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)濟的發(fā)展，能源與環(huán)境這兩個問題日益突出。核能的利用正與這兩個問題密切相關(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%的法國電能需求。但是關(guān)于核能的利用一直存在著爭議，因為那些放射性核廢料會被無限期保存起來，這就有可能造成泄漏或爆炸，有些國家可能借應(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、 引言美國每年產(chǎn)生的核能居全世界首位，美國人消耗的電能中有20%來自于核能。如果按核能占總電能的百分比來看，法國則為全球第一。2006年的調(diào)查顯示,核能滿足了78%的法國電能需求。⑵⑶歐盟需要的30%的電能來自核反應(yīng)。同］各國的核能政策均各有不同。圖表1法國核電發(fā)電比例極高，圖為法國核電廠位置。核能是一種儲量充足并被廣泛應(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)也會減輕。國際間正在進行對于改善核能安全性的研究，科學(xué)家們同時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放緩了建造核能發(fā)電廠的步伐。后來，核能在經(jīng)濟與環(huán)境兩方面的益處使聯(lián)邦政府又開始重新考慮它。公眾也對核能很感興趣，不斷飆升的油價，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)堆也在計劃之中。

關(guān)于核能的利用一直存在著爭議，因為那些放射性核廢料會被無限期保存起來，這就有可能造成泄漏或爆炸，有些國家可能借應(yīng)用核能的名義來大量制造核武器。核能的擁護者說這些風(fēng)險都是很小的，并且應(yīng)用了更先進的科技的新型核反應(yīng)堆會將風(fēng)險進一步降低。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。而核能的反對者，包括了大部分主要的環(huán)境保護組織，認(rèn)為核能是一種不經(jīng)濟，不合理且危險的能源（尤其是與可再生能源相比），而且他們對新技術(shù)能否減低成本和風(fēng)險也存在著爭議。二、核能的優(yōu)點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行發(fā)電。核能發(fā)電不會排放巨量的污染物質(zhì)到大氣中，不會造成空氣污染。尤其是同火電站相比，核能發(fā)電不會產(chǎn)生地球溫室效應(yīng)的〃罪魁禍?zhǔn)住ㄒ欢趸肌：穗娬驹O(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，運輸與儲存都很方便。例如，核電廠每年要用掉80噸的核燃料，只要2支標(biāo)準(zhǔn)貨柜就可以運載。如果換成燃煤，需要515萬噸，每天要用20噸的大卡車運705車才夠。四、核能的風(fēng)險4.1、事故或襲擊核能的反對者認(rèn)為，核反應(yīng)堆的一個主要缺點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受到輻射線的照射。核能的支持者認(rèn)為，在一個設(shè)計得很好的反應(yīng)堆中，核泄漏的風(fēng)險是非常小的，因為它的安全系統(tǒng)經(jīng)過了精心的設(shè)計，并且核工業(yè)將核事故看得很嚴(yán)重，對它的關(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，實際上是結(jié)合了很危險的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)堆有一個危險的正空泡系數(shù)（en:voidcoefficient）,這意味著一個零部件的失靈就會使反應(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，核燃料與核廢料可能失去冷卻系統(tǒng)，若無法及時冷卻，高溫高壓會摧毀圍阻體，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或等待機器人技術(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及低風(fēng)險。4.2、核武器擴散核能的反對者指出，核技術(shù)經(jīng)常是軍民兩用性質(zhì)的，民用核計劃中用到的材料和技術(shù)都可以用于發(fā)展核武器。能夠防止核擴散是核反應(yīng)堆的主要設(shè)計指標(biāo)之一。在大多數(shù)國家中，軍用和民用的核技術(shù)經(jīng)常與該國的核能力一起被提及。比如說,在美國，能源部的首要目標(biāo)是“增強美國的公民，經(jīng)濟和能源的安全性；為了達(dá)到此目標(biāo)，還要鼓勵科學(xué)上和技術(shù)上的創(chuàng)新；并且消除公民對于核武器的恐懼?！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，但是濃度的下降會使炸彈的最小尺寸變得出奇的大，這是很不切實際的。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)堆在工作時制造出的钚，如果在再處理時進行濃縮的話，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］如果一個核反應(yīng)堆所在的核燃料循環(huán)非常短，那么具有武器級濃度的钚就可以被制造出來。但是，在許多反應(yīng)堆中進行這種活動是很難掩人耳目的，因為用民用核反應(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行時釋放出來的主要排泄物。⑹］核裂變會產(chǎn)生一些氣體，比如說碘-131和氙-133。這些氣體主要會被封在燃料棒中，但是在假定的事故中，會有少量氣體被釋放到冷卻劑中。化學(xué)物品控制系統(tǒng)會將放射性氣體隔離，這些氣體需要被存放很長時間（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，因此它們需要被儲藏好幾個月的時間。4.3.2廢熱核反應(yīng)堆需要冷卻，典型的是用水來冷卻(有時不是直接的)。使用水來將能量從一個熱源帶走，需要一個冷源，這個過程叫做蘭金循環(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。廢水的溫度必須受到限制，否則會將河中的魚殺死；生物圈中比一般水溫度高的熱水是一個潛在的長期隱患。在大多數(shù)新的核電站中，這個問題被冷卻塔解決了。廢水對于所有的傳統(tǒng)供電廠，包括煤，石油和天然氣供電廠都是一個問題，因為它們都靠著蘭金循環(huán)來產(chǎn)生能量。這四種供電廠只是在熱源上有所不同。對于限制廢氣溫度的需求也會限制住發(fā)電能力。在極熱的天氣中，用電量是最高的，但是這時核電站的發(fā)電量卻可能會下降，因為核電站中冷卻水的溫度會變得更高，這樣它的冷卻效率就會降低。在改進核電站的設(shè)計時，工程師們會考慮到這點，因為冷卻能力的增加會讓建造資金也增加。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，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，因為效率偏低，成本較高，總的來說，經(jīng)濟性還不能與常規(guī)能源相競爭。在今后相當(dāng)一段時期內(nèi)，太陽能利用的進一步發(fā)展，主要受到經(jīng)濟性的制約。5.2風(fēng)能5.2.1占地面積廣2010中國裝機總量為9.6萬億千瓦，如果全采用風(fēng)力發(fā)電，經(jīng)計算，需要100萬平方公里那么大的面積，相當(dāng)于一個西藏的面積。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、 我國核電發(fā)展趨勢從“十一五”開始，我國的核電發(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，我國共建成投產(chǎn)10臺核電機組，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800.82萬千瓦。在建5臺核電機組，分別是：田灣核電廠二期、嶺澳核電廠二期、秦山二期擴建，總裝機434.06萬千瓦。根據(jù)我國核電中長期發(fā)展規(guī)劃：到2020年，我國核電要形成運行4000千瓦，在建1800萬千瓦的規(guī)模，占同期全國電力裝機的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TechnolohyRoadmapNuclearEnergy(PDF).國際能源機構(gòu)[2010].ImpactsofEnergyResearchandDevelopmentWithAnalysisofPrice-AndersonActandHydroelecticRelicensing.NuclearEnergy(SubtitleD,Section1241).美國能源信息管理局[2006-11-08].EleanorBeardsley.FrancePressesAheadwithNuclearPower.NPR[2006-11-08].Grosselectricitygeneration,byfuelusedinpower-stations.歐洲統(tǒng)計局.Makhijani,ArjunandSaleska,Scott.TheNuclearPowerDeception.美國能源與環(huán)境研究所[--].NuclearPowerinRussia.世界核協(xié)會[2006T1-09].OnThis