第章

8

金属燃料乾式再処理施設の経済性評価

第８章

金属燃料乾式再処理施設の経済性評価 ● 目
狛江研究所

８−１

施設の概念設計

８−２

施設の概念設計結果

８−３

経済性評価結果

研究参事

常磐井守泰

……………………………………………………………………………………………………………67………………………………………………………………………………………………………68……………………………………………………………………………………………………………69

常磐井守泰

66

上席研究員

次26ページに掲載

第８章

金属燃料乾式再処理施設の経済性評価

FBRの再処理プラントでは、FBRの導入初期、平衡やすいバッチシステムによる構成が合理的である。このサイクルに至る中間的な過程、および大量処理が必要なような考えをふまえて、リサイクルシステムの最小単位平衡サイクル・実用化時期に到るステップまで考えると、について評価し､規模を増大させる場合には単位処理ラ従来考えられてきた大型施設のみではなく、必要に応じインを増設するという考え方で施設の経済性を評価した。て処理能力を順次増強でき、技術の進歩を適時取り入れ８−１

施設の概念設計経済性を評価するために施設の概念設計を行った。再処理と燃料製造を行うリサイクル施設、および廃棄物を8-1-1プロセスフロー固化処理する施設、ならびに酸化ウラン、酸化プルトニウム混合物を金属に還元する燃料転換施設の概念設計を行った。表8-1-1に施設の構成を示す。

施設設計を行うにあたり、第４章の図4-5-1に示したプロセスフローとマスバランスをもとにした。

乾式リサイクル施設の年間の処理量は20トンで、標準的な均質２領域の大型FBR（約100万kWe）のリサイクル8-1-2施設設計を賄える。また、当研究所が中型炉用に設計した径方向非均質炉であれば、燃料の炉内滞在時間が大幅に延びる

金属燃料乾式再処理施設は、再処理と燃料製造を行ので、210万kW（30万kWe７基）を賄うことが出来る。

なうリサイクル施設（アルゴンセル）、リサイクル施設

本評価では、当研究所設計の中型炉をレファレンスとしから排出された廃棄物を安定な固化体に製造する廃棄て経済性を評価した。

物処理施設（空気セル）、および初装荷燃料を製造する転換施設（アルゴングローブボックス、原料は軽水炉燃料の湿式再処理施設で精製されるプルトニウムとウラ表8-1-1
施設の名称

目

金属燃料サイクル施設の構成

的

備

考

1.リサイクル施設

使用済みの燃料集合体を受け取り、必要な除染処理を行ない、新燃料を製造して集合体にまで組み上げて炉側に排出する。また、工程で発生した廃棄物を排出する。

・再処理工程、燃料製造工程、分析工程で構成
・アルゴンセルで燃料を処理
・計量管理のための分析ポイントは、射出成型工程

2.廃棄物処理施設

リサイクル施設から排出された廃棄物を受け取り、処分に適合する固化体を製造する。

・電解槽からの廃塩処理
・電解槽からの貴金属FPの固化・全工程からの廃棄物（廃坩堝、その他廃棄物）
・空気雰囲気のセル

3.燃料転換施設

軽水炉湿式再処理工場のプルトニウム製品を原料とし、金属に還元する。還元物質にウラン、ジルコニウムを適量添加し、射出成型装置で初装荷燃料を製造する。

還元処理は 6 トン／年で、 5 ヵ年間で 1 炉心分のドライバー燃料を製造する（ブランケットは別の施設で製造すると仮定）（射出成型装置はリサイクル施設に設置した装置を使用する）

電中研レビュー No.37● 67

ンの混合物）で構成される。廃棄物処理施設については、あるいは設計･製作段階にある機器を採用した。また、空気雰囲気セルで行なう方がコストメリットがあると考工学規模の装置の設計例がない場合には、アルゴンヌ国え、独立の建屋とした。

立研究所（ANL）あるいは当研究所で小規模な装置が順システムはバッチプロセスであり、物質の流れに沿っ調に稼動していることを条件に、それをスケールアップて機器が直線的に配置され、機器間の物質の移動は床走して適用することとした。従って、採用した各機器は、行ロボットが行う。天井走行クレーンに比べて床走行ロそれぞれ技術的に成立することが既に実験によって確認

ボットとすることで、セルの天井高さを低減できる。扱されており、かなり確度の高い根拠データに基づく運転

われる物質は固体状であり、各機器で処理した製品は温条件を想定できた。

度が十分下がって塩などが固化してから取り出す。製品

一方、乾式リサイクルシステムの製品は固体状であるは所定の容器に入れて搬送し、物質を受け渡しするステので、それらをどのようにハンドリングするのかがシスーションで機械によって各装置に装荷される。

テム設計上極めて重要な検討事項となる。ここでは、2000年時点で原子力産業界で実用化されていると想定さ8-1-3

適用する機器れる技術を適用して、積極的に自動化を図った場合の「商用施設」を考えている。

適用する技術の設定においては、工学規模装置が稼働

８−２

8-2-1

リサイクル施設

施設の概念設計結果
8-2-2

廃棄物処理施設

リサイクル施設の基本仕様を表8-2-1に示す。リサイ

廃棄物処理施設の基本仕様を表8-2-2に示す。廃棄物

クル施設では、使用済み燃料の再処理と使用済み塩からの種類は、電解精製槽から排出される廃塩、せん断燃料の超ウラン元素の抽出、および燃料の製造を同一のアル片の一部である被覆管ハルと塩に溶解しない貴金属FPゴンガス雰囲気のセルで遠隔操作で行う。再処理には電（ロジウム、ルテニウム、パラジウムの他、モリブデン、解精製、燃料製造には射出成型法を適用している。超ウニオブなど）、および高温の装置から排出される坩堝やラン元素を抽出した後の使用済み塩は､廃棄物処理施設

モールドなどである。に排出される。

本設計時点では、廃棄物処理の方法は確定しておらず、主要な機器は、燃料せん断装置、電解精製槽と超ウラ

当時のANLの方針を踏襲して廃塩の固化にセメント固ン元素抽出器、カソードプロセッサー、射出成型機、燃化法を暫定的に適用した。その結果、建屋寸法は、46料ピン処理機､ボンドナトリウム充填機、端栓溶接機、Ｌ×46Ｗ×28Ｈ（ｍ）であり、建屋体積は約38､000（ｍ3）などである。封入された燃料ピンは､隣接の空気雰囲気である。なお、本設計が完了した後で、セメント固化法のセルに送られて検査される。検査済み燃料ピンは、集では水素の発生問題の解決が困難と判断され、新規にゼ合体に組み立てられ、炉に供給される。これらの運転操

オライト（最終的な固化体はガラス結合型ソーダライト）作は遠隔で行われる。

を用いる方法がANLで開発され、それを参考に当研究施設の建屋寸法は72Ｌ×48Ｗ×23Ｈ（ｍ）、建屋体積は約43,000（ｍ3）となった。また、アルゴンセルの体積は約3（1,400ｍ ）となった。

68所では、塩廃棄物をソーダライトに直接固化する方法を研究している。

表8-2-1

金属燃料リサイクル施設の基本仕様

主要目仕様

表8-2-2

備考

年間処理量20トン

使用済み燃料中の重金属

年間稼働日数200日

湿式プラントに揃えた項

ブランケット燃料

プラトニウム富 22.4wt%
化度

ドライバ燃料

燃料製造法

射出成形法

100本/バッチ

燃料端栓溶接電気抵抗溶接法

電気抵抗溶接

燃料せん断法バンドルせん断

一部ピンを化学分析用に抽出後にせん断処理FPの除染電解精製法

固体陰極、液体カドミウ
ム陰極を使い分けるデュアルカソード方式

蒸留精製法

蒸留によるカソードプロ 塩、カドミウムを蒸発さセッサー
せ、ウラン、プルトニウ
ムはインゴットで回収

アルゴンセル

裸の状態の燃料を扱う工 金属燃料は活性金属であ程はすべてアルゴンガス り、酸化されるためセル中に設置

空気セル

燃料の端栓終了後は空気 集合体の解体、新燃料のセル中で扱う検査、新燃料集合体組み
立てと検査

様

圧縮梱包
高圧ボンベ封入
セメント固化法
銅中分散固化法（HIP）（酸洗浄によりTRU除去後）
空気セル

軽水炉使用済み燃料から湿式再処理施設で精製されたプルトニウム製品（酸化物）を受け取り、金属燃料用の合金を製造する。酸化物を金属に還元する方法として、現在は５章で示したリチウム還元法の研究開発を進めているが、本評価はリチウム還元法の検討開始以前に実施したために、当研究所が神戸製鋼と共同で開発したフッ化物電解還元法を用いることとした。その結果、建屋寸法は35Ｌ×29W×10Ｈ（m）、その体積は約900（ｍ3）となった。

表8-2-3

転換施設の基本仕様

1992年度
項目

重金属生産量
稼働日数
原料

8-2-3

仕セル形態

初装荷燃料の金 湿式再処理工場のウランとプルトニウムの混合酸
属燃料の製造化物を還元して金属合金を得、射出成型装置にて金属燃料に成型加工する。
実施年度

目

ラッパ管部
FPガス
溶融塩の安定化法
ハル・セラミックス等（平均） ドライバ燃料
取り出し燃焼度 10.5万MWd/トン
3.8万MWd/トン

廃棄物処理施設の基本仕様

転換施設

還元法
セル形態

仕様

6トン／年
200日
PUREX再処理済混合酸化物（炉心）U酸化物（ブランケット）
フッ化物溶融塩電解法
Ar雰囲気グローブボックス

転換施設の基本仕様を表8-2-3に示す。転換施設では、

８−３

経済性評価結果

各施設について、概念設計に基づく積み上げで建設費を億円となった。プロセス設備費用は約60億円強で、全体算出した。また、運転費､部材費、消耗品費、人件費、廃の約1/4である。運転費の内訳を表8-3-2に示す。３直４

棄物処分費、およびデコミッショニング費など燃料サイク班で運転するなど、既存の原子力発電所の運転経験などルコストの評価に必要なコストを算出した。これらのコスを取り込んで､運転要員数（147人､100万円/人・月と仮トの算定には、類似の施設の単位体積あたりの建設費など、定）を算出し、人件費を算出した。必要な消耗品の数､量既存施設の情報を活用している。なお、土地代、プロジェを算定し､それらを積み上げて消耗品費が算出された。

クトエンジニアリング・管理費は含めていない。

運転費は40億円強となった。

8-3-1

⑵

施設の建設費

廃棄物処理施設
廃棄物処理施設の建設費は約150億円となった。建屋⑴

リサイクル施設
表8-3-1に建設費の内訳を示す。施設の建設費は約260

コストは全体の1/4以下であるが、プロセス付帯設備が1/2強となり、その中でも中央制御設備費がプロセス・

電中研レビュー No.37● 69表8-3-1項再処理・成型加工施設の建設費内訳
目コスト
（億円）

1.建屋・建屋付帯設備① 建屋② 建屋換気設備③ 建屋電気設備④ 建屋給水設備⑤ 建屋防火設備⑥ 放射線管理設備
小計

27
8.7
10.1
0.9
0.3
7.4
54.4

小計

25
5
2.5
57
7.5
2.7
0.9
6.3
61.9

3.プロセス管理・付帯設備① 中央制御設備② ユーティリティ設備③ プロセス冷却系設備④ Arセル純化系設備⑤ 空気セル空調設備⑥ 廃液処理設備⑦ セル内ライニング⑧ セル内ハッチ⑨ 分析設備⑩ 保守設備⑪ キャスク取扱設備⑫ 資材貯蔵設備
小計

10
10
21.9
11.2
7.5
7.8
555
5.9
9.2
0.2
98.7

2.プロセス設備① 集合体解体設備② 電解精製設備③ 塩分離設備④ Cd蒸留設備⑤ 射出成型設備⑥ 集合体組立設備⑦ 塩再生設備⑧ Cd再生設備⑨ ロボット設備

備

表8-3-2

考項

目

再処理・成型加工施設の運転費
費

用

人件費（運転員） 17.6 億円/年
交換機器費
8.6
動力費
消耗品費

1.513.4
合計

備考3直 5班 147名、100万円／人月
建物コストの1％、プロセス設備コストの5％84×105 kWh、17.5円／kWh41.1ト製造）と、金属燃料サイクルとを施設の建設費、サイクル費で比較した例がいくつか報告されている。それらを図8-3-1に示す。建設費では両者の比は3.3〜5.2の範囲で異なっているが、金属燃料サイクルの方がMOX燃料サイクルよりも安いことは共通している。一方、サイク暫定値
暫定値

ル費では金属燃料サイクルの方がMOX燃料サイクルよりも安いが、建設費程の差はない。

8-3-4

まとめ

暫定値、計量管理含む

本施設設計は1992年に行ったものである。金属燃料サイクルが技術開発途上であり、この評価以降にも多くの技術の進歩や大型装置による実証があり、これらの成果

4.エンジニアリング費① 設計費② 工事管理費
小計21.521.543.0

合計258.0

上記 1 〜 3 の10％
上記 1 〜 3 の10％をもとにコスト評価を見直していく必要がある。一方、
当研究所以外の組織でも、金属燃料サイクルの経済性評
価も行われており、湿式再処理との比較でいえば、程度の差はあるものの金属燃料サイクルの方がMOX燃料サ付帯設備の約60％強を占めている。

イクルよりも燃料サイクル費が安いと言う結果が得られている。

⑶

転換施設
転換施設の建設費は約110億円となった。

8-3-2

燃料サイクル費の評価

実用化時期を想定した時の発電プラント（30万kＷe、稼働率80％）では、使用済み燃料の取り出し量は5.71トン重金属/20ヶ月で、年間当たり2.86トン重金属である。
この際、燃料サイクル費は1.32円/kWeとなった。燃料サイクル費に占めるリサイクル費は72％、廃棄物処理費は19％、廃棄物処分費は9％である。

8-3-3

酸化物燃料サイクルとの比較

在来のMOX燃料サイクル（高除染湿式再処理とペレッ70

4

処理量：20トン／年（ロックウェルインター
ナショナル社評価）（3.5）

処理量：20トンHM／年（ANL評価）（5.2） （ロックウェルインター
ナショナル社評価）
（4.4）

54

（電中研評価）（3.3）

321（1.0）（1.0）

燃料サイクルコスト比（金属燃料＝1）

建設コスト比（金属燃料＝1）

6

資本費
以外

3
（ANL評価）（2.5）（電中研評価）
資本費
以外

（1.9）

2

資本費
資本費
以外

1
資本費
資本費
以外

（1.0）

資本費

資本費
以外

資本費
以外

資本費
資本費

0

金属燃料⑴MOX燃料⑵金属燃料⑴MOX燃料⑵ 金属燃料⑴MOX燃料⑵注1）FBR金属燃料乾式再処理・成型加工
2）FBR MOX燃料湿式再処理・燃料加工

図8-3-10

資本費

金属燃料⑴MOX燃料⑵ 金属燃料⑴MOX燃料⑵ 金属燃料⑴MOX燃料⑵注1）FBR金属燃料乾式再処理・成型加工
2）FBR MOX燃料湿式再処理・燃料製造

金属燃料とMOX燃料の（左）再処理・成型加工建設費と（右）サイクル費の比較

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