2019年11月美國核電廠除役實錄

2019年11月美國核電廠除役實錄

美國核電廠除役實錄

文 編輯室

根據我國原子能委員會今(2019)年8月統計,全世界有23 座核電廠已獲准終止電力公司對電廠所有權的執照,其中16 座位於美國,這為美國核能產業提供獨特的機會,學習、發展出實際執行除役的成功經驗。通常核電廠規劃除役的時程約20–30年,但美國錫安(Zion)核電廠僅僅花費9年時間,就將廠區復原成綠地,比原訂時間表整整提早13 年,節省70%的預算。該廠寶貴的經驗足以提供我國參考。
早期美國核電廠進行除役時,核工業界在這方面的經驗很少,經過至少30 年不斷研發、應用大量的經驗與教訓後,累積出合適的實踐方法,包括成功的技術、計畫、資源管理、廢棄物管理、管制機構與利害關係人的管理等。這些成功與失敗的經驗代價高昂,但是提供了現今美國成功執行除役與除污計畫的基本指導原則。
然而,經驗是無可替代的。沒有經驗,就必須經歷美國核工業界承受過的學習歷程,花費相同的成本。核電廠除役需要一個經驗豐富的管理團隊,協助開發、管理成本與時程、處理不斷出現的問題、提供新的商品和服務供應鏈、重新調整勞動力等,不過,首要任務是確保安全和遵守相關法規。此外,在面對管制機構和利害關係人不斷調整的要求與期望下,還能執行上述這些任務。在網際網路上搜尋、閱讀如何除役一座核電廠的相關資訊,或許可以看到其他人的成功案例,以及他們使用的工具與設備,但卻無法獲得做到這一切的技能,電廠自己若無法執行就需要請專業人員來執行。

美國錫安核電廠除役(圖片來源:EnergySolutions 公司提供)

與核電廠的興建、運轉相比,除役需要不同的技術、經驗與組織型態。美國已經開發出新的商業模式,將除役責任轉移到具有專業技術、組織文化與經驗的公司,具有成本效益、安全且合乎規範的除役作業在美國已被證實可行。藉由這種方法,EnergySolutions 公司以不到10 億美元的經費完成錫安核電廠兩座108.5 萬瓩壓水式反應爐的拆除與廠址復原作業,並且在短短9 年內達成,比電廠的預計時程提前13 年,節省70%的預算。現在錫安電廠廠址即將成為綠地,未來可無限制使用。EnergySolutions 公司主導的其他除役案例如下:
• 美國La Crosse 核電廠,5 萬瓩沸水式反應爐。
• 英國18 座鋁鎂鈹(MAGNOX)反應爐(2008-2014 年)。
• 美國Big Rock Point 核電廠,6.7 萬瓩沸水式反應爐。
EnergySolutions 公司參與協助其他主要部分的案例:
• 美國Rancho Seco 核電廠,91.3 萬瓩沸水式反應爐(反應爐建築物內部鋼筋混凝土拆除、清理與處理廢棄物)。
• 日本福島第一核電廠(除污與除役諮詢服務、污水處理系統的配置與操作)。
• 日本敦賀核電廠1 號機,35.7 萬瓩沸水式反應爐(與日本原子力發電公司進行經驗交流、協助日本最早BWR 的拆除與除役最佳化)。

在過去的5 年中,EnergySolutions 公司與日本原子力發電公司合作,確認了美國經驗可以轉移到日本。根據各階段除役的需求,EnergySolutions 公司提供了美國重要的經驗與教訓:
規劃與技術考量
除役初期階段面臨到的問題:
• 工作人員心態的調整—需要從發電業務轉變為除役/ 廢棄物管理。
• 開發除役階段的新廠商。
• 採用最適合的除役方法與技術。
• 尋求放射性廢棄物的處理方案。
• 規劃不同用途的輻射安全防護措施。
• 理解、配合管制機構和利害關係人的要求與期望,並研擬出因應方案。
• 在還沒有高放射性廢棄物處置設施的情況下,移除用過核燃料並進行貯存。
• 在有限的資金範圍內進行除役工作。

放射性廢棄物處理
核電廠的除役會產生大量的放射性廢棄物,美國早期的廢棄物處理費用非常昂貴,且處理設施的容量極其有限,因此需要開發許多減容技術,將廢棄物數量最小化。這些技術不僅減少了需要處理的廢棄物容量,甚至可以完全消除掉廢棄物。美許多廢棄物最小化技術可以技術移轉,可降低廠內儲存空間的需求,等到國家級廢棄物處置設施完工運轉後,除役計畫即可受益。
針對除役作業產生的放射性廢棄物,必須制訂明確的接收標準,這是任何成功的除役團隊都會學到的重要課題。基本上,除役計畫就是放射性廢棄物管理的執行計畫,所有放射性廢棄物的產生方式與處理作業,都必須與最終處置的做法一致;如果不是,材料會被不必要地切割、處理和包裝,以後很可能需要重新處理和包裝。電力公司希望推動除役計畫是可以理解的,但重要的是這些計畫與最終的放射性廢棄物處置方式應完全一致。美國學到的重要經驗,就是必須制訂有利於除役目的的放射性廢棄物接收標準,才不會對人或環境增加風險。運轉期間的放射性廢棄物數量,通常不需要特別具有成本效益的處置方案。然而,即使將放射性廢棄物有效的減容至最小化,除役仍會產生大量的放射性廢棄物。在美國,這些放射性廢棄物數量及其管理占除役總成本的50%以上。因此,放射性廢棄物產生者、管制機構和處置設施運轉者之間,共同合作建立符合除役需求的新接收標準,是非常有效益的做法。

美國錫安核電廠拆除作業(圖片來源:EnergySolutions 公司提供)

拆除/ 除污技術
許多核工業界人士著迷於採用新穎的技術,並盡可能地利用遠端遙控和自動化技術。然而,EnergySolutions 公司從經驗中學到了避免使用未經證實的創新方法和技術,因為這樣做會增加整體計畫的風險,提高成本且延遲進度,通常也會增加工作人員的輻射曝露劑量,他們採用的方法是盡可能使用簡單且成熟的切割技術。
該公司建議盡量減少使用機器人,因為完全由機器人操控的作業,往往需要經常維護並且不太可靠。若需要遠端切割的操作,應由經過培訓且經驗豐富的工作人員控制。該公司使用機械切割法進行水下反應爐內部的拆解,而不是會產生碎片、影響水質、降低能見度的氣體切割法。對於不需要水下切割的系統、結構或組件(SSC),則運用火焰切割或鑽石線鋸切割等方法,以減小元件的尺寸,成效已經獲得證明,而不是使用極為耗時的手持鋸子/ 工具。
用過核燃料貯存
在美國,由於還沒有國家級用過核燃料最終處置場,也缺乏再處理的能力,因此必須開發用過核燃料於電廠內貯存,稱為「獨立用過燃料貯存設施(ISFSI)」。從反應爐安全容器廠房中移除高放射性物質,是核電廠除役初期的關鍵工作,也是改變電廠風險等級的重要步驟,可立即降低執行作業的複雜性和成本。除役計畫管理與掌控除役計畫的管理仰賴於經驗豐富的計畫經理人,他們運用經過驗證的系統與工具來指導、管理、執行、監管、控制、報告和回應整個除役作業,並滿足設定的除役目標。經驗豐富的除役承包商會不斷評估、改進管理流程,以使每個除污與除役計畫更有效益。
藉由共同的「工作分解結構(Work Breakdown Structure, WBS)」開發出詳細的計畫基準範圍、進度與成本估算,WBS 會定義所有的工作項目以及所需資源和方法,包括工作人力、設備、材料與物品、分包合約、差旅與生活費用等。
透過組織、溝通和分配除役「工作包(Work Packages)」的過程,建立有效且定義明確的工作控制程序,這將有助於執行除役作業。

工作包是定義需完成的工作、先決條件、方法與具體的說明,以便現場工作人員知道該做什麼,如何有效且安全的完成工作,要開發的工作包應與規劃階段所制訂的WBS 一致。在調動大量除役工作人員到現場之前,規劃團隊應該先開發出足夠數量的工作包,以確保工作人員到了現場不需耗時等待,可使他們的時間與生產力得到優化。

美國錫安核電廠ISFSI 設施(圖片來源:EnergySolutions公司網站)

除役計畫管理中的風險管理(圖片來源:EnergySolutions 公司)

 

上述這些都是真實且必要的,許多人會說這是成功管理核電廠除役計畫所需的全部。但是,除役作業與傳統、可預測的作業之間有重大的差異,除役作業的風險更大,傳統型的作業側重於作業範圍、成本和進度,但在不可預測的計畫中,風險是計畫管理模型中的主要組成部分。就其性質而言,這些計畫是藉著有限的產業經驗所發展而成的基礎,且受到更多不確定性和不可預測性的影響。該公司已開發出一種方法和管理在這種高風險環境中除役作業所必需的工具,此方法已成功在錫安核電廠得到證明(見上圖)。

遵守管制法規
在除役期間,遵守所有地方、州和國家法規,放射性廢棄物清除以及電廠和放射性物質的保護都很重要,沒有一項可以妥協,唯一可以討論的是如何遵守規定。在許多情況下,如何遵守法規可能會和法規的內容相混淆。美國管制法規的許多框架都是為運轉核電機組而建立的,但是,除役的要求和涵蓋事故(bounding accident) 條件與運轉中的要求和條件有很大不同。因此,遵守法規的方式應隨著朝向除役的轉變而調整。
舉一個簡單的例子,放射性廢棄物從包裝在桶中,然後放在更大的容器中,最後成為不包裝、完整的大型組件,都能符合管制法規的要求。關鍵的一步是調整與管制機構的關係,管制機構也在學習如何因應從運轉到除役的改變,他們必須調整放射性廢棄物的分級方法,這只有透過電力公司和管制機構之間一定程度的合作才能適度地執行。然而,我國的電力公司與管制機構面臨了下列問題:

1. 放射性廢棄物處置設施的選址、許可和運轉,以及處理除役期間產生的大量放射性廢棄物的監管系統尚未完全建立。對最終處置設施和管制限制,包括對所有放射性廢棄物(L1,L2 和L3 廢棄物)的含量與廢棄物接收標準,仍有不確定性。
2. 管制機構可能還不確定如何針對工作人員從核電廠正常運轉到除役作業之間,在思維模式上的轉換進行監督和檢查。
3. 除役任務的規定與要求水平,應該符合新任務的風險概況而有所不同。

與利害關係人的關係
與利害關係人之間的關係是否良好,對除役計畫的成功至關重要,不和諧的關係將導致除役計畫出現重大困難,可能會造成成本上升和進度下滑。和利害關係人進行溝通,首先需要確定因為放射性廢棄物中期貯存、處理和最終處置而受到影響的組織和團體有哪些,還必須處理核電廠從運轉到除役狀態的改變,為地區所帶來的影響。

與利害關係人和社區接觸的目標是:
• 展現對該地區被影響的同理心,並協助他們度過除役這段過渡期。
• 與社區和利害關係人建立良性關係。
• 保持公眾的信心。
• 及時回應利害關係人的需求,並提供準確的資訊。
• 盡量減少阻止或延遲計畫進度且增加成本的爭議。
• 保護除役團隊的聲譽。
• 隨時瞭解與除役計畫有關的潛在公共事務議題或問題。
在美國,許多電力公司和除役承包商已經瞭解到,建立一個由當地公民、地方政府官員、意見領袖、社會運動者和環保組織代表所組成的「社區諮詢小組(CAPs)」,可以有效地接收各種想法,並幫助業者瞭解和解決計畫期間出現的問題。

運送放射性廢棄物貯存容器(圖片來源:EnergySolutions 公司網站)

與利害關係人溝通的屬性(圖片來源:EnergySolutions 公司)

在Zion、La Cros se 和SONGS這3 座核電廠除役與除污計畫期間,EnergySolutions 公司與電力公司合作設立社區諮詢小組,協助設立主題、議程、會議頻率,提供適當的管理人員與技術面議題專家(Subject Matter Experts,SMEs) 人選,以確保能獲得民眾和管制機
構的回饋。會議通常每季舉行一次,除非有計畫變更或出現更有趣的主題領域,就會較頻繁地舉行。EnergySolutions 公司在初期就會和附近城鎮的工會、地方官員,針對預期的活動、對社區的影響、當地分包商和工會人員在除役計畫上潛在的工作機會,以及其他問題先進行溝通。在除役計畫中,需提供足夠的資訊,以便及時獲得所需的當地許可。該公司確認了除役對當地野生動物(包括瀕危物種)的影響,並以負責任的方式保護或遷移任何受影響的物種。此外,為關鍵的公眾人物安排電廠參訪之旅,提供計畫執行的第一手資料。

上圖顯示了電力公司/ 除污與除役承包商與其利害關係人之間,有效溝通和參與方法的屬性。
最終,這種高參與度和透明度的溝通,對電力公司、供應商/ 承包商、民眾與管制機構都有利,對除役和放射性廢棄物的目標達成共識,獲得了彼此的信任,而提高計畫和決策的效率。

寶貴的經驗
憑藉30 多年的商用核電廠除役和放射性廢棄物管理經驗,EnergySolutions 公司整合許多核工業、管制機構(例如美國核能管制委員會),及自己的經驗教訓,應用於當前和未來的除役計畫。這些經驗與教訓牽涉的層面廣泛,並非單一的經驗就可確保除役工作會成功,而是必須將過去100 多個獨立的經驗與教訓整合在一起。
根據除役的現狀,EnergySolutions 提供一些重要的短期經驗教訓:

1. 從運轉到除役過渡期的管理至關重要。
2. 除役是一個獨立且複雜的「廢棄物管理計畫」。
• 運轉結束時的狀態與條件,和放射性廢棄物處理,會促進規畫和執行。
• 資金必須是充足且可預測的。
3. 移除用過核燃料後,相關的管制要求即顯著降低,所以應盡早清除用過核燃料。
4. 緩解風險和簡化基線(baseline),可提高成功的可能性。
• 研發和創新技術常增加計畫風險(成本)。
• 廠區/ 設施的特性代表主要風險和機會。
5. 經驗豐富、知識淵博的管理者的監督和參與至關重要。
6. 強有力的計畫管理、計畫控制和任務規劃/ 追踪必不可少。
• 除污與除役計畫與興建計畫不同,沒有經驗手冊可供參考。
• 必須包括管理不確定性的能力。

7. 對於除污與除役,需要與運轉不同的管制機構和法規。
• 以風險為考量的分級方法。
• 不要將法規與為遵守法規而採用的要求混淆。
8. 電力公司/ 承包商「角色和責任」劃分。
9. 除污與除役計畫管理必須對計畫決策負起責任。
10. 利害關係人的參與。
• 盡早並且經常做開放誠實的溝通。
• 不應有「驚喜」。

結語
30 年前美國核能工業界已經學到的除役經驗和教訓,台灣可以站在巨人的肩榜上,參考採用而從中獲益,避免重複學習這些艱難又昂貴的工作,縮短摸索的過程,使我國核電廠除役能在安全、準時的前提下順利完成。

美國錫安核電廠除役完成,廠址即將成為綠地,可無限制使用。(圖片來源:EnergySolutions 公司提供)

參考資料:
1. https://www.aec.gov.tw/ 焦點專區/ 核電廠除役/ 常見問題-218_2550_2554.html
2. EnergySolutions 公司網站
https://www.energysolutions.com/decommissioning-decontamination/
3. AESJ article input – DRAFT/10-30-18

出處:核能簡訊雙月刊180期