核废料处理成本分析与新方法探索

在投资核电项目时，不能只考虑初始投资，更要量化购买、运营和处置的成本，即项目的生命周期成本(LCC)。这种方法可能会促使人们在投资时作出不同的决定。

LCC与放射性废料封装有什么关系

在评估废料封装方案时，个别因素(如容器成本)可能看起来比替代方案更便宜。但如果考虑到生命周期成本，并考虑到替代策略所提供的其他好处，它们不一定是最具成本效益的解决方案。

完整的LCC评估是一个过程，有助于评估放射性废料封装策略。这些决策过程通常以立法要求为指导，以确保核操作的风险处于“合理可行的低水平”(ALARP)，确保废料处理环境影响处于“最佳可行的环境选择”(BPEO)。这些都是在可接受的成本与所提供的效益(减少风险、最大的环境效益和最小的损害)之间进行平衡。

在项目中，早期的概念开发和设计阶段是以最低成本实现最优化解决方案的最佳机会，此时可以低成本的对设计进行大幅度改动。在项目的后期阶段，许多成本已经被“锁定”，不容易改变。“由于产品LCC的70%以上是在早期设计阶段投入的，设计者可以通过适当考虑他们的设计决策对生命周期成本的影响，来大幅降低他们所设计产品的生命周期成本”。为了在项目的这个阶段获得最大的利益，探索生命周期中的所有过程和成本要素是很重要的。

在全球范围内，大量老旧核电站正在退役。但这些工业也正在产生大量的中间废料(ILW)。这些ILW包括三大类：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);以及坚固的自屏蔽容器(RSCs)。

为了满足英国的退役处置要求，废料包必须尽量避免撞击或火灾事故，以保证核辐射不会泄露。这种容器要么在容器内有额外的混凝土屏蔽，形成一个屏蔽的废料包，要么没有混凝土屏蔽，形成一个无屏蔽的废料包。

封装后的废料可以储存在“简单”的仓库中，允许人员进入，而非屏蔽的废料包则需要设计更高的屏蔽能力的仓库和远程处理设施。准备用于封装的废料通常需要一定程度的预处理(如分类、隔离)，并设置一个封装厂来封装废料，一个封盖站来实施“密封”，以及一个用于“非屏蔽废料包”的屏蔽仓库。对于封装在混凝土屏蔽废料包中的废料，主要的区别是需要额外的设施来远程铸造混凝土屏蔽盖。

英国已经引进了新一代的废料容器，称为坚固的自屏蔽容器(RSCs)，用球墨铸铁制造。这些容器满足处置的性能要求(如冲击和火灾)，适应各种废料形式。

坚固自屏蔽容器(RSCs)好处

通过减少设备投入，在缩短计划时间和降低实施成本方面实现节约。例如，RSCs消除了对与废料包装操作、屏蔽仓库、屏蔽运输容器基础设施和远程操作相关的封装厂的需求;消除了对封装工艺漫长而昂贵的研究和开发计划。通过避免建造封装工厂和重度屏蔽仓库来节约工期，加速现场清理;通过早期检索和包装遗留废料，快速降低危害;包装与水泥封装技术不兼容的问题废料;使用容器对放射性内容物进行屏蔽。

在评估运输、储存和处置ILW的包装方案时，成本不是唯一的因素。必须考虑其他因素，如安全、技术性能(包括实用性和可行性)、社会和道德、安全和财务问题。然而，在决定包装ILW时，成本显然起着重要作用。RSCs的成本比标准容器高，但这通常只是指投资成本。

从成本的角度来看，最佳的解决方案取决于包装的体积。随着需要包装的废料量的增加，封装厂和高度工程化的仓库所增加的成本会被较低的容器成本所抵消。

对生命周期成本的进一步经济评估改变了非屏蔽包装和屏蔽废料包装(2米和4米ILW箱和6立方米的混凝土箱)的关系，但屏蔽包装仍然是最经济的选择。

以下因素影响生命周期成本评估

持续的资产维护和保养费用。

设计、建造、运行、维护和退役一个封装厂所需的成本和计划延期。

设计、建造、运行、维护和退役屏蔽库所需的成本和方案延期。

采购、维护和运行用于运输非屏蔽废料包的屏蔽运输容器(可能用于现场和场外运输)。

与处理非屏蔽废料包有关的工厂和设备的维护和运行费用。

上述讨论主要考虑了LCC评估中对屏蔽和非屏蔽箱的废料预处理和封装的可能影响。在确保包装方案的成本效益方面，同样重要的是可以包装到容器中的废料量：容器的包装效率越高，每立方米所含废料的总成本就越低。

铁是一种比混凝土更有效的屏蔽材料，因为它的密度和原子序数更高。当比较使用混凝土屏蔽的相同外部包装容积的容器，例如2米长的ILW箱和6立方米的混凝土箱，与同等的RSC相比，RSC在屏蔽效率相当的情况下，可增加约50%的废料容量。

这种额外的容量意味着RSC比混凝土屏蔽箱有以下额外的好处：

需要更少的容器、减少包装和处理操作、减少存储空间、减少运输次数(以包装体积为基础)、减少处理费用(基于包装体积);以及由于更少的容器、更少的资源使用和更少的运输操作而减少对环境的影响。

这种减少也可以帮助减少工人和公众的辐射暴露的可能。

在行业内，由于其潜在的低投资和制造成本，人们对使用混凝土箱的兴趣越来越大。然而，在生命周期评估的背景下，与混凝土相比，RSCs最初较高的成本将被平摊到生命周期内，如上所述。

在这种评估中需要考虑的另一个因素是每种技术成熟度(技术准备水平)。一个处于早期阶段的产品可能需要大量的研究和开发工作来使其成熟。还有一个基本问题是，容器是否适合拟包装的废料，例如，使用水泥基封装剂可能会在某些反应性废料中产生慢性废料演变，可能会威胁到废料包装的密封性和性能。

混凝土废料包中，废料的属性及其演变特征可能会受到很大限制。可能需要进一步投入证明混凝土包适合长期储存，然后再进行运输和处置。

可能有这样一种看法，即当整个废料管理方案中的单个项目元素比替代方案节省成本时，它代表了最具成本效益的最佳方案;当考虑该方案的LCC评估中的所有元素时，这种节省可能被证明是个伪命题。

例如，将RSCs与更传统的方法进行比较，除了成本之外，还有其他问题需要考虑。大量的废料可能会倾向于更传统的方法，即用薄壁容器进行封装。然而，正如本文所述，尽管RSCs的容器成本高于其他依靠传统方法封装废料的方案，但它们可以降低生命周期成本，同时提供加速清理的机会。对于那些不适合用混凝土进行封装和屏蔽的传统方法的废料，RSCs还具有技术优势。

平衡成本和降低风险是重要的监管驱动因素，特别是在处理遗留问题方面。考虑到实现可行的解决方案的不确定性和未来的不确定性。这些不确定性会带来项目风险，并对成本产生影响。