中國長期以來,以煤炭為主的能源結構不僅已無法適應經濟的快速發展,也造成了較嚴重的社會能源、環境問題。所以,核能是目前唯一達到工業應用、可以大規模替代化石燃料的能源。
近年來,我國核電呈現快速發展的態勢。截至2017年6月30日,我國投入商業運行的核電機組共36臺,運行裝機容量達到34718.16MWe。在建核電機組21臺,裝機容量2344萬千瓦,在建規模居世界首位。
雖然我國核電技術走向了世界,但國內核電的發展,似乎不容樂觀。棄核、核安全以及乏燃料處理,正困擾著我國核電。
核電陷入邊建邊棄困境
據統計,2016年我國核電在運機組共35個,全國核電機組按發電能力可生產2428億度電,但實際完成的計劃電量為1829億度,參與市場交易消納137億度,總計損失電量462億度,棄核率達19%。
全國政協委員、中國廣核集團董事長賀禹在提到棄核問題時表示,“去年我們核電棄發430億千瓦時,這個量相當于全國35臺投入運行的機組里有7臺處于停機狀態。”
而根據國家能源局發布的《2017年能源工作指導意見》,今年將有8臺核電機組開工。顯然,如不解決消納問題,核電將陷入如同風電、光伏發電一樣“邊建邊棄”的困境。
與太陽能發電、風電項目相比,核電具有安全質量標準高、單體投資大、建設周期長、技術和資金密集等特點。國家花費巨大代價建成一座核電站,就應充分發揮其作用,不應使核電發電能力和資產出現閑置。在賀禹看來,“核電如果不能按照基本負荷運行,不能保證滿發多發,本身就是一種嚴重浪費。”
為了解決消納問題,國家發改委和國家能源局聯合印發了《保障核電安全消納暫行辦法》。這份文件明確了核電保障性消納的基本原則為"確保安全、優先上網、保障電量、平衡利益",提出核電機組應按發電能力滿發運行來安排年度計劃電量,電網企業應盡量減少安排核電機組調峰,同時鼓勵通過電力直接交易等市場化方式促進消納,并提出跨省區消納,要求地方積極配合。
核電安全性受質疑
棄核問題雖然嚴重,但真正阻礙我國乃至世界核電發展的,卻始終是安全問題。
對大眾來講,核電主要存在兩方面威脅,一方面是爆炸,另一方面是核輻射。
首先,核電站內的反應堆,不可能像原子彈那樣爆炸。原因很簡單,核反應堆的燃料鈾不純。能夠發生鏈式反應的鈾為鈾235,核彈要求鈾235的純度在90%以上。而核電站反應堆只有3%左右的鈾235,完全無需擔心鏈式反應所造成的爆炸。
其次,核電站日常輻射量可以忽略,核泄漏所引發核輻射的可能性也非常低。在不發生事故的情況下,核電廠日常輻射量非常小,比環境本體輻射量還要小很多。核能專家指出,核電廠幾乎比所有的工業都要安全,其周圍的輻射量,甚至比一般的火電廠要小很多。
那么在安全問題上,唯一應該擔心的,便是核泄漏所引發的核輻射。
目前為止,世界上影響較大的核事故主要有三起,包括美國三哩島核事故、蘇聯切爾諾貝利核事故和日本福島核事故。
美國三哩島核事故并未造成人員傷亡和實質性影響。1979年3月38日清晨,美國建在賓夕法尼亞洲哈里斯堡東南16公里的三哩島核電站,第二號反應堆發生了一起嚴重的失水事故,反應堆的堆芯部分熔化,大部分燃料元件損壞或熔化,放射性裂變產物泄漏到安全殼內,但并未外泄,對環境造成了輕微影響。
切爾諾貝利核事故是技術落后和人為原因的結果。1986年4月26日,由于操作人員違反規章制度,切爾諾貝利核電站第四號反應堆大起火,并發生化學爆炸(并非核爆炸),其輻射量相當于400顆美國投在日本的原子彈。事故導致32人當場死亡,環境保護組織綠色和平組織2006年發表的報告稱,切爾諾貝利核事故導致27萬人患癌,間接死亡人數達9.3萬。此外,切爾諾貝利核電站沒有絕大多數核電站具有的安全殼。這次事故被稱作歷史上最嚴重的核電事故,切爾諾貝利城因此被廢棄。
日本福島核事故有自然災害和安全措施不完善兩方面原因。2011年3月11日,日本東北太平洋地區發生里氏9.0級地震,繼而發生海嘯,導致福島核電站受到嚴重影響,第一核電廠的放射性物質泄漏,1、3、4號機組發生氫氣爆炸。日本政府將福島第一核電站報廢處理分為三個階段:核污染水處理、核燃料取出和核電站整體拆除“廢爐”。整個處理計劃耗時約35年。但是,由于輻射量非常大的問題,相關作業進展不順利,原定于2017年內開始的3號機組燃料棒取出作業,延后至2018年中期實施。這是繼2015年6月第二次推遲工程進度。屢次的推遲工作,足以見核泄漏影響的長久。
國際上把核設施內發生的有安全意義的事件分為七個等級,這三次事故中,美國三哩島核事故為5級,切爾諾貝利核事故和福島核事故均為7級。
全球核電產業停滯
美國三哩島核事故和切爾諾貝利核事故后,人類利用核能的安全性受到質疑,核電發展受阻,世界各國建設核電站腳步放緩。而福島核事故,更是讓開始出現復蘇的核電產業,再次受到嚴重打擊。
福島核事故引發了國際組織和各主要核電國家的高度關注。時任美國總統的奧巴馬下令對美國所有核電站進行全面檢查,加拿大在要求全國核電廠進行檢查,歐盟也立即展開了核電廠風險和安全評估,而日本本國則暫停了所有核電廠。
我國也立即做出反應,福島事故發生5天后,國務院出臺了“國四條”,要求對全國在運在建核電機組進行安全檢查,暫停審批核電項目?!赌茉窗l展“十二五”規劃》中,原本計劃到2015年核電裝機量達0.4億千瓦,隨著福島核事故的影響,2015年我國核電裝機量只達到了0.27億千瓦。
同時,福島核事故影響了全世界對核電的態度。核電供應占全國供電量40%的瑞士表示,現有核電站將于2019年至2034年陸續達到最高使用年限,之后不再重建或更新核電站。德國宣布將于2022年前關閉國內所有核電站。比利時計劃從2015年到2025年逐步關閉其核反應堆,盡管核電提供了全國50%左右的電量。法國、愛爾蘭、意大利、瑞典、芬蘭等國,也紛紛表示棄核或者降低核電比例。
乏燃料處理成為難題
除了核事故之外,乏燃料的處理問題也是阻礙核電發展的重要因素。
乏燃料是核反應堆經過輻射照射、使用過的核燃料,其鈾含量低,已無法繼續維持核反應。乏燃料仍然含有大量可利用物質,經過后續回收處理,最終轉變為不再需要并具有放射性的核廢料。
核廢料擁有極強的放射性,且其半衰期長達數千年、數萬年甚至幾十萬年之久。在幾十萬年后,這些核廢料還能傷害人類和環境,因而如何安全、永久地處理核廢料是科學家們一個重大的課題。
從核電商用到現在,全球已經積攢的大量乏燃料和核廢料,這些物質的處理問題迫在眉睫。目前,世界上大多數乏燃料處理并沒有采取有效的措施,而是處于暫存狀態。
經過多年的試驗與研究,目前世界上公認的最安全可行的核廢料處理方法就是深地質處置,即將高放廢料保存在地下深處的特殊倉庫中永久保存。但到現在為止,還沒有一個國家能夠找到安全、永久處理高放射性核廢料的辦法。
大的有核國家,比如美國、俄羅斯都在他們本國找到了暫時存儲核廢料的地點。2010年美國國會通過,決定在美國西部內華達州沙漠地區存放美國核廢料。俄羅斯決定在西伯利亞無人區建立核廢料存放地,并歡迎其他國家付費存放。部分人口密集的有核國家很難找到合適的核廢料存儲地,而德國宣布不再新建核電站也與此原因有關。
我國不會放棄核電
棄核、核安全以及乏燃料的處理,共同制約著我國核電的發展。但作為能源消耗大國,我國不可能放棄核電。
福島核事故之后,國家能源局原局長張國寶表示,作為一個人口眾多、能源問題十分突出的大國,中國不可能放棄核電。
“十三五”規劃中指出,日本福島核事故影響了世界核電發展進程,但在確保安全的前提下,主要核電大國和一些新興國家仍將核電作為低碳能源發展的方向。
核電是我國的發展清潔能源的必然選擇,但幾次核事故帶來的教訓不可忽視,也讓我國在核電站設計、選址、審核方面變得更加嚴格。
事故發生之后,中國核電之父、中國科學院院士、核反應堆與核電工程專家歐陽予曾表示,福島核電站屬于第二代核電站,在安全設計上存在不足。為了提高核電的安全性和經濟性,我國把重點放在建設第三代核電機組上。
賀禹介紹,我國在運、在建核電站均采用了更加成熟和更先進的核電技術,固有安全性更高。且在我國核電站的設計中,已經考慮了當地歷史上曾經出現的最嚴重的地震、海嘯、熱帶風暴、洪水等自然災害的因素,能夠自動或者手動安全停堆,擁有足夠安全性。他提到,我國核電站從未發生過國際核事件分級表2級及以上運行事件,安全狀況良好。
技術進步提高核電安全性
事實上,核電發展到現在,已經有了非常高的安全保障。核泄漏發生的可能性,也微乎其微。
資料顯示,在目前核電站多重安全屏障的保護下,發生嚴重事故的幾率極低,從概率上來講,一個反應堆大約運行10萬年才有可能存在一次,而目前新建的第三代機組發生事故的頻率更低。
比較三次核事故:美國三哩島核電站使用的是壓水堆,因為安全殼的緣故并沒有造成人員損失和環境污染;切爾諾貝利核電站使用的是石墨堆,且沒有安全殼保護;福島核電站使用的是沸水堆。而現在的壓水堆核電廠反應堆中,有很完善的措施來保證放射性物質不會外泄。我國在運的核電站,使用的均是壓水堆。
此外,核電站的安全性能也隨著技術的進步而提高。經過第一代試驗性的“原型堆”,目前在運的核電站大部分屬于第二代商業堆。歷經幾次核事故的教訓,第三代核電站技術被提出并完成了全部工程論證、試驗工作和初步設計,它將成為下一代核電站的主力堆型,我國“華龍一號”就屬于第三代核電站技術。
因而,核電站有著極高的安全性,大眾無需如此排斥。
內陸核電站爭議大
我國無法放棄核電,同時希望由核電大國轉變為核電強國。既然如此,作為一個土地面積遼闊又資源消耗巨大的國家,只建設沿海核電站必然無法供給足夠多的能源,對內陸核電站建設的需求也愈來愈大。但到目前為止,國內沒有任何一個內陸核電站建設完成,這又是什么原因呢?
由于核電站的運行需要大量冷卻水,因而內陸核電站的建設需選擇水資源豐富的地方。如第一批獲得國家發改委“路條”的湖南益陽桃花江核電站、湖北咸寧大畈核電站、和江西九江彭澤核電站,均選址于長江支流或水庫附近。如此一來,這些核電站一旦發生泄露事故,會污染整個下游,造成極其嚴重的損失。
福島事故后,我國內陸核電站陷入停滯狀態。前期準備中的湖北咸寧、湖南桃花江、江西彭澤三座內陸核電站或停工、或遷址。之后,關于內陸核電站是否應當重啟,引發了極大的爭議。
國務院發展研究中心研究員王亦楠認為,內陸核電不適合我國國情,同時在內陸建設核電站,必須“萬無一失”、“絕對可靠”地保證源源不斷的冷卻水供應(為火力發電站的數倍)。2014年,他在《我為什么不贊成重啟內陸核電》一文中表示,內陸核電站因為缺少冷卻水而運行困難、前景黯淡。
中科院院士何祚庥在2012年指出,必須立即停止在中國內陸地區建造任何核電站。他認為,萬一出現核事故,海邊的核電站還可能將放射性廢水向大海排放,而一旦內陸核電站出現核泄漏,污染了地區水源和地下水,將是影響人類生存發展的大問題。
有反對聲,就必然存在支持聲。雖然福島核事故之后,我國官方明確表示“十二五”不安排內陸核電項目,但隨著我國能源、治霾壓力與環保需求的加大,以清潔取勝的核電項目重啟之聲也愈來愈大。
自內陸核電站延緩建設以來,地方呼吁重啟內陸核電的聲音從未停止。一位核電行業專家透露,“現在,湖北、湖南、江西都強烈要求建設內陸核電站,這些省份不產煤,電力供應很緊張。”
湖南省桃花江核電站從2006年開始啟動,截至2013年底,項目簽約金額近160億元,累計完成固定資產投資46.3億元。從2013年開始到2016年,湖南代表團連續四年兩會提議重啟桃花江核電站。2014年,湖南代表團以全團名義提議盡早啟動內陸核電項目建設。2016年,湖南決定成立桃花江核電站建設項目協調小組,并以全國政協委員、湖南省政協主席陳求發為第一提案人,呼吁盡早啟動湖南桃花江核電站建設。
但內陸核電站何時能重新啟動,依舊沒有明確的政策指導。
2017年兩會期間,國家能源局局長努爾?白克力表示,“要確保國家的能源安全和結構調整,發展核電肯定是一個必然的選擇。但是在‘十三五’期間,對內陸核電,沒有明確時間表。‘十三五’規劃綱要和能源‘十三五’規劃中,對內陸核電的表述就是兩個方面,一是繼續做好核電項目的前期論證,二是做好廠址保護工作。我可以負責任的講,‘十三五’期間,沒有內陸核電要開工的任何決策層面的意見。”
核廢料處置庫未建成
除了內陸核電站重啟問題,我國對乏燃料的處理也停滯不前。
正是因為技術難度大,存在安全隱患,大眾對于乏燃料后處理工作存在質疑,我國乏燃料后處理工程舉步維艱。去年,中法合作計劃建設的“核循環”項目前期選址工作,在連云港居民的抗議聲中被暫停。
盡管乏燃料后續處理能夠有效利用資源,但由于后處理花費大且麻煩,世界上很多國家依然將乏燃料直接作為核廢料處理。目前,我國已經建設有兩座中低放射核廢料處置庫,分別位于甘肅玉門和廣東大亞灣附近的北龍,并準備再建兩座,但還沒有一座高放射處置庫。
我國原計劃在2030年-2040年建成高放射性核廢料處置庫,然而到目前為止,選址工作依舊沒有完成。在核廢料庫建成之前,所有的高放射性核廢料只能暫時貯存在核電站的硼水池內。從中國第一座核電站秦山核電站1994年投入商業運行,到現在為止,各核電站的硼水池已經積攢了大量核廢料,它們急需處理。
中國工程院院士周永茂在提到核廢料的處理問題時表示,“在核廢料、乏燃料的處理上,到目前為止,我國還沒有一個很好的長遠計劃。”
即便如此,我國也在積極推進放射性廢物治理。3月23日,國務院批復的《核安全與放射性污染防治“十三五”規劃及2025年遠景目標》中,安排了核設施退役及放射性廢物治理重點工程,要求推進核設施退役及放射性污染治理,開展放射性廢物處理設施和放射性廢物處置場建設。
第四代核電技術有望突破困境
雖然目前核廢料沒有完美的處理辦法,但科學研究還是給我們帶來了希望。
2000年,美國發起了第四代核能系統,其目的除了解決核能的經濟性、安全性、防止核擴散問題之外,也包括了減少廢物的產生。
據了解,微軟公司創始人比爾?蓋茨對第四代核電技術充滿興趣。他所執掌的美國泰拉能源致力于研發一種新的核電技術——TravelingWaveReactor(行波堆),這項技術主要是燃燒核反應堆中被作為廢料的鈾238,即把廢棄的核材料變為燃料。
我國核電企業與泰拉能源早有合作。從2009年開始,比爾?蓋茨就曾多次來華進行技術交流。近日,國家能源局副局長李仰哲在北京會見美國泰拉能源公司董事長比爾?蓋茨,雙方就行波堆項目合作等深入交換了意見,并在會后共同見了相關合作協議的簽署。
此外,第四代反應堆國際論壇(GIF)還針對四代堆提出了六種有望實現商業化的堆型,包括鉛冷快堆、鈉冷快堆、氣冷快堆、超臨界水冷堆、超高溫氣冷堆和熔鹽堆。期望這些四代堆能從根本上解決目前的困境。
責任編輯: 江曉蓓