衰期低于30年)或长寿(半衰期高于30年)。如有可能,这些废料接下来会被送往相应的处置场。其中Morvilliers处置场接收极低放废料,Soulaine处置场则接收短寿中低放废料。至于其余的废料,运营单位只能尽其所能进行处置。


阶段三,彻底拆除核岛、放射性材料和设备,清理废料。目前,还没有任何一个核退役工程达到这一阶段。舒兹核电站(Chooz)是法国电力集团旗下最早退役的核电站,今年将进入最后阶段。


法国电力集团下欧洲第三代原子能反应堆核电厂内部

法国电力集团下欧洲第三代原子能反应堆核电厂内部。


退役路上困难重重

现如今,退役工程接踵而来,困难更是重重——


首当其冲的便是技术难题。核设施在运行期间都会经历不同的变化,因而历史也各有各的不同,核退役会毫不留情地揭露它们的过去,使运营过程中的各种问题都暴露出来。


“从技术层面来说,困难很大,因为无辐射和有辐射完全不同。所有核设施都有自己的历史和特点。大多数运行正常,但部分曾出现过事故,也就是说核辐射并没有被封堵在一开始出现的地方,在周围的建筑、土壤甚至含水层中都能发现踪迹,这就会产生问题。随着拆解工程的进行,越来越接近核岛,我们不知道将会发现什么,顾虑很多。” 德波尔德毫不客气地指出。


皮凯蒂也表示:“很难精确描绘安全壳内的辐射情况,干扰太多了。无法了解辐射的实际情况,所以只能前进,继续拆卸,不断梳理,弄清楚拆解情形。所有这一切都得循序渐进,慢慢发现。”


事实上,运营商的掌控能力渐渐无法使人信服,各自深陷泥潭。最典型的得数法国原子能委员会面临的土壤污染问题,这点给格勒诺布尔基地(Grenoble)的成功退役沾上了污点。法国电力集团也在布勒尼利斯基地(Brennilis)遇上了难拆(混凝土坚硬)和核辐射管理(有钚放射)等问题,克雷伊斯- 马尔维尔核电站(Creys-Malville)在Superphénix 反应堆拆解过程中对钠管理不善,更是进一步将该集团推向深渊,技术人员后怕不已。


遥控机械臂Maestro

马尔库尔核电站为拆解和去污,专门设计了遥控机械臂Maestro。


除了技术困难和工程棘手之外,运营商还得面临废料处理问题。继续以法国电力集团为例,其不知如何处置来自第一代反应堆的石墨废料,只能要求延后退役来回避问题。这些废料产于核工业早期,当时没人考虑它们将来该如何处置,如今只能将它们堆放在拉阿格(La Hague)工厂,缺乏充足的安全保障。至于高放废料,20年来法国国家放射性废料管理机构一直在研究,把它们深埋在布尔(Bure)地下米这一方法的可行性,也就是Cigéo项目。


相关决策者还在为项目资金问题争论不休,反对者已经从根本上质疑这个方法,认为不道德、反民主。德波尔德遗憾地说道:“问题在于无法封住辐射。我们一度寄希望于玻璃固化,后来意识到它在30年后就会开始破裂。今天的混凝土能坚持几百年,但1000年、10000年呢?不能!坦白说,我们还没找到解决方法。”


2006年6月28日颁布的《放射性物质和放射性废物长期管理法》以及2015年的法案规定,核工业运营单位必须履行某些特殊义务。他们必须考虑到退役工作的复杂性,计划好放射性废料的处理方法,还必须为以后的工程预留必要的资金,并且保证操作透明公开。正是在这种背景下,法国选择了“立即拆除”策略。


法国电力集团退役与废料项目管理部副经理吉勒斯·吉龙(Gilles Giron)表示:“自2001年起,法国电力集团就希望过渡到立即拆除战略。它有两大优点,一是不会给后代留下负担,二是充分利用电站开发人员的经验,毕竟他们一直在场,对电站很了解。”传授技术、培养员工对核退役工程固然十分重要,但沟通交流工作并不容易,各种反面例子也不少。


国际环保组织“绿色和平”成员

国际环保组织“绿色和平”成员针对比热核电站疑似废料不安全处理行为提出抗议。


事实上,把维修和拆解业务分包出去的情况十分常见,而分包从本质上来说就是十分不稳定的。虽然核工业有一些专业合作伙伴,但节约成本也是他们的策略之一。出于安全原因,核安全局再三要求减少分包层级。


再来是成本问题。尽管抛出了各种各样的论据,但目前核退役经验还过于薄弱,未来也不明朗,这反过来又会影响成本。技术可行性必须有足够的资金支持,然而各项工程表明,预算总体上偏低。例如,阿海珐公司于2003年关闭的UP2-400工厂,退役预算在2006年至2013年间,从13.27亿欧元(1欧元约合1.07美元)增加到了19.55亿欧元。再如,布勒尼利斯核电站(1985年关闭)的退役本该是法国电力集团大显身手的舞台,但直到现在还没完工,最初成本预算为1940万欧元,今天重新估算为4.82亿欧元。


德波尔德认为:“只要一天没有实现完全退役,就没办法计算成本。”法国电力集团和阿海珐公司声明预留了必要的资金,法国原子能委员会每年则只有国家拨给的7.4亿欧元用于核退役。


菲利普·克诺赫

欧盟委员会1月中旬宣布,对法国核能巨头阿海珐集团的重组计划有条件放行。

图为该集团首席执行官菲利普·克诺赫。


“资金不少,但毕竟有限。” 皮凯蒂称。“ 我们不能轮流来,让这几年多支出,过几年少支出,这可能会阻碍计划的进行。”“建造、维护、管理、监督、退役等方面的成本,正在杀死核工业。” 德波尔德补充说道。不一般领域的背后,是不一般的成本和不一般的风险。(本文部分内容选自总第16期《优仕生活》)

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