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核電躍進，核廢物“老無所依”

      核電大建設席卷中國沿海和內陸，涉及重大安全的核廢物處置環節卻在核電產業鏈上留下空白

      中國對于核電的規劃正在不斷刷新數字。在2007年的《核電中長期發展規劃(2005-2020年)》中，2020年核電裝機容量為4000萬千瓦，根據正等待國務院批準的《新興能源產業發展規劃》，這一數字將被改寫為8600萬千瓦。
 
      截至9月底，國務院已核準34臺核電機組，裝機容量3692萬千瓦，其中已開工在建機組達25臺、2773萬千瓦，是全球核電在建規模最大的國家。

      這令王駒既喜且憂。作為中國核工業北京地質研究院副院長，王駒有一個特殊的使命——研究高放射性核廢物地質處置。

      核能雖是清潔能源，但其產生的廢物不僅不清潔，甚至非常危險。

      根據放射性的不同，核廢物分為高放廢物和中低放廢物。其中，反應堆用過的核燃料稱為乏燃料，具有極高放射性，核電站使用過的工作服、手套、廢棄退役的儀器設備等則屬于中低放廢物。盡管乏燃料只占廢物的1%，但卻對人體危害極大。其中一種被稱為钚的核素，只需攝入10毫克就能致人死亡。

      王駒告訴《瞭望東方周刊》，根據規劃，我國2020年建成的70個反應堆，加上當時在建的30個反應堆，全壽期(60年)產生的乏燃料將為14 萬噸。而目前，由于中國的高放射性核廢物的處置研究還屬于初級階段，所有的乏燃料都暫存在核電站自建的硼水池中，急切等待一個永久性的處置庫安身。

      王駒感到肩上的擔子更重了。

      入土為安

      處置核廢物最好的辦法便是讓它們“ 入土為安”。“簡單說就是：挖個坑，把廢物埋進去，然后封起來。”王駒說。

      中國對中低放廢物已經有了較為成熟的處置技術，不論是固體核廢料還是液體核廢料，都先進行固化處理，然后裝進200升的不銹鋼桶，放在近地表的處置庫。目前，中國已建成了兩個中低放廢物處置場：位于甘肅玉門隸屬于中國核工業集團的西北處置場、位于廣東北龍由中國廣東核電集團建造的華南處置場。

      高放廢物的處置則是一個世界性難題。乏燃料中的眾多放射性元素都擁有數以萬年計的半衰期，長的約為210萬年，短的也有近500年。

      對于高放廢物的處置，科學家曾提出“太空處置”、“深海溝處置”、“巖石熔融處置”等方案，但從工程技術的角度來說，唯一可行的是深部地質處置，也就是“挖坑埋”：將乏燃料廢液制成玻璃化的固體，裝入可屏蔽輻射的金屬罐中，放進位于地下500～1000米的處置庫內。

      “考慮到處置庫中的廢物毒性大，半衰期長，要求處置庫的安全評價期限至少要達到1萬年。這是目前任何工程所沒有的要求。”王駒說，“從工程技術的角度來說沒有本質的難題，關鍵問題在選址，也就是如何向監管部門和社會公眾證明埋在這里是絕對安全的。”

      歸宿難覓

      美國已明確將于2017年建成尤卡山高放廢物處置庫，芬蘭也將于2020年建成乏燃料處置庫。但中國的高放廢物處置庫仍沒落定。

      早在十幾年前，負責為高放廢物處置庫選址的核工業北京地質研究院已經圈定了華東、華南、西南、內蒙古、西北和新疆這6個預選區。在進行初步比較后，焦點聚集在了甘肅北山地區。

      1989年，北京地質研究院的選址隊開始踏入北山。在王駒的辦公室里，沒有中國地圖和世界地圖，只有一幅碩大的北山地圖掛在墻上。

      “談起北山，我一天一夜也說不完。”王駒感慨道。

      第一次探訪北山是在1993年。站在這塊10萬平方公里的戈壁灘上，王駒只看到飛機從遠遠的地平線升起，經過頭頂，又消失在遠處的地平線上。“那時我親眼見證了地球是圓的。”

      坐落在海邊的大亞灣核電站如今已經成為一個旅游景點，而北山卻荒涼得讓人感到心酸。20年來，王駒和他的團隊守著北山不放。他們堅信北山是中國最適合建造高放廢物處置庫的地方：這里人少、經濟極不發達、地殼穩定、花崗巖體規模巨大完整、干旱、地下水流速緩慢，一切都切合選址標準。

      “北山地區10萬平方公里只有6000戶居民，基本沒有工商業。選在這樣一個接近于無人區的地方，未來變數會小得多。”王駒說。到2009年，共打了6個深鉆孔和8個淺鉆孔，獲得了大量深部巖樣、水樣和相關數據。“北山是國內目前工作程度最深的場址。1989 年以來的研究成果表明，該區目前沒有顛覆性問題，是一個有遠景的預選區。”王駒說。

      但是，北山并非板上釘釘。除了北山外，其他5個區域的鉆孔調查也即將開始，然后在幾個點中平行比選，挑出三個最好的，再從中選一。備選區域可能在內蒙古和新疆。

      “北山之所以沒有最后確定下來，也是因為各方對它的看法還沒有完全統一，有人持不同意見，因為涉及地質、水文、氣象、生態等各個方面，太復雜了。”清華大學核能與新能源技術研究院研究員梁俊福說。

      《高放廢物地質處置中長期研發規劃指南(討論稿)》給這個項目制定了一張時間表：2020年前初步完成處置庫選址，完成地下實驗室的可行性研究，并建成地下實驗室；從2020年到2040年的第二階段，著力進行地下實驗室的現場試驗，掌握處置庫建造技術；2050年建成高放廢料處置場并投入運營。

      “我們對前端的燃料開發、核電站建設等很重視，但對后端重視不夠。核電要順利發展必須解決兩個問題：核安全及廢物的妥善處置。對第一點大家都有共識，對第二點卻沒有。隨著核電發展規模猛增，核廢物處理問題會越來越突出，現在到了重視和大力推動這個環節的時候了，不能等到造成了不好的社會反響的時候才去做。” 環保部副部長兼國家核安全局局長李干杰在2009年底的全國核電運行和建設管理經驗交流大會上說。

      產業鏈上的留白

      在核燃料的整個循環過程中，從反應堆中取出乏燃料一直到永久性地質深埋中間，還有若干道工序。簡單來說，乏燃料由核電站業主單位取出后要交給后處理廠，切成小塊，扔進酸里溶解，提取出有用的鈾和钚重新作為燃料循環使用，剩下的廢液交由玻璃固化廠進行固化，再裝進特制的廢物罐中，運送到永久性處置場封存。

      在這個位于整個核電產業鏈末端的一截上，中國留下了許多空白。

      由于沒有建成永久性的處置庫，乏燃料暫存在秦山核電站與大亞灣核電站的硼水池中以阻擋輻射。中國工程院咨詢項目“高放廢物地質處置戰略研究”的總報告顯示，秦山核電站每年產生10噸左右乏燃料，大亞灣核電站每年則有40噸左右。一臺百萬千瓦的反應堆每年產生的乏燃料約為22噸。而這些乏燃料一般只能暫存10年。

      時間有限，空間也有限。到了2003年，1994年投入商業運行的大亞灣核電站的硼水池已經積滿了乏燃料。多余的乏燃料只能通過4000公里的長途跋涉運往甘肅的中核集團404廠暫存。

      名義上，404廠具有后處理資質，應承擔從乏燃料中提取鈾和钚的工作。但事實上核電站產生的民用乏燃料并未在那里得到任何后處理。“404廠進行后處理的軍工類廢物比較多，民用的都沒有處理。”知情人士告訴本刊記者。

      梁俊福告訴記者，目前在后處理方面中國正在與法國談技術合作，但是法方報價太高，談判仍沒最終定下來。

      在永久處置庫的建設方面，體制等各方原因也在阻礙著項目進展。

      世界上各有核國家都將高放廢物處置工作放在了國家層面上，通過制定國家政策、頒布法律法規、成立專門機構、籌措專門經費、建立專門的地下研究設施(地下實驗室)和開展長期研究開發等方式，確保高放廢物的安全處置。

      而在中國到目前為止還沒有國家級高放射性核廢物地質處置專項規劃。“有關高放廢物地質處置的政府行為只停留在部委一級層面上，一些必須在國家級層面決策的事項難以進行；對于如此重大的高難項目，國家重大科技工程、973 計劃和國家自然科學基金重大項目研究計劃等也沒有列入。”中國工程院院士、輻射防護和環境保護專家潘自強說。

      誰該為核廢料處置埋單？

      “乏燃料的后處理和處置花費驚人，不是哪一家企業想做就能做的。”王駒對記者說。

      美國預計將于2018年建成的處置庫整個計劃需近1000億美元，經費主要來自電費的提成，每年約能收取 6 億美元。在瑞典，則由核電站出資成立的“瑞典核燃料與廢物管理公司(SKB)”負責地質處置工作，由國家監管，大家分工。

      而在中國，盡管地方政府及各大核電集團、電力集團都搶建核電站，核廢物處置卻鮮有人過問。壟斷體制下的產業巨頭博弈也是阻礙乏燃料后處理和最終處置研發與產業化的重要原因。

      西北處置場隸屬于中國核工業集團(簡稱中核集團)，業務指導歸其直屬子公司—— 中核清原環境技術工程有限責任公司，組織人事關系歸404廠。北龍處置場為商用處置場，其經營主體為清原公司，但投資方卻為中國廣東核電集團(簡稱中廣核)。有媒體報道說，1998年，中廣核花了8000萬元建成了北龍處置場，但由于當時的主管部門下發了兩張建設許可證，分別給中廣核和中核集團，其實際管理權至今仍未劃清。

      2007年6月，原國防科工委聯合國家環保總局欲籌備一家核廢物處置股份公司，由中核集團、中廣核、中電投、華能、大唐這五家主要核電企業共同投資。然而，由于中核集團與中廣核對控股權的爭奪僵持不下，這家公司胎死腹中。

      高放核廢物處置項目研究經費不足的問題一直難以解決。高放廢物處置方面的研究經費來自國防科工局的撥款和國際原子能機構提供的部分技術支持。王駒認為，這并不是一種長效機制。據了解，我國“十五”高放廢物地質處置的平均年度經費僅為400萬元左右。“十一五”雖有增加，可達到年均1000萬元的強度，但仍然很低，遠不能滿足相應需求。

      對非軍工設施高放廢物，國際上普遍認可的做法是，在廢物生產者仍在運行時就收取費用，以供將來長期管理的營運之需。根據誰產生廢物誰負責治理的原則，多數國家都要求廢物生產者提供廢物處置的資金。

      籌資機制主要有兩種：基金制及儲備金制。基金制采用收取年費的辦法。儲備金是廢物生產者根據法律法規確定的計價辦法，自己測算每年儲備金數量，按年度注入自己財務系統中獨立的儲備金賬戶中。

      中國還沒有建立從核電電費中收取高放廢物地質處置所需資金的籌資機制。“處置一臺百萬千瓦機組運行60年產生的1320噸乏燃料，所需的處置費用約為21.4億元人民幣，約占其總收入的1.2%，完全在其可承受范圍之內。”潘自強表示。（記者張瑜）

      第四代核電國際賽跑

      如果石島灣的商業示范工程取得成功，中國將成為世界上第一個擁有高溫氣冷堆商業核電站的國家。這種首發優勢將重新定義中國在世界核電產業中的地位，有可能使中國從一個技術引進國變成一個核電技術輸出大國

      中國核電正在步入黃金時代。

      自2005年起，國家重啟核電建設，“十五計劃”提出的“適度發展核電”，在“十一五規劃”中修改為“積極發展核電”，今年10月公布的“中共中央關于"十二五規劃"的建議”中，提出“在確保安全的基礎上高效發展核電”。

      根據待批的《新興能源產業發展規劃》，到2020年，規劃核電裝機容量為 8600萬千瓦。盡管目前我國核發電量占比僅為2%，但25臺、2773萬千瓦的在建規模卻占全世界在建核電機組的40%。

      目前，從美國引進的第三代核電技術AP1000風行中國，如果大規模商用成功，將會取代已成熟運營的二代加技術成為未來中國核電的主導技術。

      在全國核電建設高潮的喧囂之外，清華大學核能與新能源技術研究院(簡稱“清華核研院”)則在默默推進著中國第四代核電技術高溫氣冷堆的商業示范工程。

      相對于二、三代技術，外界對于第四代核電技術知之甚少，更不了解，中國的高溫氣冷堆技術已經走在了世界前列。

      “如果石島灣的商業示范工程取得成功，中國將是世界上第一個擁有高溫氣冷堆商業電站的國家，這將重新定義中國在世界核電產業中的地位。這種技術和商業上的首發優勢將有可能使中國從一個核電技術引進國變成一個技術輸出大國。”清華核研院院長張作義告訴《瞭望東方周刊》。

      目前，該項目只等一紙建造許可證。經過30年的跋涉，伴隨著863計劃誕生的中國高溫氣冷堆項目走到了一個關鍵節點。

      代際之辯

      為什么有了四代還要搞三代，有了三代還要繼續搞二代？

      張作義認為，以代來劃分核電技術發展不太科學。在核電領域，代際之間并不是普遍意義上的互相替代的關系。“比如，目前占據主導地位的是二代加技術，但是三代也要建。同時，發展三代，也不是說二代加技術就要被淘汰，因為它仍然滿足目前的技術和安全標準。”

      北京大學政府管理學院教授路風也對本刊記者表示：“世界主流核電技術不是沿著一條直線發展的，一、二、三、四代這種劃分給人造成了錯覺。”

      1999年，美國政府提出了“第四代核能系統”的概念，其中對核電站的最根本要求就是要達到“固有安全”。2001年7月，美國能源部宣布成立由美國領導的的“第四代核能系統國際論壇”，推出了包括高溫氣冷堆、鈉冷快堆在內的6種第四代堆型的概念。

      高溫氣冷堆是用氦氣作冷卻劑，出口溫度高的核反應堆，除了用于發電外，還可以制氫。

      2009年9月，美國能源部發表聲明說：“下一代核電站(Next Generation Nuclear Plant，NGNP)項目將采用新型的高溫氣冷堆技術，一個設施支持多種工業應用，比如發電的同時進行石油精煉。NGNP項目將使核能利用延伸到更寬廣的工業和交通領域，降低燃料消耗和污染，并在現有的商業化輕水堆技術基礎上提高固有安全性。”

      “目前看到的壓水堆機組是龐然大物，實際上，反應堆的體積僅占約千分之一，由于反應堆過小，產生的單位熱量極大，容易發生堆芯熔化，因此需要大量的水來冷卻以確保其安全。但如果將反應堆做得足夠大，易于散熱，就無需用水冷卻就可防止堆芯熔化。高溫氣冷堆就是這種原理。”張作義解釋說。

      2009年11月，美國橡樹嶺國家實驗室對清華大學設計出的這種高溫氣冷堆做出調研報告，認為：這個反應堆最大的好處就是安全，從物理上可以完全排除三哩島和切爾諾貝利那樣的核事故，同時，由于高溫，發電效率也會比輕水堆高得多，幾乎可與火電媲美。

      中國領跑

      早在上個世紀40年代，美國就已經對這種高溫氣冷堆提出了概念，二戰后，美國橡樹嶺國家實驗室承擔了分析和實驗工作。1960年代初，美國國內停止了這一研究，將項目轉移到德國繼續進行。1967年～1990年，德國曾建造運行過使用高溫氣冷堆技術的一個實驗堆和一座示范電站。1990年代，由于德國國內綠色和平主義思想盛行，政府最終決定淘汰核能，高溫氣冷堆的項目也隨之停止。

      上世紀70年代中期起，清華核研院承擔了中國研制高溫氣冷堆的任務。曾任清華大學校長、清華核研院院長的王大中曾積極倡導這個項目。王大中、張作義等一批中國核能研究領域的頂尖人才都曾留學德國，對德國的高溫氣冷堆技術非常熟悉。

      在“863”計劃的支持下，1986年，清華大學正式開始了對高溫氣冷堆的研發。1995年，清華大學的10MW高溫氣冷實驗堆HTR-10開工建造，2003年1月實現滿功率并網發電。

      2006年1月，“大型先進壓水堆和高溫氣冷堆核電站示范工程”被列為十六個國家科技重大專項之一，工程建址山東石島灣，目標是于2013年投運。電站由兩個功率為10萬千瓦的反應堆模塊組成，并連接到一臺汽輪發電機組。美國橡樹嶺國家實驗室的研究人員福斯伯格和摩西認為：“模塊式”是清華的一個創新，這樣既可以保證安全優勢，又可以獲得批量生產核系統的經濟性。

      “相比目前的壓水堆，我們的高溫氣冷堆少了冷卻這一環節，所以系統大大簡化，這對于不擅長制造精密系統的中國工業來說是個極大的優勢，這種技術和設備全部可以實現國產化，不需要引進。另一方面，反應堆的材料主要是鋼鐵和石墨，成本低廉，同時其發熱功率大，效益高。再者，高溫氣冷堆的設備與火電站設備具有兼容性，而中國擁有強大的火電站設備制造能力。”張作義說。

      美國橡樹嶺國家實驗室指出：“如果中國成功建造了一個既提高了安全性又經濟的模塊式反應堆，在向其他國家銷售商用核反應堆方面，中國將成為世界領先者。如果這一戰略成功的話，它將領先至少10年或者更長的時間。”

      為什么中國作為一個后來者，今天已經成為一個領跑者？在張作義看來，這是一場“龜兔賽跑”。

      “由于美德的研究中斷，我們撿了時間上的便宜。而且作為國家科技重大專項，高溫氣冷堆在中國是優先發展的項目，政策的支持使我們的研究一直保持了下來。就像兔子睡著了，于是烏龜趕上去了。”張作義說。

      不過，核電技術的研發周期非常長，而兔子也總有醒的時候。2009年9月，美國能源部已將高溫氣冷堆列為美國下一代核電站的技術類型，并開始投入巨大的人力和物力。據張作義介紹，美國現在每年花1.8億美元投入研發，并組織了一個數千人的高溫氣冷堆實驗室。

      相比之下，中國的研究隊伍僅有一千人，盡管這已經是個龐大的數字，跟美國相比還遠遠落后。“美國擁有深厚的技術基礎，而我們的技術底子薄，科研經費也比他們少，我們這些年來總共的花費也就相當于他們一年的經費，可以說我們這批人是勒著褲腰帶干活的。”張作義說。

      最令張作義感到威脅的是，美國的NGNP項目已進入招標階段，通用原子公司和西屋電氣公司正在競爭。

      “美國的NGNP一旦投入就是商業電站，而不會經由實驗堆再到商用堆，現在的問題是，誰先建成商業電站，誰就能先發制人。”張作義對《瞭望東方周刊》表示。

      站在門檻邊

      在實現高溫氣冷堆的商業化方面，比張作義更為著急的可能是其合作伙伴中核建設集團公司(以下簡稱“中核建”)和華能集團。

      石島灣的高溫氣冷堆商業示范工程共催生了兩個公司：一是中核能源科技有限公司(以下簡稱“中核能源”)。中核能源是核電站核島的供應商及總承包商，2003年成立初期由清華大學控股、中核建參股，2006年中廣核入股。

      中核能源被張作義稱為“未來的西屋”(西屋電氣公司是世界著名的電工設備制造企業，1957年建成了美國第一座商用核電站，也是中國國家核電技術公司主要合作伙伴)。“電站里最重要的設備和投資都在這兒，公司的老總是我們從美國華爾街挖過來的，打算將來打入國際市場，打造一個世界級的產業模式。”

      第二個則是為石島灣核電站成立的業主公司，即由華能集團、中核建和清華大學分別以47.5%、32.5%、20%的投資比例共同建設運營的華能山東石島灣核電有限公司。

      石島灣項目原本預計在2008年至2009年之間頒發建造許可證。在2010年“兩會”期間，中核建總經理穆占英還興奮地表示，3月底4月初石島灣項目將正式開工建設。然而，據本刊記者了解，直至今日，石島灣項目仍未拿到建造許可證。

      “國家對于核電項目的批準是非常審慎的，尤其是高溫氣冷堆作為一種新技術，需要充分驗證其安全性。”一位核電業內專家對本刊記者表示。

      另一方面則是出于對核電整體布局的考慮。目前，三大核電公司(中核集團、中廣核集團、國家核電技術公司)與包括華能集團、中電投集團在內的五大發電集團角逐核電這塊上萬億的大蛋糕。此前，由于核電技術路線在“二代加”和“三代”之間爭執不下，愈演愈烈的核電“大躍進”被國家能源局暫時叫停，延緩甚至停止了核電項目的審批。

      欲速則不達。華能集團在推廣高溫氣冷堆方面的高調頗引人矚目，它對高溫氣冷堆寄予的希望非常大，不僅將一個實驗室項目變成了示范性的商業項目，并且已經開始這個技術的商業化推廣。

      石島灣高溫氣冷堆的遠期規劃中，要建成400萬千瓦高溫氣冷堆核電機組。除此之外，華能集團已經在安徽安慶成立了核電工程籌建處，準備建高溫氣冷堆核電站的商業化推廣項目。華能集團甚至設想在海南上馬高溫氣冷堆，但因為這個技術還處于實驗室階段，要到2015年才能投產發電，而海南等不及，才只好作罷，選擇了中核集團自主研發的二代技術。

      華能山東石島灣核電有限公司總經理工作部一位人士告訴本刊記者：“本來高溫氣冷堆項目計劃去年8月開工，推遲到現在卻還未開工，發改委的立項拿到了，前期的可行性研究報告和安全報告已經做完，核安全局和環保部的評審也通過了，現在就等著開工了。”

      張作義則對本刊記者透露，目前示范工程的前期工作已經準備地差不多了，項目的30%已經建成，但是核電站真正意義上的開工是“澆筑第一罐混凝土”，在沒有拿到建造許可證之前無法進行這項工作。

      “高溫氣冷堆是20萬千瓦的，而現在一個壓水堆機組就是100萬千瓦，恐怕中國未來十年間都沒有高溫氣冷堆的商用化空間。”一位不愿透露姓名的業內專家對記者表示。

      張作義則對高溫氣冷堆的商業前景十分看好。“一旦我們的示范電站運營成功，很快就會找到市場，現在已經有許多外國能源公司來洽談技術引進。”（記者張瑜）來源瞭望東方周刊)