芬蘭高放處置設施的最新進展

2019年12月芬蘭高放處置設施的最新進展

芬蘭的用過核燃料最終處置是由波西瓦(Posiva Oy)公司負責管理,波西瓦成立於1995 年,資金分別來自芬蘭兩間核電公司—TVO 的60%與佛騰(Fortum)的40%。波西瓦公司制定出完善的深層地質處置場計畫,在埃烏拉約基(Eurajoki)的歐基盧歐托(Olkiluoto)島,約有20億年歷史的火成岩、地下約400 公尺處建立一處用過核燃料的深層地質處置場。

最終處置設施獲得民意支持

芬蘭政府於1983 年做出用過核燃料的政策決定之後,隨即進行選址與環境影響評估工作。波西瓦公司在4 個地點進行詳細的調查,都是有關技術上的適宜性,包含波西瓦公司對最終處置場的環境影響報告書。1999 年,波西瓦公司原則上決定將最終處置設施建在埃烏拉約基市。政府於2000 年底公布此決定,並於2001 年5 月以159:3 的票數獲得議會的批准。此提案也獲得當地社區的大力支持,而有權否決此決定的埃烏拉約基市議會,也以20:7 的票數通過。

昂克洛(Onkalo)地下岩石特性調查設施(即地下實驗室)於2004 年在埃烏拉約基開工,自建設之初以來,昂克洛一直在進行選址驗證的研究;之後,這個位於歐基盧歐托岩層內、400–450 公尺深處便確定成為最終處置場地點。波西瓦公司於2012年12 月向管制機構申請處理歐基盧歐托和洛維薩(Loviisa)核電廠用過核燃料的封裝廠以及昂克洛用過核燃料最終處置場的建設許可,核能安全局(STUK)完成計畫審查後,於2015 年2 月建議政府給予核可。

然而,昂克洛最終處置計畫並不包括接收來自芬諾維瑪(Fennovoima)公司的新電廠—漢希基維(Hanhikivi)的用過核燃料,並且波西瓦公司、TVO 公司和佛騰公司都表示不接受芬諾維瑪作為合作夥伴。2012 年初,芬蘭政府威脅要根據《核能法》的法律權力,確保將芬諾維瑪公司用過核燃料包括在內,但是當時並沒有打破僵局。2013 年1 月的工作小組報告則表示,波西瓦和芬諾維瑪公司應該繼續協商,以利用波西瓦的經驗找到用過核燃料最終處置的解決方案。

如果要容納芬諾維瑪公司的漢希基維核電廠的高放射性廢棄物,必須擴大歐基盧歐托地下處置場的規模,預計將花費約2億歐元,然而建造另外一座單獨的處置設施則需耗資9-10 億歐元。芬蘭能源市場管理局(Energy Market Authority)評估數種可行性方法,但要獲得地方政府與國家的許可和批准,「最方便、最具成本效益的選擇」是擴大歐基盧歐托處置設施的計畫。

昂克洛地下處置設施入口建造過程與完成(圖片來源:Posiva)

1.鑽孔 2. 放入膨潤土塊 3.放入用過核燃料處置容器 4. 隧道回填。( 圖片來源:Posiva)

芬蘭高放處置採用SKB-3 多重障壁的安全設計( 圖片來源:Posiva)

昂克洛地下420 公尺深的展示隧道(圖片來源:Posiva)

因應需求擴大處置場規模
擴建新處置隧道的工程將與營運同時並逐步的進行,波西瓦公司建議將處置場的最終規模從最初的6,500 噸用過核燃料容量增加到12,000 噸,這足以容納歐基盧歐托4 號機( 目前已取消興建) 和計畫中的洛維薩3 號機的用過核燃料,核能安全局也對這個數字表示贊同。結果2010 年7月,議會僅投票同意擴大到9,000 噸以容納歐基盧歐托4 號機的用過核燃料。波西瓦公司對此表示計畫中的處置場將沒有空間存放來自芬諾維瑪公司的用過核燃料。

芬諾維瑪未能與波西瓦公司達成共享昂克洛處置場的協議,遂於2016 年6 月宣布將建立自己的用過核燃料處置場,向芬蘭勞動經濟部提交了自己的環境影響評估。地質研究將分別在漢希基維核電廠附近的皮海約基(Pyhajoki),以及在歐基盧歐托核電廠附近的埃烏拉約基進行。預計將在2040 年代選出處置場的地點,並且可在2090 年代開始進行處置作業。有趣的是,波西瓦公司新設的子公司Posiva Solutions 已與芬諾維瑪公司簽訂為期10年的合約,將為此計畫提供建議,芬諾維瑪也宣布其目標是與波西瓦公司、TVO 公司和佛騰公司進行長期合作。


芬蘭政府雖然批准了芬諾維瑪公司的環境影響評估報告,但表示最理想的解決方案還是將芬諾維瑪的用過燃料放進歐基盧歐托的昂克洛處置場中。

芬蘭的最終處置將運用多重障壁的「KBS-3 概念」,這是由瑞典核燃料與廢棄物管理公司(SKB)所開發的,將12 個燃料組件放入一個鑄鐵容器中密封,再將其封存在一個銅製的筒倉(capsule)中,每個筒倉將放置在處置場中獨立的處置孔內,並用膨潤土回填。用過核燃料在處置過程的每個階段中都可依需求再取出利用。

昂克洛處置場測試隧道進入封塞階段
2019 年5 月9 日波西瓦公司宣布,在昂克洛地下岩石特性調查設施進行的全面系統測試(full-scale in situ system test,FISST),已進入處置隧道尾端封塞工程的具體階段。

用過核燃料組件裝在銅鋼貯存容器中,放在鑽入岩層的隧道中,再用膨潤土回填隧道,最後用鋼筋混凝土加以密封,FISST 就是為了測試並確保這些防護措施確實發揮功能。這項測試是將兩個測試容器放置在地下約420 公尺深、50 公尺長的處置隧道內,測試容器內裝有加熱元件,模擬用過核燃料產生的餘熱。波西瓦公司將使用約500 個感測器監控處置隧道內的狀況,此測試監控階段將會持續數年。
測試容器與緩衝材料於2018 年夏季放入處置測試孔內,隨後將塊狀和顆粒狀的膨潤土回填處置隧道,回填工作於12 月初完成。

波西瓦公司表示,測試所需的每個原型設備均由波西瓦製造,並且已經過單獨測試。此測試是全世界這類測試的首例,同樣的,波西瓦的最終處置技術和設備也是「原型」。

波西瓦公司將使用的最終處置容器(圖片:Posiva)

芬蘭用過核燃料最終處置的KBS-3 多重障壁概念圖片

一旦FISST 測試完成,波西瓦公司將進行綜合系統測試,就是對最終處置操作進行測試,但不需要使用真的用過核燃料。這項測試將提供更多有關最終處置過程中各個階段功能的資訊。綜合系統測試的研究工作於2017 年4月開始,預計於2022 年完成。波西瓦公司在昂克洛地下約420 公尺的深度鑽了一個試驗孔,用過核燃料將以大致相同的深度進行處置。為了進行綜合系統測試,波西瓦公司將開挖一條長約60 公尺的中央隧道和一條80公尺的處置隧道,目的是在處置隧道中鑽4個沉積孔。為進行綜合系統測試而開挖的隧道,將比實際最終處置操作時使用的隧道短得多,實際的處置隧道最長可達350 公尺。

用過核燃料封裝廠開始建設工程
波西瓦公司於2019 年6 月在歐基盧歐托核電廠開始用過核燃料封裝廠的建設工程,地下處置設施內系統的安裝也將在短期內開始進行。這座核燃料封裝廠是為了先將用過核燃料裝入貯存容器中,再運送至地下處置場的隧道,放入以膨潤土作為緩衝材料的處置孔中,進行最終處置。

這座用過核燃料封裝廠預計於2023 年開始營運,建造成本初步估算約5 億歐元。這座封裝廠一旦開始營運,用過核燃料將以特殊運輸容器運送至封裝廠,待完成接收作業後,將裝有用過核燃料的運輸容器用機器吊起、烘乾,再將燃料轉移至最終處置貯存容器中,灌入惰性氣體,以鋼製的蓋子將容器密封後,再將外部的貯存容器外殼利用焊接的方式再次密封,最後利用x 光或是超音波等非破壞性的方法對焊接密封度進行最終檢測。波希瓦公司對此表示,這座封裝廠即使在封裝過程中受到干擾,也不會釋放出任何放射性物質至環境當中,通過最終檢測的貯存容器將會使用起重機或特殊運輸車輛運送至地下的最終處置場。

波西瓦公司表示,這意味著世界上安全的最終處置將在歐基盧歐托首先開始,芬蘭核電行業可以為此感到自豪。在埃烏拉約基市實施的這一項大規模建設計畫的投資成本估算約5 億歐元,創造就業人口約每年2,500 人。處置場建設的進一步合約2019 年8 月29 日波西瓦公司與芬蘭最大的建築公司YIT 簽訂了一份合約,將在昂克洛處置場進行第二階段的挖掘工作。這份合約價值約1,700 萬歐元,委託內容包括挖掘另外兩個中央隧道和與之相連的5 個處置隧道。

昂克洛高放處置設施鳥瞰圖,2014 年夏季。(圖片:Posiva)

合約規定的工作計畫於2019 年年底開始,預計將需要大約兩年半的時間才能完成。波西瓦公司說,要開挖的處置隧道在全球來看不僅是獨一無二的,還受到極其嚴格的品質要求。

「我們啟動的這種獨有的EKA 計畫( 在挖掘隧道後澆灌膠態二氧化矽材料,以密封裂隙,降低岩體的滲透性) 不僅涵蓋最終處置設施的開挖,還包括整個封裝廠,以及在已經挖掘好的空間中安裝最終處置所需要的系統。」波西瓦公司執行長莫卡(Janne Mokka) 說。「在這份合約完成後,我們將在昂克洛開挖已獲核能安全局批准的第一批處置隧道,以進行最終處置。」

YIT 公司先前已完成了波西瓦的兩個挖掘合約,2016 年11 月,波西瓦與YIT 公司簽署了一份價值約2,000 萬歐元的合約,涵蓋了大約兩年半的時間,包括開挖處置場的第一條中央隧道,以及車輛出入的連通隧道。這份合約還包括開挖的準備與岩石密封工程,也為將來吊放貯存容器的豎井開挖做準備,之後將再安裝貯存容器的吊掛機。合約中還包括對地下約430 公尺
深的貯存容器接收站進行挖掘工作。

YIT 公司岩石與特殊工程部資深副總經理萊尼(Aleksi Laine)表示:「在之前的合約期間,我們與波西瓦公司的合作非常順利,很高興能夠通過如此具有挑戰性的新合約來延續這種合作關係。YIT 公司在要求嚴苛的隧道建設方面具有豐富的經驗,對於我們來說,這份新合約是運用我
們強大專業能力的最好機會。」

雖然昂克洛最終處置場和封裝廠的建設許可執照的初期處置容量都只有6,500噸,至少已於2015 年11 月獲得芬蘭政府的許可,也於2016 年底開始處置場的建設工程,預計於2020 年申請營運許可執照,可望於2023 年開始運轉。目前波西瓦公司的計畫是在2120 年封存這座處置場,儘管這將取決於處置場是否接受歐基盧歐托核電廠3 號機之後新建的反應爐所產生的廢棄物,以及這些反應爐的使用壽命。來自目前5 個反應爐的用過核燃料最終處置費用,共計約30 億歐元。

參考資料:
1. WNA Nuclear Power in Finland, Used Fuel disposal
2. World Nuclear News, 09/05/2019 Posiva plugs repository demonstration tunnel
3. World Nuclear News, 06/20/2018 Full scale tests to start soon at Finnish repository
4. Posiva, Press releases, Posiva starts construction of encapsulation plant in Olkiluoto
5. World Nuclear News, 06/25/2019 Work starts on Finnish fuel encapsulation plant
6. World Nuclear News, 08/29/2019 Further contract for Finnish repository construction

出處:核能簡訊雙月刊181期