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没有哪座核电站能像美国的三里岛那样,一半广为人知,而另一半籍籍无名。2号反应堆在40年前发生了美国最严重的商用核电站事故,从此被永久关闭;而1号反应堆继续服役,预计在今年9月30日停止运行。这一决策主要是出于经济上的考虑。运营商爱克斯龙(Exelon)电力公司表示,由于难以和天然气竞争,1号反应堆在2011~2016年间已经亏损超过3亿美元。

1号反应堆的命运不过是全球核能产业“老龄化”的缩影。商用反应堆的设计寿命大约是40年,而全世界反应堆的平均年龄如今已经超过30岁。核设施的退役是一项耗资巨大、耗时漫长的工程。爱克斯龙计划先取出反应堆中剩余的核燃料,然后让设备自行冷却;大型设备的拆解预计最早于2074年开始进行,整个退役项目预计耗资12亿美元。

“核电将会消亡,这只是时间问题。如果核电是一个有机体的话,它早该出现在濒危物种名录上面了。从每年的《世界核能产业现状报告》(WNISR)中可以看出,新建的核电站数量不足以弥补接下来20年中大批核电站退役所造成的空缺。”国际核能政策独立分析师、WNISR发起者和首席作者迈克尔·施奈德(Mycle Schneider)说。

《世界核能产业现状报告》评估这一产业的现状和发展趋势,从2007年起每年更新,如今已经被视为这个行业最重要的报告之一。在2017年,中国电力圆桌项目翻译并发布了这份报告的中文版。今年的报告也将在9月发布。“这是一份独一无二的报告,”施奈德骄傲地说。

    老去的核电站

截至今年7月1日,全世界范围内有181座反应堆已经关闭,而正在运行中的反应堆总计不过417座。假设反应堆平均寿命为40年,那么从现在起到2030年,还将有207座反应堆关闭(即197~1990年间接入电网的反应堆);到2059年还将新增124座。这还不包括那些在1979年前开始运行的85座反应堆,以及目前处于长期停机状态的28座反应堆。这也不包括目前建造中的47座反应堆(截至2019年7月1日),它们中的大多数也将会被接入电网。

每座反应堆的具体运行期限取决于许多因素,包括运行状况、经营牌照有效期和经济效益。不同国家对反应堆运行期限也有不同的规定。但总的来说,反应堆通常无法一直平稳运行到设计寿命的终点,它们正常运行的时间总比预期要短。

首先,维修一座老旧的核电站往往会发现许多预料之外的问题。施奈德说:“我们深入研究过一些案例。如果停机时间预计是两三个月,那么最后往往会延长到六个月、九个月甚至十二个月。维修工作一旦开始,人们就会发现还有更多的东西需要维修。就像修车一样,你拆下一个有问题的零件,就会发现里面还藏着更多有问题的零件。反应堆也是一样。”

其次,维修停机会影响核电站的持续供电能力。施奈德指出,2018年法国的58座反应堆平均大约有三个月时间处于停机状态,比利时的7座反应堆平均停机时间甚至达到了半年。他说:“难以置信。这样的能源能有多可靠?反而是可再生能源更可靠。人们一度认为可再生能源无法持续供应,但实际上太阳每天都会升起,只是阳光强一点或弱一点的问题,现在要预测这种变化也很容易。”

事实上,可再生能源已经成长为核电强劲的竞争对手。太阳能电池技术近年来发展迅速,今年7月在美国洛杉矶,太阳能电力的价格已经跌破每千瓦时2美分,低于化石燃料和核能所能提供的电力价格。中国也在将不同的可再生能源相结合,以实现不间断供电。

所以,尽管状况良好的反应堆通常能够获准延长运行期限,但是施奈德指出:“实际上,许多核设施在更新牌照、延长运行期限之后又提前关闭,因为它们在市场上已经没有竞争力了。”

    漫长的告别

《2018世界核能产业现状报告》指出:“核设施的退役所花费的时间通常比预期要长,在大多数情况下甚至超过了建造和运行时间之和。”目前全世界只有美国、德国和日本三个国家的19座反应堆完成了退役工作,其中只有10座恢复成绿地(greenfield),即未被开发、没有污染、可用作任何建设用途的土地。

目前已经完成退役的反应堆中,最快的只用了6年,最慢的花了42年。它们大多是小型的展示堆或实验堆。目前为止,业界还没有运行了40年的大型商业化核电站完成退役的经验,但可以确定的是,这将是一项庞大的工程,并且最好趁早解决。

技术上,核设施的退役通常可以分为三个阶段。首先,反应堆内部剩余的燃料被取出,转移到乏燃料池中,同时部分大型部件被拆除;其次,拆解反应堆中受到较强辐射污染的部件,例如反应堆压力容器;最后,移除操作系统,并清除建筑物受到的污染,最终拆除建筑物。

一座核电站工作的时间越长,累计产出的乏燃料就越多,设备受到的辐射污染也越严重,这意味着退役工作量将大大增加。施奈德指出,其中最大的挑战或许来自于钚——许多商用核电站使用铀钚混合氧化物燃料(MOX),其中的钚通过后处理过程分离而来;而钚具有较强的辐射毒性,会对核燃料生产和乏燃料后处理设备造成污染,进而给拆卸过程中的辐射防护带来困难。

在时间规划方面,核设施的退役通常有两种策略,立即拆除或推迟拆除。《2018世界核能产业现状报告》中指出:“一般而言,立即拆除是更好的解决方案,因为员工的技能和工作经验能够在退役过程中得到利用;责任划分更加明确;公共利益能够得到更好的保障。”

相比之下,推迟拆除将大大增加项目的风险和不确定性,包括人员和专业技能的流失、设备老化带来的事故风险和责任划分的不明确。近年来,在全球能源结构不断变化的背景下,法国的阿海珐、美国的西屋电气两大核电巨头先后经历了破产重组,施奈德说:“看看过去20年中欧洲和美国企业的寿命是多么短暂……如果把反应堆放着不管,未来由谁承担这些责任呢?”

    中国核电的挑战

和欧美国家相比,中国的核电产业可以说非常年轻。截至2019年7月1日,中国正在运行的反应堆有47座,还有一座处于长期停机状态,平均年龄为7.2年。但是施奈德说:“中国现在或许不用考虑这个问题,但是它总会发生,而且会集中爆发。”

施奈德指出,中国核电未来面临的挑战将与法国今天的局面非常相似。在20世纪80年代到90年代,法国在十年间建立了约四十座核电站,这意味着它们将在很短的时间内同时退役,并且这个时刻或许很快就要到来。而中国核电也经历了相似的发展过程。目前中国正在运行的47座反应堆中,36座的年龄在0到10岁之间。

不过,和十年前相比,中国核电建设已经放慢了脚步。自从2015年核准8台新建核电机组后,中国经历了三年的“零核准”,直到今年7月底才有新的核电站核准开工。另一方面,新能源的发展也让局面变得更加不确定。《2018世界核能产业现状报告》显示,2004~2017年间中国对核电的累计投资总计900亿美元,但是仅在2017年一年中,对新能源的投资就达到1260亿美元。施奈德指出,尽管中国新能源行业的企业一般规模较小,但它们数量众多,组合起来就是一个庞大的产业。并且,中广核等大型核电企业也已经强势进入新能源市场。

既然核电站退役潮的到来只是时间问题,又不可避免,那么中国该如何做好准备?

在技术上,施奈德强调,立即拆除非常重要,主要核电国家一般都有这方面的法律规定。他说:“我支持立法让运营商在关闭核电站之后立即拆除。另外,关闭核电站之后核废料应该尽快从池子里取出,转为干式存储。我希望这辈子别让我见到燃料池起火,否则这会比我们目前所见到的任何一起核事故都要糟糕……我不是说这件事做起来很容易,但是运营商有这个义务。”

在经济上,施奈德认为,关键在于确保项目的资金安全,包括预留足够的资金,和保证资金如期到位。他说:“唯一的办法在于准备专项资金,确保运营商无法动用。”他指出,欧洲的一些企业确实预留了退役资金,但是几百万美元的现金吸引力太大了,企业又把它拿去投资,结果往往会大幅亏损;为了彻底避免这种情况的发生,这笔钱应该由政府或其他独立机构管理。

拆除一座核电站需要多少钱取决于许多因素,例如具体的反应堆设计、运行期限和拆除的策略。唯一可以确定的是,实际需要的资金往往会超出运营商的预估。2011年,法国电力集团(EDF)为已经关闭的12座反应堆的退役拨款33亿欧元,但是项目成本估算直线上涨,到2018年已经达到65亿欧元,几乎翻倍。

施奈德说:“核电站的建造是非常不确定的,甚至在建的项目也不一定能完成。历史上大约有一百座反应堆没有完成建造。但是退役可以说是笔稳赚的生意,尤其是当国家政策要求立即拆除已退役核设施的时候,我们能知道确切的下线日期……这将是一个规模庞大的产业,而且非常确定,它就在那里。”事实上,国际原子能机构(IAEA)估计,到2050年核设施退役的市场规模将达到1万亿美元。

或许,我们这代人不仅将目睹一座座核电站的关闭,也将目睹核电的终结。

 
 
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