宋云龍, 吳志鋒

(遼寧紅沿河核電有限公司，遼寧 大連，116300)

1 廢物最小化技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析需求

1.1 廢物處置面臨形勢(shì)

截至2019年6月我國(guó)大陸地區(qū)已有在運(yùn)核電機(jī)組47臺(tái)，裝機(jī)容量為4 873萬(wàn)千瓦時(shí)，以每臺(tái)機(jī)組每年產(chǎn)生50 m3放射性固體廢物估算，每年大陸地區(qū)將會(huì)產(chǎn)生2 350 m3放射性固體廢物，隨著新建核電機(jī)組逐步投入運(yùn)營(yíng)，這一數(shù)字還將不斷快速增長(zhǎng)。目前我國(guó)已建成的低放、中放廢物處置場(chǎng)有西北北山處置場(chǎng)、四川飛鳳山處置場(chǎng)和廣東北龍?zhí)幹脠?chǎng)，只有北龍?zhí)幹脠?chǎng)是企業(yè)自行出資建設(shè)，是國(guó)內(nèi)唯一的商用處置場(chǎng),其設(shè)計(jì)總處置容量80 000 m3，首先建造8個(gè)處置單元(可處置8 800 m3)和整個(gè)處置場(chǎng)的全部公用設(shè)施。目前我國(guó)除大亞灣核電基地的放射性廢物部分送至北龍?zhí)幹脠?chǎng)外，其余各核電廠的低放均暫存在各自的暫存庫(kù)中。其中，個(gè)別核電廠暫存的廢物已超過(guò)國(guó)家規(guī)定的暫存期限(5a)[1]。

我國(guó)某核電廠自首臺(tái)機(jī)組商運(yùn)以來(lái)，已產(chǎn)生放射性廢物840.7 m3，四臺(tái)機(jī)組商運(yùn)后平均每年產(chǎn)生 166.9 m3，預(yù)估6臺(tái)機(jī)組商運(yùn)后平均每年產(chǎn)生250.4 m3，其放射性固體廢物暫存廠房的設(shè)計(jì)容量3 376 m3，如不考慮其5/6號(hào)機(jī)組建設(shè)時(shí)間，預(yù)計(jì)最多十年存儲(chǔ)的廢物將達(dá)到廠房設(shè)計(jì)容量的上限。由于其所在省份低放廢物處置場(chǎng)建設(shè)、竣工時(shí)間及處置費(fèi)用不確定，該核電廠必須不斷提升廢物最小化水平，以應(yīng)對(duì)最壞的情況。

整體來(lái)看國(guó)內(nèi)大部分核電廠均存在放射性固體廢物暫存的壓力，而且隨著運(yùn)營(yíng)時(shí)間的增長(zhǎng)，這個(gè)壓力會(huì)越來(lái)越大。在區(qū)域性可用的低放廢物處置場(chǎng)建成之前，相關(guān)核電廠將面臨嚴(yán)峻的廢物處置形勢(shì)。

1.2 廢物最小化新技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

目前，單純依靠對(duì)可壓縮固體技術(shù)廢物進(jìn)行壓縮已經(jīng)不能滿足核電廠放射性固體廢物減容的需求，這個(gè)需求來(lái)自外部監(jiān)管部門(mén)和電廠內(nèi)部對(duì)年廢物產(chǎn)量的管理要求、電廠內(nèi)的暫存庫(kù)容壓力以及未來(lái)處置費(fèi)用的不確定性。各核電廠已開(kāi)始從材料/備件選擇、運(yùn)行及維修工藝管理、廢物精細(xì)管理、廢物處理等方面進(jìn)行優(yōu)化，很多時(shí)候是幾項(xiàng)優(yōu)化同時(shí)實(shí)施。

通過(guò)分析廢物最小化新技術(shù)可以發(fā)現(xiàn)，廢物最小化的工作重心由原來(lái)的后端控制逐漸變?yōu)榍岸丝刂坪瓦^(guò)程控制；從單個(gè)環(huán)節(jié)優(yōu)化發(fā)展為多個(gè)環(huán)節(jié)優(yōu)化；從非主要系統(tǒng)相關(guān)變?yōu)橹饕到y(tǒng)相關(guān)；在管理方面也越來(lái)越趨向于精細(xì)化和多元化。

1.3 經(jīng)濟(jì)性分析需求

很多廢物最小化技術(shù)均需要核電廠通過(guò)立項(xiàng)采購(gòu)來(lái)實(shí)施，在立項(xiàng)過(guò)程中核電廠相關(guān)部門(mén)需對(duì)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行審核。在對(duì)這些項(xiàng)目進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析時(shí)，不僅需要考慮廢物減容量，還需要對(duì)所采用技術(shù)各個(gè)環(huán)節(jié)的成本及收益進(jìn)行分析，將整體的成本和收益進(jìn)行比較來(lái)判斷其經(jīng)濟(jì)性。即使某些最小化項(xiàng)目有著明顯的成本優(yōu)化效果，我們也需要在立項(xiàng)階段全面的分析其經(jīng)濟(jì)性情況，以供有多個(gè)優(yōu)化方案的情況下進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較。為了能夠簡(jiǎn)單明了且較全面的完成放射性廢物最小化技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性分析，建立一個(gè)可用于所有最小化技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析的模型十分必要。

2 廢物最小化技術(shù)分析

合理和明確的最小化技術(shù)拆解分析，對(duì)于項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性分析會(huì)有很大的幫助。絕大部分的技術(shù)廢物和工藝廢物均來(lái)源于機(jī)組運(yùn)行和維修過(guò)程中使用的耗材和備件，以及放射性系統(tǒng)中的介質(zhì)，其在運(yùn)行和維修活動(dòng)中被污染變?yōu)榉派湫詮U物，放射性廢物經(jīng)過(guò)處理后形成廢物貨包。根據(jù)放射性廢物在各個(gè)階段的狀態(tài)和其所經(jīng)歷的活動(dòng)，廢物最小化技術(shù)通?？煞譃楹牟膫浼?yōu)化、運(yùn)行維修工藝優(yōu)化、廢物優(yōu)化、處理技術(shù)優(yōu)化等四個(gè)優(yōu)化環(huán)節(jié)(見(jiàn)圖1)。

2.1 耗材備件優(yōu)化

耗材備件優(yōu)化手段主要有兩類，一類是通過(guò)優(yōu)化耗材備件質(zhì)量、性能或尺寸，來(lái)降低使用的數(shù)量或體積，以減少?gòu)U物產(chǎn)量；另一類是使用特殊材質(zhì)耗材備件以便于在廢物處理時(shí)能選取減容系數(shù)較大的處理工藝。例如，選用易去污材料和耐久性較好的材料、在滿足需求的情況下改變材料的尺寸、選用可降解的材料、選用可焚燒處理的材料、選用可復(fù)用的材料等等。

比較成功的案例有：精細(xì)化管理塑料布，針對(duì)工作中不同的防表面污染需求采購(gòu)不同厚度的塑料布，最大限度的降低塑料布廢物體積；采購(gòu)可復(fù)用式空氣凈化濾芯，重復(fù)使用濾芯金屬框架；采購(gòu)聚乙烯材質(zhì)塑料布，便于處理時(shí)選擇焚燒工藝。

2.2 運(yùn)行維修工藝優(yōu)化

運(yùn)行維修工藝優(yōu)化包括通過(guò)優(yōu)化某些系統(tǒng)的運(yùn)行方式、運(yùn)行參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)從而減少工藝廢物，或者通過(guò)優(yōu)化維修工藝來(lái)減少技術(shù)廢物。例如，通過(guò)修改運(yùn)行參數(shù)減少除鹽床樹(shù)脂填充量、通過(guò)優(yōu)化系統(tǒng)廢液排放管理減少濃縮液產(chǎn)量、通過(guò)優(yōu)化維修工作流程減少防護(hù)用品或耗材使用量、通過(guò)提升維修水平降低設(shè)備部件報(bào)廢率等等。

比較成功的案例有：通過(guò)工藝優(yōu)化將TEP006DE填裝量由1 500 L減容至500 L；通過(guò)優(yōu)化維修工作工序，減少班組成員進(jìn)出放射性污染場(chǎng)地次數(shù)，降低防污染附加防護(hù)用品使用量。

2.3 廢物管理優(yōu)化

廢物管理優(yōu)化是指在廢物被處理形成貨包前進(jìn)行的優(yōu)化，一方面是通過(guò)管理手段或技術(shù)手段提升廢物復(fù)用率和再利用率，另一方面是將沒(méi)有利用價(jià)值的廢物通過(guò)精細(xì)化管理最大化的進(jìn)行極低放與低放分別存放管理，將極低放根據(jù)情況暫存后解控或進(jìn)行填埋處理，從而最大限度的降低放射性廢物處理成本。例如腳手架管去污后復(fù)用、臨時(shí)專用設(shè)施軟管復(fù)用、蒸汽發(fā)生器排污系統(tǒng)濾芯及樹(shù)脂解控、通風(fēng)濾芯拆解后框架和濾紙分別處理、報(bào)廢連體服等極低放廢物單獨(dú)暫存等等。

2.4 廢物處理技術(shù)優(yōu)化

廢物處理技術(shù)優(yōu)化是針對(duì)已確定為放射性廢物的物項(xiàng)進(jìn)行最優(yōu)處理技術(shù)選擇，以實(shí)現(xiàn)減容系數(shù)和經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)化。例如通過(guò)改變處理工藝增加單桶承載量、焚燒處理、極低放廢物填埋處置等等。

3 廢物最小化技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析模型

3.1 廢物管理成本分析

核電廠產(chǎn)生放射性廢物所帶來(lái)的成本主要包括廢物處理成本、暫存成本和處置成本，其中暫存成本基本可以近似為固定值，其主要包括暫存期間廢物的管理和廠房管理相關(guān)成本。為了較為直觀的了解放射性廢物所帶來(lái)的成本，以及此成本對(duì)核電廠效益的影響，我們可以使用度電放廢成本來(lái)評(píng)價(jià)。為了排除部分核電廠發(fā)電形勢(shì)不好對(duì)此值的影響，我們可以統(tǒng)一使用設(shè)計(jì)度電放廢成本來(lái)評(píng)價(jià)，這個(gè)值可以用來(lái)做各核電廠放射性廢物管理水平的橫向?qū)?biāo)。設(shè)計(jì)度電放廢成本(C)可表示為：

C=(VA×CA+CB+VA/F×CC+VB×CD)/E

(1)

式中，VA表示年低放廢物產(chǎn)生體積(處理前)，m3；VB表示年極低放廢物產(chǎn)生體積，m3；CA表示單位體積低放廢物處理成本單價(jià)，元/m3；CB表示年廢物暫存成本，元；F表示電廠放射性固體廢物綜合減容系數(shù)(表示各類廢物的整體減容效果)；CC表示單位體積低放廢物貨包處置成本單價(jià)，元/m3；CD表示單位體積極低放廢物處置成本單價(jià)，元/m3；E表示核電廠設(shè)計(jì)年發(fā)電量，千瓦時(shí)。

從上式我們可以看出，在CA、CB、CC、CD不變的情況下，如果想降低C值，在廢物管理可控的范圍內(nèi)，我們只需盡可能降低VA+VB、提高F。耗材備件優(yōu)化、運(yùn)行維修工藝優(yōu)化、廢物管理優(yōu)化都是為了降低VA+VB，同時(shí)盡量通過(guò)優(yōu)化管理避免極低放廢物被當(dāng)作低放廢物處理，也就是在VA+VB固定的時(shí)候盡量降低VA提高VB，以降低廢物整體處置成本。廢物處理優(yōu)化則是為了提高F。但是在實(shí)際工作中很多優(yōu)化措施在降低VA和提高F的同時(shí)也增加了CA，而且還引入了其它成本。CB主要涉及廠房管理及轉(zhuǎn)運(yùn)、巡檢等人工成本，其受廢物產(chǎn)量影響很小，可以看做恒定值。CC、CD為處置成本，主要和市場(chǎng)價(jià)格相關(guān)，不受核電廠控制，其中CC參考國(guó)際上已運(yùn)營(yíng)廢物處置廠收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)指導(dǎo)價(jià)約為4萬(wàn)元/m3[2]。

3.2 廢物最小化技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析

廢物最小化技術(shù)實(shí)施過(guò)程中每個(gè)優(yōu)化環(huán)節(jié)都有可能帶來(lái)減容量和成本變化。成本變化中主要包括耗材及備件成本、人工成本、設(shè)備成本三項(xiàng)成本要素，其中人工成本包括相關(guān)優(yōu)化工作帶來(lái)的材料管理成本、核電廠原有系統(tǒng)的運(yùn)行和維修工作成本、新采購(gòu)設(shè)備的運(yùn)行和維修成本。

這里我們可以用綜合經(jīng)濟(jì)收益(D)來(lái)評(píng)價(jià)廢物最小化技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性。如只涉及低放廢物優(yōu)化則：

D=(V1+V2+V3+V4)×CC-
(C1+C2+C3+C4)

(2)

式中，V1、V2、V3、V4分別表示四個(gè)優(yōu)化環(huán)節(jié)所帶來(lái)的廢物體積變化量(可為正值或負(fù)值)，m3；(V1+V2+V3+V4)即整個(gè)廢物最小化技術(shù)實(shí)施帶來(lái)的體積變化，也可用ΔV表示；C1、C2、C3、C4分別表示四個(gè)優(yōu)化環(huán)節(jié)所引入的成本變化量(可為正值或負(fù)值)，元；(C1+C2+C3+C4)即整個(gè)廢物最小化技術(shù)實(shí)施帶來(lái)的成本變化，也可用ΔC來(lái)表示，則式(2)可變化為：

D=ΔV×CC-ΔC

(3)

為了簡(jiǎn)化公式，V1、V2、V3所帶來(lái)的廢物處理成本變化統(tǒng)一在ΔC中考慮。

如果優(yōu)化內(nèi)容為將廢物從低放廢物中識(shí)別為極低放(此過(guò)程特指通過(guò)管理或監(jiān)測(cè)手段提升極低放廢物的識(shí)別能力，不涉及廢物處理)則：

D=ΔV×CC-ΔV×CD-ΔC

(4)

如果優(yōu)化內(nèi)容為同時(shí)優(yōu)化了低放廢物和極低放廢物體積則：

D=ΔVA×CC+ΔVB×CD-ΔC

(5)

式5中ΔVB同時(shí)包括減少的極低放廢物體積，以及從低放廢物轉(zhuǎn)入極低放廢物所增加的體積。

如果A廢物最小化技術(shù)通過(guò)計(jì)算DA>0，則A廢物最小化技術(shù)具有經(jīng)濟(jì)可行性，如果同時(shí)還有B廢物最小化技術(shù)，DB>DA，則說(shuō)明在經(jīng)濟(jì)性方面B技術(shù)優(yōu)于A技術(shù)。

以上經(jīng)濟(jì)性分析只考慮了ΔC為低值簡(jiǎn)單物項(xiàng)采購(gòu)及服務(wù)類采購(gòu)成本的情況，如果某廢物最小化技術(shù)需采購(gòu)固定資產(chǎn)類設(shè)備，且該設(shè)備需運(yùn)行維修，則計(jì)算ΔC時(shí)需考慮設(shè)備采購(gòu)(包括安裝調(diào)試)成本、設(shè)備運(yùn)行維修成本以及投資回收期與設(shè)備壽命的關(guān)系。在這里我們可以用靜態(tài)投資回收期法進(jìn)行分析[3]，靜態(tài)投資回收期不考慮資金的時(shí)間價(jià)值，投資回收期是以廢物最小化項(xiàng)目的全部?jī)羰找娴謨斎客顿Y所需的時(shí)間T表示，即

(6)

式中，(Ci-C0)T為第T年現(xiàn)金流入量Ci與現(xiàn)金流出量C0之差。Ci包括設(shè)備對(duì)廢物減容帶來(lái)的收益，C0包括設(shè)備一次性采購(gòu)成本、設(shè)備運(yùn)行維修以及設(shè)備拆除和報(bào)廢成本(或折舊成本)。如果得出T<設(shè)備壽期則具有經(jīng)濟(jì)可行性。

3.3 經(jīng)濟(jì)性分析模型

放射性廢物最小化技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析模型可以分為四個(gè)步驟，可稱為四步法分析模型。四個(gè)步驟分別是拆解、識(shí)別、計(jì)算、對(duì)比。

某核電廠為了降低放射性表面污染場(chǎng)地所用塑料布產(chǎn)生的放射性廢物，他們一方面通過(guò)精細(xì)化管理采購(gòu)不同厚度的塑料布用在有不同需求的工作中來(lái)降低廢物體積，另一方面通過(guò)將聚氯乙烯材質(zhì)的塑料布替換為聚乙烯材質(zhì)的塑料布以進(jìn)行焚燒處置來(lái)降低最終廢物體積。按照?qǐng)D3分析，我們可以得出如表1分析過(guò)程。

表1 塑料布放射性廢物優(yōu)化措施經(jīng)濟(jì)性分析

4 結(jié)論

四步法分析模型可較精確的完成放射性廢物最小化項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性分析，可使用此分析模型編寫(xiě)相關(guān)立項(xiàng)的經(jīng)濟(jì)性分析報(bào)告，以供財(cái)務(wù)部門(mén)在立項(xiàng)時(shí)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性審查。使用此分析模型需充分考慮各個(gè)環(huán)節(jié)所帶來(lái)的ΔV和ΔC的變化，同時(shí)獲得所需各項(xiàng)數(shù)據(jù)的精確值。做好經(jīng)濟(jì)性分析需要重點(diǎn)關(guān)注兩個(gè)問(wèn)題，一個(gè)是ΔV需考慮廢物最小化技術(shù)實(shí)施過(guò)程中帶來(lái)的二次廢物；另一個(gè)是在分析過(guò)程中獲得部分?jǐn)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確值存在一定困難，特別是低放廢物處置成本以及極低放廢物處置成本，需要結(jié)合各核電廠所在省份實(shí)際情況進(jìn)行估算。