核電低排放
2008-04-17 14:32 來源:中國自動化學會專家咨詢工作委員會
三哩島事件發生在1979年的美國,是人類和平利用核能過程中出現的第一例事故。當時,由于操作人員疏忽大意,導致三哩島核電站的2號反應堆過熱,造成堆芯熔化,放射性物質因此發生泄漏。幸運的是,核電站堅固的外殼把反應堆包在了里面,只有極少量的放射性物質泄漏到周圍環境中。事后對周圍居民和生態環境的檢測顯示,此次事故沒有造成不良影響。
“三哩島事件恰恰說明了核電站是安全的。”劉信剛說,“如果保護系統正常運作,完全能控制核泄漏的發生。切爾諾貝利事件則是由于人為失誤造成的,當時的蘇聯工作人員違反程序,在關掉了保護系統的情況下在線做實驗,造成反應堆過熱熔化,再加上蘇聯人設計的反應堆不帶安全外殼,于是災難就發生了。”
根據國際原子能機構的統計,目前為止全世界核電站一共運行了1.27萬堆年,只發生了上述兩起重大事故。其中只有切爾諾貝利造成了實質性的傷害,三哩島以及其他幾個小事故都被成功地控制在電廠內,對周圍環境沒有造成負面影響。如果對比一下單位發電量的死亡人數,水電是核電的100倍,煤電是核電的40倍。
“我國之所以在很長一段時間里沒有建造新的核電站,主要原因是成本太高。”中國資源綜合利用協會可再生能源專業委員會秘書長李俊峰對本刊記者說,“即使在煤炭的運輸成本和開采成本不斷上升的情況下,目前中國煤電的上網電價仍然維持在每度電大約0.4元的水平,風力發電和核電的上網電價都是0.5~0.6元,太陽能則高達3~6元,它們暫時都無法在經濟上和煤電競爭。”
但是,如果煤炭價格繼續漲下去,或者聯合國為了遏制全球氣候變化,強行給化石能源加上碳稅,經濟的天平就會向核電等低排放能源傾斜。今年1月,歐盟對碳交易規則進行了修改,把“碳排放許可證”的發放方式由免費發放改為競標發放。這一修改將大大提高碳的價格,根據英國政府的測算,如果碳價在現有基礎上提高50%,達到每噸36歐元,那么核電站就會比傳統電站更加有利可圖。因為核電站的碳排放量很低,僅僅是出賣碳排放權這一項,每座大型核電站在其運行的40年時間里,都會獲得25億歐元的收益,超過了核電高成本帶來的經濟損失。
國際反核人士們對此心情矛盾。他們不愿看到核電復興,但核電的“低排放”特性卻讓他們很難找出批評的理由。去年的聯合國氣候大會上,凡是有關核電的講座都會吸引來大批反核人士前來旁聽,不少人公開質疑核電的“低排放”特性。“核電需要的鈾也是從地下挖出來的,挖礦的過程中產生的二氧化碳和核電節省的二氧化碳抵消了。”一位來自南非的反核人士這樣對本刊記者說。
“這個說法是不正確的。”莫里博士對本刊記者解釋說,“根據國際原子能機構的計算,目前核電每發一度電排放的二氧化碳當量是1~6克,大致和風能以及水電相當,化石能源則是60~460克二氧化碳。根據這一數字計算,全世界的核電站每年少排25億噸二氧化碳,相當于全世界一半的汽車所排放的二氧化碳總量。”
那么,核電站是否會對周圍環境產生放射性危害呢?乳山核電站周圍的居民擔心的正是這一點。莫里博士對此有自己的看法:“國際上對于核電站和居民區之間的距離并沒有統一規定,每座電站可以根據自身情況制定相應的政策,從小于1公里到幾公里都是可能的。”
去年12月號的《科學美國人》雜志刊登了一篇文章,認為核電站周圍的放射性比煤電還要小。文章稱,當煤燃燒變成飛塵后,鈾和釷的濃度就變成原初狀態的10倍。美國橡樹嶺國家實驗室的麥克布賴德博士和他的同事們研究了住在煤電廠周圍的人受到的輻射劑量,并和住在核電站周圍的人相比較,結果前者更高。不過,該文援引麥克布賴德的話說,煤廠產生的輻射給人們帶來的健康風險其實也很低,燒煤產生的其他有害氣體(比如能夠形成酸雨的二氧化硫,以及能形成煙霧的一氧化二氮)遠比輻射的危害更大。
“中國政府之所以做出重新發展核電的決定,和二氧化碳的關系不大。”李俊峰說,“主要原因在于中國燒煤燒得太厲害了,燒煤造成的空氣污染非常嚴重。”李俊峰認為,中國不是不想多建核電站,而是因為沒有能力。再加上選址越來越困難,以及民間反核的聲音不斷加大,這些因素都給核電發展帶來了一定的負面影響。“臺灣地區反核比大陸還要厲害,他們為了是否建‘核四’舉行過一次全民公投,結果被否決了。臺灣老百姓說,我們寧愿不用電,也不要建‘核四’!要想消除老百姓對核電的恐懼,必須加強宣傳。核電到現在為止只出過一次事故,結果老百姓談核色變,煤礦天天出事,大家倒不怕。”
記者提出,國際上還有一種意見認為發展核電會造成核擴散,而且核電廠很容易成為恐怖分子襲擊的目標。對此李俊峰認為,核電技術和原子彈之間雖然有聯系,但差別明顯。“中國、印度和巴基斯坦都是在擁有核電站之前就有了原子彈。”李俊峰說,“核電站用的鈾純度在5%左右,原子彈需要的純度是95%以上。原子彈最大的技術難點是鈾的濃縮,而核電站的技術核心是可控核裂變,兩者完全不同。控制不控制核電站,和原子彈沒有多大關系。”
至于說到防止恐怖分子襲擊的問題,李俊峰認為,目前核電站的防護措施很嚴格,“當然了,世界上沒有絕對安全的東西,如果恐怖分子發射一顆導彈什么的,也會造成麻煩。所以說,如果能夠找到替代能源,我們可以不搞核電,但中國目前做不到”。
二代還是三代?
既然一定要建核電站,讓我們把目光轉向技術層面,看看中國適合發展哪種核電技術。
“目前,不同的核電技術從能量生成機理上講都是一樣的,差別在于冷卻的方式不同。”劉信剛解釋說,“按照不同的冷卻方式,核反應堆分為壓水堆、重水堆和沸水堆等不同類型。目前全世界有65%的核電站采用的是壓水堆,這是西屋首創的技術。”
不過,由于很多歷史原因,中國也擁有其他一些堆型,比如秦山三期采用的就是加拿大的獨門秘技——CANDU-6重水堆。按照“發改委”能源局副局長王駿的說法:“中國核電發展最大的問題就是已有核電站種類多,技術來源雜,標準不統一。這一現狀直接造成了中國核電自主化程度低,工程造價高,標準化程度不夠。為此,中國政府經過慎重考慮后,決定把壓水堆作為主要技術路線。”
國際上還有一種分類方法,把核電技術分為一代、二代和三代。現役的大部分核電站都屬于二代,中國也是如此。李俊峰認為,不同代核電站的技術之間沒有本質的區別,主要差別在于安全性,“二代核電站加上了自動保險裝置,不需要人的參與,這就避免了出現切爾諾貝利那樣的人為事故。三代核電站則進一步完善了安全措施,發生事故的概率更低”。
同為第三代核電站,不同廠家也有不同思路。劉信剛詳細解釋了它們之間的不同:“提高安全水平有兩種做法,一種是做加法,就是不斷添加保護裝置。比如二代核電站至少有兩列保護裝置,就是雙保險,到了第三代,甚至加上了4倍保險,這樣就大大提高了安全等級。法國的EPR就是這么做的。但是,這樣做的缺點就是設備越來越多,成本自然也就上去了。于是,為了降低相對成本,這類核電站往往越做越大,比如EPR的裝機容量就達到了160萬千瓦,對電網的沖擊很大。另外,這些保險裝置都需要用電來驅動,如果突然停電,就會出問題。
“相比之下,西屋采用的是另一種思路,就是做減法。西屋的AP600就是按照這一思路設計出來的第一種‘非能動’核電站,依靠自然力完成保護動作。打個簡單比方,我們可以把冷卻水預先放置在反應堆上方,一旦出事,閘門自動打開,水依靠重力傾瀉而下,給反應堆降溫。這樣做的好處顯而易見:一來可以不需要電力,斷水斷電也沒事;二來簡化了設備出故障的概率,并且降低了成本。”
國際原子能機構對核電站的安全性要求極高,二代核電站的堆芯熔化率必須達到10-5,也就是每10萬年出現一次。這個概率看起來很低,但如果考慮到全球一共有400多個核電站,出事概率就提升了兩個數量級,聽起來就有些可怕了。三代核電站進一步降低了故障率,堆芯熔化率達到了驚人的10-7,也就是每1000萬年出現一次。
此外,第三代核電站在核燃料的利用率和發電效率方面也都比二代核電站要好。但是,中國目前運行的核電站都是二代的,中國核工業界不少人都對二代技術情有獨鐘,他們不愿看到自己熟悉的技術就這么輕易淘汰。不少人爭論說,大部分三代核電站都還處于圖紙階段,缺乏實踐的檢驗。
確實,目前已經投入商業運行的三代核電站只有日本有,他們采用的是美國GE公司開發的ABWR(先進型沸水堆)技術,而三代壓水堆目前全世界只有一臺在建,就是正在芬蘭奧爾基洛托(Olkiluoto)建設的法國EPR核電站。
“這座電站開工僅兩年就暴露出了很多核電站常見的問題。”綠色和平組織的中國能源項目主任楊愛倫對本刊記者說,“核電站的特點就是建設費用高,周期長。奧爾基洛托核電站的工期滯后了18個月,費用超出預算7億歐元。”
“法國EPR沒有通過法國國內核安全當局的全面系統審查,這也是芬蘭項目出問題的原因之一。”劉信剛說,“AP1000通過了美國核管會的詳細認證,技術上是有保證的。”
可是,畢竟已經有一座EPR電站正在建設當中,AP1000則完全是“紙上談兵”。對此疑問,劉信剛回答說:“AP1000的設計經過了美國核管會多年的全面審查和認證,并獲得最終批準。AP1000采用全部業已使用的成熟技術,美國核管會在批準AP1000設計的同時,認為不需要建造原型堆即可批量建造。美國目前新申請的20多座核電站中,有14座選擇了AP1000,說明美國人對AP1000是有信心的。我相信AP1000將會很快在全世界普及開來,成為三代核電站的主流技術。”-
來源:三聯生活周刊