日本政府于 2019 年 6 月 7 日發布了《能源白皮書 2019》,在內閣會議上通過了 2018 年度版能源報告。白皮書主要介紹了日本的能源狀況及措施,其中核能相關部分內容主要是對日本的能源政策、核電現狀、核燃料循環體系以及核設施退役狀況進行了詳細說明。

1 日本能源政策及核電現狀
日本制定了2030年度將在2013年度的排放水平上減排26%的目標,截止 2016 年度已經實現減排 7%。在日本溫室氣體的排放構成中,CO 2 占比 92%,這其中 50%的 CO 2 是由于發電排放的,這個比例相對于其他國家來說較高。因此,推進非化石能源發電、實現低碳化,是日本能源發展的緊要課題。
日本預期在其 2030 年的電力結構中,核電應占比 20%~22%。截至 2019 年 4 月,日本共 9 座核電站實現重啟。為了實現發展目標,日本將繼續在安全第一的前提下,持續推進核電站的重啟工作以及核能領域的技術創新。
在核電裝機容量方面,截至 2019 年 1 月,日本核電裝機容量位列世界第四位,前三位依次為美國、法國和中國。
在核電發電份額方面,2010年度日本核電發電份額為25.1%,2011 年度為 9.3%,2012 年度為 1.5%,2013 年度為 0.9%,2014年度由于核電站全部停運降至 0%。隨著核電重啟,2017 年度日本核電發電份額回升至 3.1%。
另外,日本核電設備利用率在 2010 年度為 67.3%,2013 年度為 2.3%,2014 年度為 0%。核電站重啟后,2015 年度為 2.5%,2016 年度為 5.0%,2017 年度為 9.1%,2018 年度升至 19.3%。圖 1 所示為日本核電設備利用率的變化情況。
? 日本核電機組的主要堆型為輕水堆(LWR)。截至 2019 年 3月,除去已經決定退役的機組,日本國內共有20座沸水堆(BWR)和17座壓水堆(PWR)。其他類型的反應堆包括:日本原子能研究開發機構(JAEA)運營的“文殊堆”(已于 2016 年 12 月決定退役)以及 JAEA 和各大學運營管理的“常陽堆”等研究堆。
2 日本核燃料循環現狀
日本將推進核燃料循環作為基本方針。從資源有效利用、高放廢物減容和降低毒性的觀點出發,對乏燃料進行后處理并對回收的钚進行有效利用。
2.1 乏燃料問題的解決措施
2.1.1 放射性廢物處置
核電站低放廢物的相關處置工作,需由各核電運營方負責推進。截至 2018 年 3 月,日本全國各核設施運行及退役所產生的低放廢物貯存量,換算成容量為 200 L 的大圓鐵桶約合 115萬個。日本原燃公司于 1992 年 12 月在青森縣六所村的低放廢物掩埋設施進行作業,截至 2018 年 3 月末共掩埋約 30 萬桶低放廢物。此外,隨著 JAEA 動力試驗(JPDR)的退役,產生了約 1 670 噸的低放廢物,并在茨城縣東海村的廢物掩埋實地試驗設施中進行了淺地表溝渠處理。
截至 2018 年 3 月末,JAEA 和日本原燃公司共貯存了 15.7萬桶(容量為 200 L,下同)超鈾廢物(TRU),這些廢物來自后處理設施和 MOX 燃料加工設施所產生的低放廢物中。
截至 2017 年 3 月末,來自鈾濃縮設施和鈾燃料成型加工設施中所產生低放廢物的鈾廢物貯存量約 10 萬桶,其中民間鈾燃料加工業者貯存了約 4.4 萬桶、日本原燃公司約 1 萬桶、JAEA約 5 萬桶。
發電后產生的乏燃料將作為高放廢物進行玻璃固化處置,再經過 30~50 年左右的冷卻貯存,然后被處臵于地下 300 米或更深的地層中。目前,日本國內的乏燃料后處理工作是在 JAEA核燃料循環工學研究所的后處理設施中進行,國外的乏燃料后處理是委托給英國和法國進行。截至 2018 年 3 月末,日本國內和海外后處理產生的高放廢物玻璃固化體共計 2 482 件,貯存于青森縣六所村和茨城縣東海村。若將截至 2018 年 3 月末的所有核電站乏燃料都進行后處理,其高放廢物換算成玻璃固化體的數量大約有 24 800 件。針對此類高放廢物的處置,日本政府負責推進相關處臵措施,已于 2017 年公布了高放廢物地質處置“科學特征圖”,標注了全國范圍內適合掩埋高放廢物的區域。為了推進國民對地質處置和日本地下環境的理解,日本政府正在全國各地舉辦說明會等相關對話交流活動。
2.1.2 乏燃料中間貯存
日本可再循環燃料貯存公司(RFS)于 2010 年 8 月在青森縣陸奧市開始建造一座乏燃料中間貯存設施,并于 2013 年 8 月竣工。2014 年 1 月,RFS 向原子能管制委員會(NRA)提交了關于該設施是否符合新安全標準的審查申請,目的是希望該設施可以在 2021 年度投入運行。
2.1.3 放射性廢物減容和降低毒性
快堆不僅可以增殖燃料,還可以燃燒次錒系元素等長壽命核素,是能夠實現放射性廢物減容和降低毒性的有效技術。目前日本正與法國進行鈉冷示范快堆(ASTRID)的相關合作,2018年度投資了 51 億日元作為快堆國際合作技術開發委托費,以獲取快堆研發相關最新的設計和技術。
另外,日本政府也在 2018 年度投資了 4 億日元用于放射性廢物玻璃固化技術的基礎研究工作。
2.2 核燃料循環工程
冶煉。日本主要從加拿大、澳大利亞、哈薩克斯坦等地采購鈾礦石。目前日本國內尚未開展冶煉工程。
轉化。日本將此工序委托給海外的鈾轉化公司。
濃縮。日本原燃公司鈾濃縮工廠已于 2017 年 5 月完成新安全標準審查。由于離心機濃縮廠停產,故目前設施年產能為 450噸分離功(SWU),今后工廠將階段性地將所有設備更新為新型離心機。另外,從 2017 年 9 月起,由于提高安全性和新型離心機更新工程等原因,每年會自主停運,減產 75 噸 SWU。
再轉化。日本只有三菱原子燃料公司(位于茨城縣東海村)進行再轉化工作。其余部分會委托給國外的再轉化工廠。
成型加工。日本大部分的燃料成型加工工作是在國內的成型加工工廠中進行。
后處理。日本原燃后處理事業所位于日本青森縣的六個所后處理設施(年間最大處理能力為 800 噸)預計 2021 年財年上半年完工。
MOX 燃料加工。位于日本青森縣的六個所 MOX 燃料加工工廠預計 2022 年財年上半年完工。
钚的管理和利用。日本秉持“不持有無利用目的的钚”的原則,每年公布钚的管理狀況和利用計劃,逐漸減少钚的持有量。另外,日本將在全國 16~18 座輕水堆中進行钚熱利用。
3 核設施退役情況
日本自上世紀五十年代開始利用核能,如今已過去60余年,一部分核設施面臨退役問題。核電站退役拆除產生的廢物總量,若以 110 萬 kW 級的輕水堆來算,約為 49~54 萬噸,如何恰當地處理這些廢物十分重要。
運行和拆卸過程所產生的廢棄物中,不需要作為放射性物質處理的東西可先進行放射性測量,以確保其安全以及能通過政府檢查。其中可重復利用的物質可以進行回收,其余將作為工業廢物來處理。經政府檢查后,57 座退役設施的低放廢物(LLW)總量約 45 萬噸,約占廢物總量的 2%。其中,如堆內構造物等“放射性水平較高”的 LLW 約 8 000 噸,約占廢物總量的 0.04%;可在淺地層中處置的“放射性水平相對較低”的 LLW 約 6 萬噸,約占廢物總量的 0.3%;可進行淺地層溝渠掩埋處置的“放射性水平極低”的 LLW 約 38 萬噸,約占廢物總量的 1.9%。
日本正在循序開展核設施退役工作。1998 年東海核電站停運并進入退役階段,動力試驗堆(JPDR)于 1996 年 3 月按照計劃完成拆卸。處于研究開發階段的發電堆“普賢”于 2003 年停運,2008 年退役申請獲批。2009 年 1 月,濱岡核電站 1、2 號機組停運,同年 11 月退役申請獲批。2011 年 3 月核事故后,福島第一核電站 1~6 號機組宣布退役。2015 年 4 月,敦賀核電站1 號機組、美濱核電站 1、2 號機組、島根核電站 1 號機組、玄海核電站 1 號機組停運。2018 年 3 月大飯核電站 1、2 號機組,5 月伊方核電站 1 號機組,11 月女川核電站 1 號機組分別停運。另外在 2018 年 6 月,東京電力公司表明了福島第二核電站的退役意愿,并于 2019 年 7 月 31 日正式宣布其退役。此外,2016
年 12 月,日本政府正式宣布退役其原型快堆“文殊”。
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