核廢料處理成本分析與新方法探索

在投資核電項目時，不能只考慮初始投資，更要量化購買、運營和處置的成本，即項目的生命周期成本(LCC)。這種方法可能會促使人們在投資時作出不同的決定。

LCC與放射性廢料封裝有什么關系

在評估廢料封裝方案時，個別因素(如容器成本)可能看起來比替代方案更便宜。但如果考慮到生命周期成本，并考慮到替代策略所提供的其他好處，它們不一定是最具成本效益的解決方案。

完整的LCC評估是一個過程，有助于評估放射性廢料封裝策略。這些決策過程通常以立法要求為指導，以確保核操作的風險處于“合理可行的低水平”(ALARP)，確保廢料處理環(huán)境影響處于“最佳可行的環(huán)境選擇”(BPEO)。這些都是在可接受的成本與所提供的效益(減少風險、最大的環(huán)境效益和最小的損害)之間進行平衡。

在項目中，早期的概念開發(fā)和設計階段是以最低成本實現最優(yōu)化解決方案的最佳機會，此時可以低成本的對設計進行大幅度改動。在項目的后期階段，許多成本已經被“鎖定”，不容易改變。“由于產品LCC的70%以上是在早期設計階段投入的，設計者可以通過適當考慮他們的設計決策對生命周期成本的影響，來大幅降低他們所設計產品的生命周期成本”。為了在項目的這個階段獲得最大的利益，探索生命周期中的所有過程和成本要素是很重要的。

在全球范圍內，大量老舊核電站正在退役。但這些工業(yè)也正在產生大量的中間廢料(ILW)。這些ILW包括三大類：非屏蔽ILW容器(如500升的桶和3立方米的箱子或桶);屏蔽ILW容器(如2米和4米的ILW箱和6立方米的混凝土箱);以及堅固的自屏蔽容器(RSCs)。

為了滿足英國的退役處置要求，廢料包必須盡量避免撞擊或火災事故，以保證核輻射不會泄露。這種容器要么在容器內有額外的混凝土屏蔽，形成一個屏蔽的廢料包，要么沒有混凝土屏蔽，形成一個無屏蔽的廢料包。

封裝后的廢料可以儲存在“簡單”的倉庫中，允許人員進入，而非屏蔽的廢料包則需要設計更高的屏蔽能力的倉庫和遠程處理設施。準備用于封裝的廢料通常需要一定程度的預處理(如分類、隔離)，并設置一個封裝廠來封裝廢料，一個封蓋站來實施“密封”，以及一個用于“非屏蔽廢料包”的屏蔽倉庫。對于封裝在混凝土屏蔽廢料包中的廢料，主要的區(qū)別是需要額外的設施來遠程鑄造混凝土屏蔽蓋。

英國已經引進了新一代的廢料容器，稱為堅固的自屏蔽容器(RSCs)，用球墨鑄鐵制造。這些容器滿足處置的性能要求(如沖擊和火災)，適應各種廢料形式。

堅固自屏蔽容器(RSCs)好處

通過減少設備投入，在縮短計劃時間和降低實施成本方面實現節(jié)約。例如，RSCs消除了對與廢料包裝操作、屏蔽倉庫、屏蔽運輸容器基礎設施和遠程操作相關的封裝廠的需求;消除了對封裝工藝漫長而昂貴的研究和開發(fā)計劃。通過避免建造封裝工廠和重度屏蔽倉庫來節(jié)約工期，加速現場清理;通過早期檢索和包裝遺留廢料，快速降低危害;包裝與水泥封裝技術不兼容的問題廢料;使用容器對放射性內容物進行屏蔽。

在評估運輸、儲存和處置ILW的包裝方案時，成本不是唯一的因素。必須考慮其他因素，如安全、技術性能(包括實用性和可行性)、社會和道德、安全和財務問題。然而，在決定包裝ILW時，成本顯然起著重要作用。RSCs的成本比標準容器高，但這通常只是指投資成本。

從成本的角度來看，最佳的解決方案取決于包裝的體積。隨著需要包裝的廢料量的增加，封裝廠和高度工程化的倉庫所增加的成本會被較低的容器成本所抵消。

對生命周期成本的進一步經濟評估改變了非屏蔽包裝和屏蔽廢料包裝(2米和4米ILW箱和6立方米的混凝土箱)的關系，但屏蔽包裝仍然是最經濟的選擇。

以下因素影響生命周期成本評估

持續(xù)的資產維護和保養(yǎng)費用。

設計、建造、運行、維護和退役一個封裝廠所需的成本和計劃延期。

設計、建造、運行、維護和退役屏蔽庫所需的成本和方案延期。

采購、維護和運行用于運輸非屏蔽廢料包的屏蔽運輸容器(可能用于現場和場外運輸)。

與處理非屏蔽廢料包有關的工廠和設備的維護和運行費用。

上述討論主要考慮了LCC評估中對屏蔽和非屏蔽箱的廢料預處理和封裝的可能影響。在確保包裝方案的成本效益方面，同樣重要的是可以包裝到容器中的廢料量：容器的包裝效率越高，每立方米所含廢料的總成本就越低。

鐵是一種比混凝土更有效的屏蔽材料，因為它的密度和原子序數更高。當比較使用混凝土屏蔽的相同外部包裝容積的容器，例如2米長的ILW箱和6立方米的混凝土箱，與同等的RSC相比，RSC在屏蔽效率相當的情況下，可增加約50%的廢料容量。

這種額外的容量意味著RSC比混凝土屏蔽箱有以下額外的好處：

需要更少的容器、減少包裝和處理操作、減少存儲空間、減少運輸次數(以包裝體積為基礎)、減少處理費用(基于包裝體積);以及由于更少的容器、更少的資源使用和更少的運輸操作而減少對環(huán)境的影響。

這種減少也可以幫助減少工人和公眾的輻射暴露的可能。

在行業(yè)內，由于其潛在的低投資和制造成本，人們對使用混凝土箱的興趣越來越大。然而，在生命周期評估的背景下，與混凝土相比，RSCs最初較高的成本將被平攤到生命周期內，如上所述。

在這種評估中需要考慮的另一個因素是每種技術成熟度(技術準備水平)。一個處于早期階段的產品可能需要大量的研究和開發(fā)工作來使其成熟。還有一個基本問題是，容器是否適合擬包裝的廢料，例如，使用水泥基封裝劑可能會在某些反應性廢料中產生慢性廢料演變，可能會威脅到廢料包裝的密封性和性能。

混凝土廢料包中，廢料的屬性及其演變特征可能會受到很大限制?？赡苄枰M一步投入證明混凝土包適合長期儲存，然后再進行運輸和處置。

可能有這樣一種看法，即當整個廢料管理方案中的單個項目元素比替代方案節(jié)省成本時，它代表了最具成本效益的最佳方案;當考慮該方案的LCC評估中的所有元素時，這種節(jié)省可能被證明是個偽命題。

例如，將RSCs與更傳統(tǒng)的方法進行比較，除了成本之外，還有其他問題需要考慮。大量的廢料可能會傾向于更傳統(tǒng)的方法，即用薄壁容器進行封裝。然而，正如本文所述，盡管RSCs的容器成本高于其他依靠傳統(tǒng)方法封裝廢料的方案，但它們可以降低生命周期成本，同時提供加速清理的機會。對于那些不適合用混凝土進行封裝和屏蔽的傳統(tǒng)方法的廢料，RSCs還具有技術優(yōu)勢。

平衡成本和降低風險是重要的監(jiān)管驅動因素，特別是在處理遺留問題方面?？紤]到實現可行的解決方案的不確定性和未來的不確定性。這些不確定性會帶來項目風險，并對成本產生影響。