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核能是安全和环境友好的能源

发布时间:2012-05-11文章来源:【字体:

  对核电要变“不了解”为“了解”;变“恐惧”为“平静”;变“非自愿”为“自愿”。

  守卫秦山核电站的武警战士

  能源已经成为我国国民经济可持续发展的一个制约因素。作为我国能源主要组成部分的煤炭,它不仅是环境污染的主要来源,其频发的灾难性工伤事故已成为社会关注的焦点,十多亿吨煤炭的运输也是构成我国运输紧张的主要因素。水电开发需要有一定的周期,其开发所引起的生态环境问题开始引起公众的关注,而且其可开发的资源也是有限的。其他可再生能源则难于在短期内形成规模。在这种情况下,加快发展我国核电产业是完全必要的。我国核电从80年代开始起步,已经建成9座核电站,2座正在建设中。我国自主设计、自主运营的秦山二期二座60万千瓦电站的建成,标致着我国已经基本具备自主设计、自主建造、自主运营大型核电站的能力。二十多年来,在发展核电的同时,铀的开采、冶炼、浓缩、元件制造等能力已经初具规模。核电设备制造也得到了相应的发展,加快发展我国核电产业是完全可能的。国际和国内的实践表明,核能是一种安全和环境友好的能源,是我国能源可持续发展的重要组成部分,也是我国近期可规模发展的现实途径。

  1. 核电链与煤电链的比较

  在比较各种能源对环境的影响时,必须采用全面的科学的方法。即不仅考虑发电厂本身,而且要考虑整个能源链。不仅考虑设施本身运行的影响,而且要考虑在制造和冶炼建设这些设施所用材料和设备时对环境的影响。以核电厂和燃煤电厂为例。核电链是指从铀的开采、冶炼、转化、浓缩、元件制造、发电、后处理到废物处理处置。煤电链是指从采煤、洗煤、运输、发电到废渣的利用和处置。在比较环境影响时,是整个链的比较,而不仅是电厂本身。在上世纪末,中国原子能研究院有关研究人员对我国核电链和煤电链对环境的影响作了较全面的评价。比较研究结果是:

  1.1对公众健康的影响。核电厂排放微量的放射性物质,从而对公众产生极微量的辐射照射,这一点已为公众所熟知。但很少有人了解,由于煤中含有微量天然放射性物质,从燃煤电站排放的天然放射性物对公众产生的辐射照射远高于核电站。煤电链产生的对公众的归一化集体剂量比核电燃料链高50倍。在浙江的一座石煤发电厂其功率比秦山一期核电厂小一个数量级,但排放的放射性物质产生的辐射剂量比秦山核电厂却高一个数量级。众所周知,燃煤电厂还排放大量含有害物质的微尘。采用健康危害评价方法比较煤电链和核电链,煤电链比核电链高一个数量级。

  1.2对环境的影响。对煤电链,在正常情况下就可观察到排出so2和nox等对森林、农作物等的明显影响。根据“我国酸沉降及其生态环境影响研究”课题的研究结果,1993年酸雨和so2对江苏等东部七省农作物造成的经济损失为37亿,对森林为60亿。估算1995年排放so2的酸沉降影响对全国农作物和森林造成的经济损失为993亿元,加上对人体健康的影响,则达1165亿元。如果加上对水体、建筑物、桥梁和设备等造成的危害,损失就更大了。对核电链,除切尔诺贝利事故外,未发现可察觉的的影响。固体废物占地面积,煤电链约为2.1×104 m2 (gwea)-1 ;核电链为1×104 m2 (gwea)-1。地表塌陷,煤电链约为1×106 m2 (gwea)-1 ;核电链要小得多,仅为1.6×102 m2 (gwea)-1 。

  我国核工业三十年辐射环境质量评价表明:核工业对评价范围内居民产生的集体剂量小于同一范围内居民所受天然辐射剂量的万分之一。核设施周围关键居民组(指所受剂量中的最大者)所受剂量基本上均小于天然本底的十分之一。即都在各省市平均天然辐射照射年剂量的涨落范围内。秦山核电厂和大亚湾核电厂运行时的环境监测结果表明,没有发现对周围辐射环境产生可察觉的影响,核电厂周围关键居民组所受剂量小于天然本底的百分之一。

  1.3核电链是排放温室气体最小的电能链,也是减小温室气体排放的经济有效手段。

  已采用生命循环的方法研究了我国煤电链和核电链的温室气体排放系数。生命循环方法是指不仅计算设施本身排放的温室气体,而且计算在生产这些设施所用原材料时排放的温室气体。

  我国煤电链温室气体排放系数为约1.3×103等效g-co2/kwh,核电链为1.3×10等效g-co2/kwh。煤电链为核电链的100倍。这一结果与国外研究结果大致相同。煤电链的结果接近国外最大值,核电链则比国外中值稍高。这是因为我国煤电链的平均技术水平相对世界水平相差较远引起的。采用较先进的煤电链技术和用核电链代替煤电链均可降低温室气体排放量。但用核电链代替煤电链更为有效。根据国外的估算,以现有燃煤电厂为基线,采用先进的燃煤技术降低温室气体排放量的价格为每吨碳85美元;采用核电厂的途径则价格仅为每吨碳29.5美元。可见核电厂是降低温室气体的有效途径。值得指出的是:在各种能源链中,包括煤、石油、太阳能、水力、生物质、风和核能链中,核能链排出温室气体是最小的。

  2.核电链是安全的工业

  对90年代中期我国现有煤电链和核电链安全比较的结果是:

  对工作人员健康的影响。从辐射照射看,煤电链为90人?sv(gwea),核电链约为8.91人?sv(gwea),煤电链约为核电链的10倍。从尘肺看,煤矿为21.6例(gwea),铀矿为4.4例(gwea)。煤矿为铀矿的5倍。⑵急性事故死亡率。煤电链为35人(gwea),核电链为0.6人(gwea)。煤电链约为核电链的60倍。可见核电链是一种安全的工业。

  核电链是安全的工业。世界核电站运行的堆年数已超过1万堆年,除切尔诺贝利事故以外,尚未发生一起对环境产生较大影响的事故。切尔诺贝利事故并不能改变“核能是安全的能源”这一结论。切尔诺贝利核电站系石墨慢化压力管式反应堆,其设计本身存在安全隐患。加上运行人员严重违反操作规定,从而导致产生了这起核电史上最严重的事故。但切尔诺贝利事故的影响被极大地夸大了,在广大公众中造成了深刻的影响。研究和澄清这些影响将是一项长期艰巨的任务。联合国原子辐射效应科学委员会综合研究和分析了有关切尔诺贝利事故的资料,在其给联合国的2000年报告书中专门论述了这个问题。其主要结论引述如下:

  “切尔诺贝利事故几乎立即造成了很多严重辐射影响。在1986年4月26日早晨出现在事故现场的600名工作人员中,134人受到高剂量照射(0.7-13.4gy)并患放射病。在这些人当中,有28人在头3个月中死亡,另外有两人在事故中因其它原因立即死亡。”。“除儿童时期受到照射之后出现甲状腺癌症增加外,没有观察到可归因于电离辐射的各种癌症发生率或死亡率的上升。人们主要关心的疾病之一──白血病(白血病是辐射照射后癌症发生潜伏期最短的病症,潜伏期一般为2-10年)的危险没有表现出增加,甚至在从事恢复工作的工作人员中也是如此。同时,也没有发现一些其他的非恶性疾病与电离辐射有关的证据。但是事故对人们的心理影响是广泛存在的,这主要是惧怕辐射,而不是由于实际受到的辐射剂量”。

  切尔诺贝利事故引起辐射急性死亡为28人,慢性效应也很小。却为何常常在报刊上出现“死亡7000人”的报导呢?俄罗斯资深防护专家l。a。伊连在所著的《切尔诺贝利:神秘与真相》一书中阐明了这一数据的来源:“1991年国外多个出版物声称7000名应急人员业已因辐射死亡。按国家统计委员会数据,1989年全苏20-49岁段的年死亡率为455/100000,此值在2-3年内无明显涨落,对于20-49岁段内30万人的群体每年死亡1326人,5-6年间合计当在6800-8200之间,此值与媒体报道的参与消除事故影响的人员中已因辐射死亡人数(6000-8000)几乎一致,事实上这是该年龄段的自然死亡数。”。值得指出的是,切尔诺贝利事故引起的辐射急性死亡人员均系工作人员,至今尚未在居民中发现急性损伤病例。

  切尔诺贝利事故后尚无有关某一物种的局部种群由于辐射照射而灭绝的报告。在所有的地区,种群均在长期慢性照射条件下生存。在随后的2-2.5年里,种群得到了恢复。没有观察到对动物种群或生态系统的持续严重影响。

  作为核电历史上发生的一次最大的事故,切尔诺贝利核电事故是在特定堆型和条件下发生的,这种类型核电站固有的安全性缺陷,和各类人员安全文化素养差等因素组合起来,使得反应堆在几秒钟内完全被破坏。这种核电站已不可能再新建,还在继续运行的也已限期进行必要的改造。而美国三哩岛事故时堆芯也被严重损坏,但由于有较好的安全系统,所以只有微量放射性核素释放到环境中。此后,人们吸取了事故的教训,不断地改进核电站的安全性。下一代的核电站的安全性将比现在核电站更好。按照国际原子能机构“国际核事件分级表”的规定,核事件分7级,1-3级为事件,4-7级为事故。切尔诺贝利事故为第7级,即特大事故。第4级为无明显厂外风险的事故,第5级为具有厂外风险的事故,第6级为重大事故。切尔诺贝利事故后,世界上核电站尚未发生过一起事故。我国核电站运行以来尚未发生过2级以上的事件。

  3.核电链是外部成本最低的电能链。核电的价格与其他能源相比是有竞争力的。

  能源链的外部成本是指在能源生产和消费过程中没有考虑的对社会和环境影响而产生的代价,也就是说,这种损害在市场价格中没有反映出来,因而在市场过程中也没有得到补偿。其中包括对自然和人造环境的物质损伤以及对休闲、娱乐、美学和对个人利益的其他影响。传统的经济评价是忽略这些影响的。从可持续发展的观点看,这些成本是应考虑在内的。并应尽可 能的内部化。

  对欧洲不同能源链外部成本研究的结果表明:煤电链最高,每千瓦时为15毫欧元;核电链最低,每千瓦时为0.4毫欧元;水和风电链居中,每千瓦时为2.2毫欧元。煤电链外部成本为内部成本的3.2-17%,核电链为0.4-8.2%。采用自愿支付法和人力资本法,对我国煤电链初步估算的结果分别为6.29×10-2元和4×10-2元。设煤电链内部成本为0.14元/kwe?h。我国煤电链外部成本分别为内部成本的44.9%和28.6%。与国外相比显然要高得多。因为:⑴我国燃煤电厂没有安装脱硫装置,发达国家一般均装有脱硫装置,脱硫装置的脱硫率一般高于80%,故我国so2的归一化排放量比发达国家要高约5倍;⑵我国气载流出物过滤效率平均约为90%,发达国家一般高于98%,故气载流出物归一化排放量可能要高约一个量级;⑶我国煤电链事故死亡率比国外平均值要高得多。国外煤电链归一化死亡率为0.39/(gwe?a),我国仅考虑采煤就达25/(gwe?a)。如果考虑运输,这一数值就达约35/(gwe?a);⑷我国燃煤电厂的能量转换率平均值低于发达国家。

  综上所述可见,从可持续的观点看,把以外部成本基本上没有内部化的煤电内部成本为基础的电价,与外部成本基本上已经内部化的核电内部成本为基础的电价相比较显然是不恰当的。对于我国能源链外部成本的研究,现在还刚刚开始,但从煤电链的初步研究看,在还有许多因素没有考虑的情况下,煤电链外部成本已达内部成本的28.6%-44%。核电链的外部成本是最低的。

  核电站由于工程大、设备要求严、安全性要求高,造价确实比较高,但是我国核电站造价与国际上同类同期项目相比较还是较低的,已建的6个核电项目11台机组,每千瓦建成价(即比投资)1800美元左右,随着核电发展特别是国产化自主化进程将不断下降至1500美元,甚至1200美元。实际上秦山二期已下降到1330美元。由于核电站寿命40年-60年,加之负荷因子一般可达75%-90%,其投资造成发电的投资成本并不算高,特别是在投资回报以后;核电站的燃料成本、运行成本较低,全寿期的发电成本、上网电价完全可以和煤电比较,在国际上已经有很多国家核电发电成本优于本国气电和煤电。我国大亚湾中外合资核电站在上世纪九十年代初投入商业运行,70%电量售给香港,尽管当时造价较高,又处于还贷期,但能保证中外投资者得到相应的回报。说明中国核电站经济性是很好的。

  近年来,核电价格不断降低。1999年美国核电的平均价格已下降到每千瓦时1.9美分,而天然气发电为每千瓦时3.4美分。我国大亚湾核电站在2014年合营期后的30_40年运行期,发电成本预计可达到每千瓦时1.8美分。随着社会的发展和技术的进步,核电厂的建造费用将下降;而煤电厂因需要装静电除尘、烟气除硫和选择性催化还原等设施以降低外部成本,建造费用将增加。两者的建造费用将逐渐趋于基本相同。由此可见:核电从经济上看也是有竞争力的。

  4. 铀资源能保证中国核电的大力发展

  在核电的发展中,人们担心的一个问题是“铀资源是否能够适应核电的发展”。回答应该是肯定的。首先,我国已经探明相当数量的经济可采的铀资源,可以满足2020年前核能发展的需要。从已有地质勘探资料看,我国可能是一个铀资源相当丰富的国家,我国还有相当大面积的区域没有进行普查,已经进行详查的区域钻探深度也均在500米以上,预计还有很大的潜力。其次,根据国际原子能机构的估算,世界已探明的经济可采铀资源可供世界核电站使用50年以上。通过国际贸易可以购买所需铀产品,也可以通过双边合作开采海外铀资源。第三,通过乏燃料的后处理,利用回收的铀和钚,可以使铀的利用提高1倍。发展快中子堆,可以使利用率增加几十倍。即世界已探明的铀资源可供利用几千年。在实现聚变能利用以后,则应认为不存在资源限制问题。第四,与燃煤电站煤的价格对电价影响很大不同,铀的成本仅占核电成本的2-3%。铀价的变化对电价影响很小。前面所说的“经济可采”铀资源变化是可以很大的。价格提高,“经济可采”资源量也就增大。铀资源也就不仅限于常规铀资源了。如果能够实现海水提铀,那铀资源实际上就是“无限”了。综上所述可见,铀资源不可能成为核电发展的不可克服的制约因素。

  5.核安全和放射性废物管理——核能发展的生命线。

  确保核安全,积极推进放射性废物管理,是保证核能顺利发展的关键。核电发展的历史表明,核电是一种安全、清洁的能源。但我们也要牢记切尔诺贝利事故的沉痛教训。确保核电站不出现任何事故,并使事件降低到尽可能低的水平。加强废物管理,使废物产生量减少到尽可能少的水平。

  我国核工业和核能发展的历史表明,核工业是安全的工业,核能是安全清洁的能源。为保证核工业的安全,在创业和初期就成立了局级的专门安全机构。为了保证核电的安全,在1984年成立了国家核安全局。我国核工业从上世纪中叶创业以来,没有发生过一起辐射致死的事故,没有一例急性放射病,也没有发生过对环境产生明显影响的事故。我国核电站安全运行的业绩也是良好的。大亚湾核电站安全运行得到了国际上的好评。秦山核电站实现了连续运行447天的成绩。但在此同时,我们也应看到我们的差距。从整体上说,我国安全文化素养还有待提高,公众沟通和透明性也需加强。为了进一步提高我国核电的安全性,建议我国有关部门制定以核安全为主的具体考核指标,其中包括安全文化素养和利益相关者的参与等。为了加强核安全的基础研究,成立专门的核安全研究所也是必要的。

  我国中低放固体废物处置取得了较好的进展。建成了西北和岭澳中低放固体废物处置场。但华东和西南处置场还有待建设。放射性废物最少化在核电站取得了一定进展,但从整体上看,还处于起步阶段。高放废物处置的研究工作虽然从80年代后期就开始起步,也取得了不少好的成绩。但从整体上看还处于实验阶段。即使按照现在的设想,在2020年左右建成地下实验室,也比国外发达国家晚40年。为了实现核电的可持续发展,有必要把高放废物处置作为优先主题列入国家中长期科学技术发展计划。

  从科学上和工程上看,核电是一种安全、清洁的能源。但是由于历史的原因,人们总是把核电与核爆炸不恰当的联系在一起。加上核辐射是无色、无臭、无味的,以及辐射效应的可能滞后性,增加了人们的恐惧感。这就使得在相当多的国家和地区,核电尚未被大多数公众所接受,这种认识上的差异是影响核能发展的重要因素。为了提高公众的可接受性,当然首先要进一步提高核能的安全性,任何较大的事故均可能严重影响核能的可接受性。日本1999年9月30日发生的东海村jco核燃料后处理公司发生的“临界事故”,使认为核设施安全和比较安全的公众比例从62.6%下降到13.5%,支持政府核电政策的公众从81.9%下降到32.2%。实际上,“临界事故”是不可能对环境产生明显影响的。但这一事故,不仅影响了日本的公众,而且对我国也产生了影响,导致有关部门采取了一些完全没有必要的行动。在此同时,核能界也有必要反思自己的工作和行为,开展核能可接受性的研究。核能界应增加自身的透明度,加强与社会和媒体的沟通,研究和改善沟通的方式和渠道。核电链与煤电链相比,具有风险非自愿、不了解、有恐惧感和控制能力小等特征,而这些特征均可能导致对核能风险的过高估计。可见提高公众可接受性的关键在于改善核能的风险特征。通过沟通和研究,变“不了解”为“了解”,变“恐惧”为“平静”;从而导致变“非自愿”为“自愿”。(作者:中国工程院院士 潘自强 来源:科技中国)

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