由于全球气候变化,污染严重,电力发展需转型,福岛核事故,世界核能发展前景悲观等综合因素的影响,中国核能发展出现了一次大辩论。挺核反核,双方分歧巨大。本人支持慎重发展核电核能。在我看来,双方言论中,均有诸多片面,夸大,不实之辞,因此希望以此文澄清一些事实。有不当片面之处,欢迎大家指出。
核电是清洁能源吗?现在几乎所有的核能发展文章中,都会不厌其烦地在“核能”前面加上“清洁能源”几个字。
那么核电究竟是不是清洁能源呢?清洁能源的定义是不排放二氧化碳,污染物。单独核电站在运行的时候,的确不排放二氧化碳及其它化学污染物,但是核电站的建设需要大量水泥,钢材,运输,这些都会产生二氧化碳排放。除此之外,铀矿开采,处理,富集,加工,运输都有关二氧化碳排放,乏燃料的处理和核电站的退役也是大工程。这些排放加在一起,有人算出大约是风能的6倍,太阳能的2-3倍。
当然,核电站不是不排放,而是排放的污染物不一样。核电站常规运行中,会排放反射性物质氚,乏燃料中有巨量的放射性物质,如铯137,铯135,锶90,锝99,氪85,铀,钚和其它放射性锕系元素等。这些放射性元素量大,辐射强,对生物圈和人类都有巨大的危害。核电产业的燃料循环,从铀矿开采,燃料组件生产,到乏燃料处理,都会产生大量放射性污染。
这些放射性污染在自然界停留的时间,比化学污染长得多,而且无法处理,只能等它们在几百到几百万,乃至几亿年时间尺度内慢慢衰减。
如果认为放射性排放不算污染,核电的确比火电清洁。关于核能清洁与否的细致讨论可以看这篇文章。
核电是必须的吗?2015年,中国经济增长进入新常态,发展趋缓,耗能行业尤其明显。
根据中电联的统计,2015年1到10月份,全国全社会用电量45835亿千瓦时,同比增长0.7%,增速同比回落3.0个百分点,其中工业用电量32285亿千瓦时,同比下降1.0%。但是发电能力却仍在快速增加。截至10月底,全国6000千瓦及以上电厂装机容量13.9亿千瓦,同比增长9.5%。全国除核电以外的所有发电设备利用率都有明显下降。
考虑到核电在总发电量中占比只有3%,可以说,如果没有核电,中国的发电能力完全可以满足发电量的要求。实际上,中国的发电能力已经过剩,而且还有巨大规模的发电能力在建,包括基数已经很大的可再生能源,即水电,风电,和光电。可再生能源发电的增长量完全可以覆盖未来许多年的需求。
不过本人的观点是应该保持一定的核电规模。
核电成本低、效益高吗?在中国,从每度电的发电成本看,核电对水电和火电都没有优势。很快风电的发电成本也将低于核电。世界范围来看,所有可再生能源的发电成本都在下降,而核电成本却在上升。
核电业者的一个观点是世界核电平均占比是18%,而中国只有1.4%(或2%),与中国的大国地位不相称,中国至少应该达到世界平均水平。首先,到2015年,世界核电平均占比连续4年为10.8%,而不是18%,中国已经超过了3%,而不是1.4%(或2%)。
其次,世界能源发展的趋势是要逐渐降低核能和化石能源的比重,逐步过渡到可再生能源。G7国家计划到2050年实现100%可再生能源。欧洲大部分国家都在弃核。就算“核电伊甸园”的法国,也计划到2025年将核电比例从现在的约75%降低到50%。
第三,如果我们发展核能的目标是要跟别人一样,20年后,当我们把核电厂都建起来之后,别人评价能源发展的标准改成谁的可再生能源占比更大,那我们怎么办?五六十年内我们的核电厂都无法退役。世界各国大部分核电厂已经服役三四十年,再过一二十年就要退役,而新建反应堆寥寥无几。
核电站究竟有多安全?这是一个老问题了。其实我相信经过长期积累,在设计基准条件下,核电站是安全的。对排放也不用太担心。但是,一座新的核电站,从建设到退役,时间跨度是100年(60年寿命,加20年延寿,加建设和退役的时间),在过去的一百年内,发生过的很多事情都是现在的新反应堆无法应对的,未来的一百年内,这类事件是不是会更多?
比如,根据计算,本世纪内,海平面至少会上升0.8到2米,这样沿海和河流入海口附近的核电站的安全性是不是都要大打折扣?这还没有考虑可能性并不小的格林兰冰盖融化和南极冰盖破裂。
再比如,一百年内,航天技术和应用必然大发展,一般国家和公司掌握航天及火箭技术的门槛是不是会大大降低?用导弹或卫星攻击核电站的技术难度是不是会大大下降?
核电站恶性事故究竟有多可怕?现成的例子有切尔诺贝利和福岛。但是我们的核电站比这两座核电站规模都大,核燃料的燃耗更深,因此发生恶性事故的危害还要大。
做一个简单的计算。国内新规划的核电站都是以500万千瓦为基准,对应热功率约1500万千瓦。燃耗以AP1000为例,为60百万千瓦天/吨铀。假定一年运行300天(低于正常核电运行天数),一年产生1500*300/6000=75吨乏燃料。
每吨乏燃料中有60公斤的裂变产物,20公斤的钚,10公斤的铀235,几公斤的其它放射性锕系元素和930公斤的铀238。每吨乏燃料中长寿命和中等寿命放射性元素的量,大约是广岛原子弹的50倍。这种乏燃料放射性过大,无法处理,必须就地存放至少20年。
20年内,乏燃料池将累积1500吨乏燃料,对应7.5万颗广岛原子弹的放射性废料量!
核废料究竟有多不清洁?
对与有害工业废物排放,我们一般要求有害物质不要超过环境的多少多少倍,不对环境造成过大伤害。放射性物质对环境,对人体都有害。放射性核废料的排放,存放当然也应该有一个标准。这个标准应该是多少呢?根据我们对放射性危害的认识,这个量大致应该不能超过我们承受到的背景放射性辐射大小,即大约每年几个毫西弗(1西弗等于1公斤接受1焦耳放射性能量)。
那么乏燃料在反应堆乏燃料池内“冷却”了20年后,能不能达到可以排放或者无害存放的标准呢?当然达不到。那么差多少倍呢?燃耗60百万千瓦天/吨铀的乏燃料,存放20年后,还有几百瓦每吨的放射性,以300瓦计,一年就是300 x 86400 x 365 = 9.5 x 10^9焦耳/吨 = 9.5 x 10^6西弗。
普通人每年接受放射性剂量的上限是5毫西弗,即0.005西弗,只有上面那个数字的20亿分之一。也就是说,“冷却了”20年之后的乏燃料,放射性仍然是普通人接受极限的20亿倍,也是背景放射性辐射的约50亿倍。
那么,需要多长时间,乏燃料才能冷却到与背景差不多的水平?答案是,地球不会存活到那一天。需要多少时间,才能冷却到比背景高1百万倍的水平?答案是几十万年(不考虑剩余93%的铀的放射性)。
正常情况下,核电站对环境的影响有多大?放射性辐射方面,正常运行条件下,核电站周围的额外放射性辐射非常小,不高于背景的千分之一,可以忽略。但核电站的热岛效应严重。仍以一座500万千瓦的核电站为例,发热量是1500万千瓦,散热约1000万千瓦。如果仅算用电产生的发热,相当于北京,上海这样的超大城市。在内陆,这些热都要通过冷却塔蒸发水带走。
这么大的发热量,一秒钟的蒸发量是6吨多,一年是2亿吨,相当于一座百万人口大城市一年的居民用水量。长江中下游本来就闷热潮湿,散热条件不好,这么大的散热量和蒸发量无疑是火上浇油。
地方上为什么热衷发展核电?以一座500万千瓦核电站为例,投资至少700亿人民币。核企与地方合资建核电站。地方政府出地,移民,准备厂址,普及核电知识等,只需要几亿到十几亿元。核企出其它所有的钱和技术。一般给地方30%的股份。也就是说,地方出几亿元就得到了几百亿元的权益,还有建设时的经济拉动效应,发电后的地方税收,电厂发电收入的GDP数字,等。
燃料闭循环可以实现吗?前面说到乏燃料潜在危害非常大,而里面的铀、钚其实还可以再利用起来,那么把乏燃料处理一下,回收有用的铀和钚等元素,并将没有用的裂变产物收集安全存放,不是很好吗?这就是乏燃料的后处理。关于后处理,有下面一些事实:
1、乏燃料的放射性非常强,后处理的放射性防护很困难。反应在成本上,后处理厂的建设成本,生产成本,废料处置成本都非常高。
2、每一道工序都会产生额外的放射性废料。
3、到目前为止,后处理只能做一次。也就是处理过一次,回收的铀和钚放进反应堆再烧一次,就不能再后处理了。这是因为反应堆里面的裂变反应不干净。在普通的热中子堆中,铀235吸收中子后,每6个只有5个裂变,另外一个变成了铀236。而钚更糟糕,每3个里面就有1个不裂变,而是变成了钚240。钚240不会裂变,会继续吸收一个中子变成钚241,钚241的裂变率也不高,还会很快衰变为镅241,……。
然后就会积累大量的超铀元素,这些超铀元素有的是β衰变,有的γ衰变,更多的α衰变。其中γ衰变穿透距离大,很难防护。因此回收利用过一次的燃料(MOX燃料)目前无法再后处理。
4、后处理不能减少放射性,只能将裂变产物的放射性分离出来。但是,铀和钚的回收利用,减少了首次在堆运行后乏燃料中长寿命超铀元素及其裂变链元素的放射性。然而,由于后处理只能做一次,并且后处理过的燃料使用之后超铀元素更多,因而总的超铀元素量减少非常有限。
核能专业人士权威公正吗?1、不少核能专家提倡“适量辐射有益健康”,该说法并没有被医学、辐射防护学、监管机构认可。
2、还有专家提出“原子弹辐射污染可以忽略”,同样很少有人认可。3、世界核能协会(WNA)“辐射与健康”介绍网页中说,伊朗拉姆撒(Ramsar)地区背景辐射值为250到700毫西弗/年,但看不出如此高背景辐射对健康的影响。而2004到2011年间有许多公开发表的文献指出,该地区存在较高的染色体异常、身体炎性反应和妇女不育。
4、2007年左右国内引进AP1000堆型的时候,国内专家一致高度评价该堆型。但后来出现大量问题。
5、《世界核工业状态报告》是近十年来世界核工业最重要的综合报告,意在中性地评估世界核工业的发展状况,但被核工业界敌视。国内很难找到该报告的信息。
6、球床高温气冷堆(Pebble Bed Reactor)50年代到80年代末主要在德国研发,90年代初已经发现该堆型有大量问题。1989年,德国已经关闭了所有该类型的反应堆。在德国专家的影响下,南非于90年代开始关注该堆型,并于98年正式立项开发。到2010年项目终止时为止,连设计图纸都没有完成。
7、核能专业人士的个人利益与核能发展相关。至少在公开的言论中,国内所有核能专家都主张大力发展核电,包括长江中下游沿岸的核电。美国最早研发核能的很多科学家后来积极反对核能。世界各国都有这种情况。而中国的整个核能行业,包括研究机构,监管机构,所有的核能专家,至少在公开言论中,全部积极倡导核能。这非常不正常。
反核人士一般有什么误区?核能牵涉的专业知识比较多,离常识比较远,因此批评的门槛比别的公众关注的问题(如水电,化工等)要高很多。如果对核能和辐射不了解,容易犯常识错误并走极端。下面列举几个常见的误区:
1、新生儿畸形。切尔诺贝利事件后,有反核人士贴出新生儿畸形的照片,指出是核事故带来的。假定照片的确是事故影响区拍摄的,胎儿也的确接受过额外的核辐射,但是还是无法在科学上证明胎儿畸形是核事故引起的。
2、核电站排放。核电站不像化工厂、火电厂,平常运行的时候常规气体放射性物质排放量很小,在一般的通风条件下,应该低于背景辐射的千分之一,对日常生活没有影响。
3、超标与有害。偶尔,核电厂也会发生少量的泄露或者超标排放。但是超标不等于很快对身体产生明显的伤害。
4、切尔诺贝利的伤亡数字。网上传播的切尔诺贝利死亡几十万人的数据没有根据。
5、致癌概率。额外的核辐射会导致癌症概率的增加,但是一般很有限。决定癌症发生的因素太多,不能把癌症与辐射划等号。
切尔诺贝利野生动植物繁盛说明了什么问题?切尔诺贝利事故之后,该地区成了无人区(也有很少拒绝搬走的当地农民)。事故发生时,周边大量动植物死亡,但几十年之后,动植物开始恢复。由于人类的缺席,该地区似乎回归到动植物繁盛的蛮荒时代。那么,这是不是说明,即使发生非常严重的核事故,对环境的影响也不是非常可怕呢?
动植物群落恢复有下面几个原因:
第一,事故后的几十年之内,辐射的主要来源是裂变产物。裂变产物辐射衰减很快。
第二,辐射除了衰减之外,还会被大气循环,水循环,动植物迁移等方式扩散,地表的辐射污染物会被逐渐稀释。
第三,低等生物比高等生物更能耐受辐射损害。
第四,低等生物对后代数量损失的承受能力更强。
第五,癌症需要比较长时间才起作用,一般动物寿命较短,性成熟早。
第六,癌症也好,畸形也好,放射病也好,都有一定概率继续生存。
重大核事故直接死亡只有几十人,说明了什么?这一点的确是事实。全世界从开始利用核能以来,直接在核事故中死亡的工作人员总共也不到100人。有人认为这说明核事故的后果没有那么严重。
核电是一个成熟的产业吗?核电是一个工业行业。从50年代第一座民用核反应堆投入运行以来,已经过去了60多年。与别的同样从无到有发展起来的工业行业,如汽车,航空,石油化工等相比,核电发展的时间不短了,好像应该非常成熟了,但是事实是这样吗?
一个成熟的行业对环境不应该产生较大的负面影响。汽车,航空,石油化工都有排放问题,都有强制排放标准。那么核能有没有呢?其实核能也有,就是各种场景下(如采矿,燃料生产,运行,等)工人或者公众接受额外辐射的标准。但对最大的辐射源,也就是乏燃料(以及后处理工艺带来的各种高低放核废料),却无法制定标准。
核电厂能存在多少年?于是又说,也有很多办法能够处理这些放射性核废料,比如嬗变啊,快堆啊,ADS啊,等等。那么为什么不那么做呢?当然现在还做不到。但是核能界的说法是,相信以后的人一定有办法做到。可是,你既然现在做不到,那么能不能请你先不要造出那么多放射性来?
核电都有什么特权?1、不用承担恶性事故的民事责任。2、核电站投资巨大,为了保证核电投资收益,政府经常补贴电价。3、核电站工程复杂,建设期限长,经常拖期。4、别的电站,如火电,风电,水电,光电,或者因为自身的原因,或者因为电网调控的需要,经常要停止发电。
核扩散究竟有多可怕?世界上第一颗原子弹爆炸已经过去了七十多年。原子弹的工作原理(包括很多细节)已经人所周知。钚在自然界几乎不存在。
但是反应堆工作的时候,能够生产出大量的钚。这些钚很容易用化学方法提取出来。钚一旦提取出来,把几块低于临界质量的钚凑一起,马上就成为一个原子弹。做一个原子弹总共只需要6公斤的钚,只有一个易拉罐大小。一旦钚失去控制,非常容易在任何地方出现一个一点就着的原子弹。每吨乏燃料里都有至少10公斤钚。全世界已经积累了几十万吨的乏燃料。