卢建昌 姚军芬 王光远

［收稿日期］2008-12-13

［作者简介］卢建昌，华北电力大学工商管理学院副教授，主要研究方向：电力负荷预测、规划。

［摘 要］核电燃料循环工业要满足核电可持续发展的要求，走闭合循环的技术路线可提高资源利用率,减少对铀资源的需求,对解决我国铀资源供应问题具有重大的现实意义。本文以一次通过式燃料循环和闭式燃料循环为研究基础，分析了核电燃料绿色供应链的特征，建立了核电燃料循环指标体系。

［关键词］核电燃料循环；绿色供应链；指标体系

doi:10.3969/j.issn.1673-0194.2009.13.037

［中图分类号］F272.5［文献标识码］A［文章编号］1673-0194（2009）13-0110-04

1 引 言

电力工业是国民经济中具有先行性的重要基础产业。电力必须适当超前发展，使电力系统具有必要的备用容量和足够的输配电能力，才能满足经济发展的需要。必须特别注意电力工业发展与国民经济发展相协调、中央与地方经济发展利益相协调，需要深入研究电力可持续发展的重大课题，需要处理好能源与环境的矛盾。随着能源安全、气候变暖等全球性问题的日益严重，核能的优势逐渐显现出来，并因此重新受到全球的重视。

当前世界上已经运行的绝大多数核电站,燃料利用率很低,一般只利用天然铀中 0.6%左右的能量,难以满足核电长期的可持续发展。如果实施闭合循环的技术路线,在铀钚再循环阶段,乏燃料中的铀回收复用,可使资源利用率由0.6%左右提高到 1%左右,可减少天然铀资源的消耗。实施核燃料闭合循环,乏燃料后处理排放的高放废物量比“一次通过”(将乏燃料当成废物直接进行最终处置)的乏燃料废物量要少得

多,可大大降低长寿命放射性废物的体积和潜在的放射性毒性,从而减少了废物处置所需的空间。

为了突出闭式燃料循环过程可以提高乏燃料的利用率和对环境的保护程度，本文将绿色供应链思想引入到闭式燃料循环过程中来，将闭式燃料循环过程所涉及的企业应用绿色供应链理论，形成核电燃料绿色供应链。而通过分析绿色供应链的指标体系和闭式燃料循环的特点，就可以建立核电绿色供应链指标体系。

2 核电燃料绿色供应链

闭式燃料循环与一次通过式循环不同的地方就在于各环节产生的贫铀尾料和乏燃料不直接进行填埋，而是进入后处理厂 (如图1所示)，放入增殖堆内生产可裂变材料，分离其中的235猆和239狿u，再制成MOX燃料，以实现铀的循环利用，减少铀资源消耗。

核燃料循环工业要满足核电可持续发展的要求。核能发展要满足不给人类和生态环境造成危害,为改善生态环境,实现环境的可持续发展作出贡献。

实施闭合燃料循环的意义在于:

2.1 有利于铀资源的充分利用,实现核能资源可持续发展

当前世界已经运行的绝大多数核电站,燃料利用率很低,一般只利用天然铀中 0.6%左右的能量,难以满足核电长期的可持续发展。如果实施闭合循环的技术路线,在铀钚再循环阶段,乏燃料中的铀回收复用,可使资源利用率由0.6%左右提高到 1%左右,可缓解天然铀资源的消耗。如闭合循环发展到快堆增殖循环,能把天然铀中占 99.7%的238猆也充分利用起来,使资源利用率提高到 60%左右,是铀钚再循环的60倍以上,是“一次通过”的100倍以上,可基本解决核能发展的资源可持续发展问题。由于走闭合循环的技术路线,可大幅度提高铀的资源利用率,对我国的核能发展来说,走闭合循环的技术路线是解决核燃料长期、持续、稳定、可靠供应的有效措施之一。提高资源利用率,减少对铀资源的需求,对解决我国铀资源供应问题具有重大的现实意义。

2.2 有利于环境保护与环境安全,实现生态环境的可持续发展

实施核燃料闭合循环,乏燃料后处理排放的髙放废物量比“一次通过”(将乏燃料当成废物直接进行最终处置)的乏燃料废物量要少得多,可大大降低长寿命放射性废物的体积和潜在的放射性毒性,从而减少了废物处置所需的空间。如果实施铀钚再循环,最终处置量降低为“一次通过”的1/4左右,这就是说如“一次通过”要建4个最终地质处置库,实施铀钚再循环建一个就可以了。如果实施快堆增殖循环,对高放废物进行分离,把分离出的长寿命裂变产物和次锕系核素,放到快堆中嬗变成短寿命的放射性物质,余下仍需最终地质处置的量就很少了,解决了核能发展中的环境生态可持续发展问题。

2.3 有利于提高我国核战略地位

国家核战略地位的两个主要标志:一是敏感技术的掌握和水平;二是核工业体系和核科技体系的完整性和水平。核工业的两大敏感技术:一是属核燃料循环前端的铀浓缩技术;二是属核燃料循环后端的乏燃料处理技术。伊朗的铀浓缩活动已成为国际外交斗争的焦点,表明敏感技术的掌握在国际政治外交斗争中的极端重要性。后处理技术同样是个十分敏感的技术。一个国家对敏感技术掌握的能力和水平,是这个国家核威慑力量强弱的标志。一个完整的核燃料循环工业体系,应包含从摇篮到坟墓的全过程,有前端有后端,是全面的、完整的,所包含的各个主要环节都应该有,且具有相当的水平,这样才算是保持了核大国的地位。

按核电中长期发展规划的要求,坚持走核燃料闭合循环路线,适度超前发展,不仅为保证核电发展提供核燃料支持,而且也能加快提高乏燃料后处理水平,提高核工业体系的完整性和水平,从而提高我国核大国战略地位。乏燃料后处理厂是实施闭合循环的首要的核心环节,适度超前发展,首要的就是要建立与核电加速发展相匹配的大型乏燃料处理及配套的 MOX元件制造厂。

2.4 在国际核燃料合作中发挥更大的作用

21世纪初,世界核电出现复苏迹象,许多发展中国家提出了发展核电的要求,同时为解决相应的核燃料供应问题,核扩散的危险大大增加。既要支持发展中国家发展核电的要求,又要更可靠地防止核扩散,这个矛盾如何解决,已成为世界核能发展的焦点,甚至是国际外交活动的热点。

核电燃料绿色供应链在对闭式燃料循环的研究基础上，是以核电燃料为线索，包括核电燃料原材料提供商、核电燃料制造厂、核电燃料专营商（在我国指原子能公司，原子能公司是唯一一个被国家授权的进行核燃料及其制品进出口贸易的主营公司，主要从事国际贸易、国内核电站核燃料供应及核燃料的国内国际运输）、核电厂和后处理厂所形成的链状结构。核电燃料绿色供应链与核电供应链相比最大的不同就是多了一个后处理厂，而正是这个后处理厂很显著地提高了乏燃料的利用效率，降低了乏燃料的放射性，提高了环境效益。闭式燃料循环与核电燃料绿色供应链的关系是：闭式燃料循环是核电燃料从形成到最终处置的一个过程，而核电燃料供应链是闭式燃料循环所涉及的企业形成的一个网链结构。因为目前国际上热堆燃料循环技术（包括乏燃料后处理和MOX燃料加工）已趋于成熟并已实现商用化；快堆核燃料循环（除MOX燃料制造之外）尚处于研究开发阶段，离商业应用仍需20～30年时间，所以本文中的核电绿色供应链是指热堆燃料循环所涉及的企业组成的网链结构。核电燃料绿色供应链逻辑关系如图2所示。

由图2可知，核电燃料绿色供应链正链是由核电燃料原材料供应商、核电燃料制造厂、核电燃料专营商和核电厂组成的链状结构。核电绿色供应链逆链是指从核电厂、后处理厂和核电燃料制造厂组成的链状结构。

3 核电绿色供应链指标体系

本文指标体系设计主要从以下方面考虑：以一次通过式燃料循环和闭式燃料循环为研究对象，根据铀矿开采、铀浓缩、燃料组件制造、核电站建造与运营、核设施退役和乏燃料后处理的核电开发流程，分析比较两种燃料循环各环节的安全性、环境效益、可持续发展、公众接受性和成本的评价指标。指标体系的建立解决了核电经济性评价的流程特殊性问题，全面分析了核电社会性成本的影响因素，为以后进一步确定相关指标的数量关系，建立完善的核电经济性评价系统奠定了基础。

核电燃料绿色供应链的影响因素包括：

（1）激励因素或动机。一次通过式燃料循环是最简单的核燃料循环方案。但该方案存在如下问题：①铀资源问题。根据最新公布的数据，地球上已知常规铀资源(开采成本低于130美元/千克)的铀储量为459万吨。按目前全世界核电站的燃料使用规模(6万～7万吨/年)，这些铀资源仅能使用60~70年。当然，随着勘探技术的改进，今后有可能发现更多的经济可开采的铀资源，但其总量毕竟有限。“一次通过”循环方式的铀资源利用率低于1％，而作为废物处置的乏燃料中仅有 3%~4%为高放废物(裂变产物(FP)及次锕系核素(MA))，96%~97%为可利用的铀和钚，将乏燃料中大量的资源与少量的废物一起直接处置，将不仅大大增加废物处置体积，还将浪费宝贵资源。②环境安全问题。由于乏燃料中包含了所有的放射性核素，要在处置过程中衰变到低于天然铀矿的放射性水平，需要10万年以上。所以，一次通过式燃料方式对环境安全的长期威胁极大，不符合核能可持续发展战略。

（2）障碍性因素。阻碍绿色供应链运作的因素主要包括：由于采取更有效的环境保护措施使得成本上升；环境意识缺乏、不明确的环境标准及供应链内成员间烦琐的报告要求而导致沟通的冲突；企业具有竞争优势的技术及商业机密存在泄露的风险；由于对技术创新缺乏保护及供应链内成员间知识与技术水平的不一致而产生的技术与知识障碍；供应商数量的减少和组织文化的一致性使供应链的柔性降低。

本文首先参考了大量文献中关于核电和绿色供应链方面的内容，然后按一般情况下指标体系制定的原则、方法，调研了一些专家观点和大量的数据、文字资料，再按照指标体系分析理论建立了核电绿色供应链指标体系，构建了经济性指标、公众指标、可持续发展指标、环境效益指标和安全性指标。

3.1 经济性指标

(1)正链成本降低率：正链成本降低量指采用闭式燃料循环较之一次通过式燃料循环在供应链正链中减少的铀矿开采、铀浓缩、核燃料运输以及相关风险成本等。正链成本降低率=正链成本降低率/一次通过式燃料循环正链成本。

（2）逆链成本降低率：逆链成本降低量指采用闭式燃料循环较之一次通过式燃料循环在供应链逆链中减少的由于乏燃料最终处理造成的最终处理成本及相关的风险成本等。逆链成本降低率=逆链成本降低量/一次通过式燃料循环逆链成本。

（3）环境成本降低率：指由于采用闭式燃料循环较之一次通过式燃料循环可避免的环境成本。

3.2 公众指标

（1）公众绿色认同度：指公众对采用闭式燃料循环在环境保护、辐射深度与广度方面有效控制等的认同度。

（2）开发技术成熟度：指核电闭式燃料循环技术的成熟程度。

（3）能源安全保证能力：指采用闭式燃料循环能源。

3.3 可持续发展指标

（1）员工稳定程度：指员工对企业的满意程度而造成的员工流失率。

（2）经济贡献率：对当地经济稳定发展的贡献。

（3）资源可获得的稳定性：指核电需要的核燃料资源可获得的稳定性。

3.4 环境效益指标

乏燃料又称辐乏燃料，是指在反应堆内烧过的核燃料。核燃料在堆内经中子轰击发生核反应，经一定时间从堆内卸出。它含有大量未用完的可增值材料┆238猆或232猅h，未烧完的和新生成的易裂变材料┆239狿u、┆235猆或233猆以及核燃料在辐照过程中产生的镎、镅、锔等超铀元素，另外还有裂变元素90猄r、137狢s、99猅c等。经过冷却后把有用核素提取出来或把乏燃料直接贮存。

核燃料一经在核电厂使用发电后，即成为“乏燃料”并等待进一步处理，或者送往后处理设施从废物中回收其中所含的铀和钚，或者存放在中间贮存设施或放入“最终处置库”进行最终处理。

（1）核废料最终处置降低率：指闭式燃料循环较之一次通过式燃料循环最终处置降低量占一次通过式燃料循环的最终处置量的比例。

（2）乏燃料放射性降低率：指闭式燃料循环产生的乏燃料（惰性气体、卤素、气溶胶、氚、其他核素、固态排出物等）较之一次通过式燃料循环产生的乏燃料放射性的减少量与一次通过式燃料循环产生的污染物放射性的比例。

（3）职业辐射降低率：指闭式燃料循环产生的职业辐射较之一次通过式燃料循环产生的职业辐射的减少量与一次通过式燃料循环产生的职业辐射的比例。

（4）公众风险降低率：指闭式燃料循环产生的公众风险较之一次通过式燃料循环产生的公众风险的减少量与一次通过式燃料循环产生的公众风险的比例。

（5）乏燃料铀再利用率：指闭式燃料循环产生的乏燃料中的铀经过回收再利用的比例。

(6)乏燃料钚再利用率:指闭式燃料循环产生的乏燃料中的钚经过回收再利用的比例。

3.5 安全性指标

（1）职业辐射：指核电燃料链对员工产生的辐射照射。

（2）公众辐射安全：指核燃料循环过程中公众所能接受的辐射剂量安全限值。

（3）防止核事故能力：

核电供应链循环过程中的防治职业辐射、公众辐射和对环境的损害等的能力。

一般来说，在核设施（例如核电厂）内发生了意外情况，造成放射性物质外泄，致使工作人员和公众受到超过或相当于规定限值的照射，则称为核事故。显然，核事故的严重程度可以有一个很大的范围，为了有一个统一的认识标准，国际上把核设施内发生的有安全意义的事件分为7个等级。较高级别（4~7级）的定为事故，较低级别的（1~3级）定为事件，对不具有安全意义的事件定为0级。以控制事故发生的百分比为计算依据。

（4）防止核扩散能力：防止各种丰度的铀在浓缩、运输和存储过程中失窃的能力。以控制核扩散的百分比为计算依据。

（5）严重堆熔概率（CDF）：核电站最严重的事故就是反应堆熔了，这时候外面的安全壳会把熔堆后的放射性气体、氢气、堆芯熔融物包容起来而不会释放到环境。严重堆熔概率就是反应堆堆熔发生的概率。

（6）防止核事件能力：国际上把核设施内发生的有安全意义的事件分为7个等级。较高级别（4~7级）的定为事故，较低级别的（1~3级）定为事件。防止核事件能力指的是防止核设施内发生较低级别事件的能力。

主要参考文献

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