世界是否需要核能

世界是否需要核能一、 摘要及關(guān)鍵字隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源與環(huán)境這兩個(gè)問題日益突出。核能的利用正與這兩個(gè)問題密切相關(guān)。核能已經(jīng)在當(dāng)今世界能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)了很大一部分，2006年的調(diào)查顯示，核能滿足了78%的法國(guó)電能需求。但是關(guān)于核能的利用一直存在著爭(zhēng)議，因?yàn)槟切┓派湫院藦U料會(huì)被無限期保存起來，這就有可能造成泄漏或爆炸，有些國(guó)家可能借應(yīng)用核能的名義來大量制造核武器。福島核電站事故更是讓各國(guó)政府再次考慮核能的利用。本文將從各方面討論核能的利弊。關(guān)鍵字核能環(huán)境安全二、 引言美國(guó)每年產(chǎn)生的核能居全世界首位，美國(guó)人消耗的電能中有20%來自于核能。如果按核能占總電能的百分比來看，法國(guó)則為全球第一。2006年的調(diào)查顯示,核能滿足了78%的法國(guó)電能需求。⑵⑶歐盟需要的30%的電能來自核反應(yīng)。同］各國(guó)的核能政策均各有不同。圖表1法國(guó)核電發(fā)電比例極高，圖為法國(guó)核電廠位置。核能是一種儲(chǔ)量充足并被廣泛應(yīng)用的能量來源，而且如果用它取代化石燃料來發(fā)電的話，溫室效應(yīng)也會(huì)減輕。國(guó)際間正在進(jìn)行對(duì)于改善核能安全性的研究，科學(xué)家們同時(shí)還在研究可控核聚變和核能的更多用途，比如說制氫（氫能也是一種被廣泛提倡的清潔能源），海水淡化和大面積供熱。1979年的三哩島核泄漏事故和1986年的切爾諾貝利核事故使美國(guó)放緩了建造核能發(fā)電廠的步伐。后來，核能在經(jīng)濟(jì)與環(huán)境兩方面的益處使聯(lián)邦政府又開始重新考慮它。公眾也對(duì)核能很感興趣，不斷飆升的油價(jià)，核能發(fā)電廠安全性的提高和符合京都議定書規(guī)定的低溫室氣體排放量使一些有影響的環(huán)境保護(hù)論者開始注意核能。有一些核反應(yīng)堆已處于建造當(dāng)中，幾種新型核反應(yīng)堆也在計(jì)劃之中。

關(guān)于核能的利用一直存在著爭(zhēng)議，因?yàn)槟切┓派湫院藦U料會(huì)被無限期保存起來，這就有可能造成泄漏或爆炸，有些國(guó)家可能借應(yīng)用核能的名義來大量制造核武器。核能的擁護(hù)者說這些風(fēng)險(xiǎn)都是很小的，并且應(yīng)用了更先進(jìn)的科技的新型核反應(yīng)堆會(huì)將風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步降低。他們還指出，與其它化石燃料發(fā)電廠相比，核能發(fā)電廠的安全記錄反而更好，核能產(chǎn)生的放射性廢料比燃燒煤產(chǎn)生的還少，并且核能可以持續(xù)獲得。而核能的反對(duì)者，包括了大部分主要的環(huán)境保護(hù)組織，認(rèn)為核能是一種不經(jīng)濟(jì)，不合理且危險(xiǎn)的能源（尤其是與可再生能源相比），而且他們對(duì)新技術(shù)能否減低成本和風(fēng)險(xiǎn)也存在著爭(zhēng)議。二、核能的優(yōu)點(diǎn)3.1、 綠色核能發(fā)電的方式是：利用核反應(yīng)堆中核裂變所釋放出的熱能進(jìn)行發(fā)電。核能發(fā)電不會(huì)排放巨量的污染物質(zhì)到大氣中，不會(huì)造成空氣污染。尤其是同火電站相比，核能發(fā)電不會(huì)產(chǎn)生地球溫室效應(yīng)的〃罪魁禍?zhǔn)住ㄒ欢趸?。核電站設(shè)置了層層屏障，基本上不排放污染環(huán)境的物質(zhì)，就是放射性污染也比燒煤電站少得多。3.2、 儲(chǔ)量大從燃料資源上而言，地球有望供應(yīng)。世界上有比較豐富的核資源，核燃料有鈾、釷氘、鋰、硼等等，全球鈾的儲(chǔ)量約為417萬噸。地球上可供開發(fā)的核燃料資源、可提供的能量是礦石燃料的十多萬倍。3.3、 運(yùn)輸成本低核燃料能量密度比起化石燃料高上幾百萬倍，故核能電廠所使用的燃料體積小，運(yùn)輸與儲(chǔ)存都很方便。例如，核電廠每年要用掉80噸的核燃料，只要2支標(biāo)準(zhǔn)貨柜就可以運(yùn)載。如果換成燃煤，需要515萬噸，每天要用20噸的大卡車運(yùn)705車才夠。四、核能的風(fēng)險(xiǎn)4.1、事故或襲擊核能的反對(duì)者認(rèn)為，核反應(yīng)堆的一個(gè)主要缺點(diǎn)就是它面臨著核事故和恐怖分子襲擊的威脅，這樣的話大量平民都會(huì)受到輻射線的照射。核能的支持者認(rèn)為，在一個(gè)設(shè)計(jì)得很好的反應(yīng)堆中，核泄漏的風(fēng)險(xiǎn)是非常小的，因?yàn)樗陌踩到y(tǒng)經(jīng)過了精心的設(shè)計(jì)，并且核工業(yè)將核事故看得很嚴(yán)重，對(duì)它的關(guān)心程度遠(yuǎn)比煤電廠和水電廠高。［34在大面積的范圍內(nèi)造成了災(zāi)難的切爾諾貝利核電站，實(shí)際上是結(jié)合了很危險(xiǎn)的RBMK反應(yīng)堆，缺乏安全殼的建筑物，不精心的保養(yǎng)和缺失安全的規(guī)章的一種產(chǎn)物。與西方使用的幾乎所有核反應(yīng)堆不同的

是，RBMK型反應(yīng)堆有一個(gè)危險(xiǎn)的正空泡系數(shù)（en:voidcoefficient）,這意味著一個(gè)零部件的失靈就會(huì)使反應(yīng)堆產(chǎn)生越來越多的熱和射線，直到反應(yīng)堆破裂為止。即使是在三哩島核泄漏事故這個(gè)蘇聯(lián)之外最嚴(yán)重的民用核設(shè)施的事故中，壓力容器和安全殼建筑物也沒有破裂，只是核反應(yīng)堆的核心熔毀，向自然界釋放出了非常少量的射線（比生物圈放出的射線都要少）。閃而福島第一核電廠事故則是反核的最佳例子，在重大災(zāi)難時(shí)，核燃料與核廢料可能失去冷卻系統(tǒng)，若無法及時(shí)冷卻，高溫高壓會(huì)摧毀圍阻體，但搶救需要仰賴死士、非常不道德；而增加核電廠安全上的花費(fèi)或等待機(jī)器人技術(shù)成熟是避免這些問題的方法，但發(fā)展再生能源可能比較廉價(jià)及低風(fēng)險(xiǎn)。4.2、核武器擴(kuò)散核能的反對(duì)者指出，核技術(shù)經(jīng)常是軍民兩用性質(zhì)的，民用核計(jì)劃中用到的材料和技術(shù)都可以用于發(fā)展核武器。能夠防止核擴(kuò)散是核反應(yīng)堆的主要設(shè)計(jì)指標(biāo)之一。在大多數(shù)國(guó)家中，軍用和民用的核技術(shù)經(jīng)常與該國(guó)的核能力一起被提及。比如說,在美國(guó)，能源部的首要目標(biāo)是“增強(qiáng)美國(guó)的公民，經(jīng)濟(jì)和能源的安全性；為了達(dá)到此目標(biāo)，還要鼓勵(lì)科學(xué)上和技術(shù)上的創(chuàng)新；并且消除公民對(duì)于核武器的恐懼?！保?7］大部分核反應(yīng)堆中的濃縮鈾的濃度對(duì)于制造核彈來說太低。大多數(shù)核反應(yīng)堆使用的是濃度為4%的濃縮鈾；原子彈小男孩用的是80%的濃縮鈾；雖然低濃度的濃縮鈾也可以用來制造原子彈，但是濃度的下降會(huì)使炸彈的最小尺寸變得出奇的大，這是很不切實(shí)際的。但是，用來為發(fā)電制造濃縮鈾的工廠和技術(shù)也可以制造核彈所需的高純度濃縮鈾。［48］另外，核反應(yīng)堆在工作時(shí)制造出的钚，如果在再處理時(shí)進(jìn)行濃縮的話，也是可以用來制造核彈的。雖然在一般核反應(yīng)堆的核燃料循環(huán)中制造出來的钚中，钚-240的低濃度使它沒有成為制造武器的理想材料，但是還是可以由它制造出有用的武器。［49］如果一個(gè)核反應(yīng)堆所在的核燃料循環(huán)非常短，那么具有武器級(jí)濃度的钚就可以被制造出來。但是，在許多反應(yīng)堆中進(jìn)行這種活動(dòng)是很難掩人耳目的，因?yàn)橛妹裼煤朔磻?yīng)堆來制造核武器需要經(jīng)常關(guān)閉核反應(yīng)堆來添加核燃料，而這在衛(wèi)星圖片上是清晰可見的。4.3環(huán)境4.3.1空氣污染無放射性的水蒸氣是核電站在運(yùn)行時(shí)釋放出來的主要排泄物。⑹］核裂變會(huì)產(chǎn)生一些氣體，比如說碘-131和氙-133。這些氣體主要會(huì)被封在燃料棒中，但是在假定的事故中，會(huì)有少量氣體被釋放到冷卻劑中?；瘜W(xué)物品控制系統(tǒng)會(huì)將放射性氣體隔離，這些氣體需要被存放很長(zhǎng)時(shí)間（半衰期的幾倍），直到它們變的安全。碘-131和氙-133的半衰期分別為8.0天和5.2天，因此它們需要被儲(chǔ)藏好幾個(gè)月的時(shí)間。4.3.2廢熱核反應(yīng)堆需要冷卻，典型的是用水來冷卻(有時(shí)不是直接的)。使用水來將能量從一個(gè)熱源帶走，需要一個(gè)冷源，這個(gè)過程叫做蘭金循環(huán)(Rankinecycle)。能通過蘭金循環(huán)來轉(zhuǎn)化為能量的熱是有限度的。多余的熱量需要當(dāng)作廢熱來排放掉，這時(shí)就需要冷卻水了。河流是最常用的冷卻水來源，也是廢熱的排放地點(diǎn)。廢水的溫度必須受到限制，否則會(huì)將河中的魚殺死；生物圈中比一般水溫度高的熱水是一個(gè)潛在的長(zhǎng)期隱患。在大多數(shù)新的核電站中，這個(gè)問題被冷卻塔解決了。廢水對(duì)于所有的傳統(tǒng)供電廠，包括煤，石油和天然氣供電廠都是一個(gè)問題，因?yàn)樗鼈兌伎恐m金循環(huán)來產(chǎn)生能量。這四種供電廠只是在熱源上有所不同。對(duì)于限制廢氣溫度的需求也會(huì)限制住發(fā)電能力。在極熱的天氣中，用電量是最高的，但是這時(shí)核電站的發(fā)電量卻可能會(huì)下降，因?yàn)楹穗娬局欣鋮s水的溫度會(huì)變得更高，這樣它的冷卻效率就會(huì)降低。在改進(jìn)核電站的設(shè)計(jì)時(shí)，工程師們會(huì)考慮到這點(diǎn)，因?yàn)槔鋮s能力的增加會(huì)讓建造資金也增加。五、 其他清潔能源是否可代替核能5.1太陽能5.1.1分散性到達(dá)地球表面的太陽輻射的總量盡管很大，但是能流密度很低。平均說來，北回歸線附近，夏季在天氣較為晴朗的情況下，正午時(shí)太陽輻射的輻照度最大，在垂直于太陽光方向1平方米面積上接收到的太陽能平均有1000W左右；若按全年日夜平均，則只有200W左右。而在冬季大致只有一半，陰天一般只有1/5左右，這樣的能流密度是很低的。因此，在利用太陽能時(shí)，想要得到一定的轉(zhuǎn)換功率，往往需要面積相當(dāng)大的一套收集和轉(zhuǎn)換設(shè)備，造價(jià)較高。5.1.2成本目前太陽能利用的發(fā)展水平，有些方面在理論上是可行的，技術(shù)上也是成熟的。但有的太陽能利用裝置，因?yàn)樾势?，成本較高，總的來說，經(jīng)濟(jì)性還不能與常規(guī)能源相競(jìng)爭(zhēng)。在今后相當(dāng)一段時(shí)期內(nèi)，太陽能利用的進(jìn)一步發(fā)展，主要受到經(jīng)濟(jì)性的制約。5.2風(fēng)能5.2.1占地面積廣2010中國(guó)裝機(jī)總量為9.6萬億千瓦，如果全采用風(fēng)力發(fā)電，經(jīng)計(jì)算，需要100萬平方公里那么大的面積，相當(dāng)于一個(gè)西藏的面積。但是并不是所有地區(qū)都適合風(fēng)力發(fā)電。六、 結(jié)論雖然核能有安全問題，但在相比較下，核能將主導(dǎo)未來。七、 我國(guó)核電發(fā)展趨勢(shì)從“十一五”開始，我國(guó)的核電發(fā)展戰(zhàn)略由“適度發(fā)展核電”變?yōu)椤胺e極發(fā)展核電”。2006年底，我國(guó)共建成投產(chǎn)10臺(tái)核電機(jī)組，分布在廣東的大亞灣核電廠和嶺澳核電廠、浙江的秦山核電廠、江蘇的田灣核電廠等，總裝機(jī)800.82萬千瓦。在建5臺(tái)核電機(jī)組，分別是：田灣核電廠二期、嶺澳核電廠二期、秦山二期擴(kuò)建，總裝機(jī)434.06萬千瓦。根據(jù)我國(guó)核電中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃：到2020年，我國(guó)核電要形成運(yùn)行4000千瓦，在建1800萬千瓦的規(guī)模，占同期全國(guó)電力裝機(jī)的4%以上。也就意味著在未來14年內(nèi)要新建百萬千瓦核電站40座左右。八、參考文獻(xiàn)TechnolohyRoadmapNuclearEnergy(PDF).國(guó)際能源機(jī)構(gòu)[2010].ImpactsofEnergyResearchandDevelopmentWithAnalysisofPrice-AndersonActandHydroelecticRelicensing.NuclearEnergy(SubtitleD,Section1241).美國(guó)能源信息管理局[2006-11-08].EleanorBeardsley.FrancePressesAheadwithNuclearPower.NPR[2006-11-08].Grosselectricitygeneration,byfuelusedinpower-stations.歐洲統(tǒng)計(jì)局.Makhijani,ArjunandSaleska,Scott.TheNuclearPowerDeception.美國(guó)能源與環(huán)境研究所[--].NuclearPowerinRussia.世界核協(xié)會(huì)[2006T1-09].OnThis