核能Vs可持续发展能源.ppt

2019/7/1,环境保护与可持续发展第5讲,1,我国人均森林占有面积为1.9亩，仅为世界人均占有量的五分之一。人均森林蓄积量为9.048m3，仅为世界人均蓄积量的八分之一; 我国人均淡水资源量仅为世界人均占有量的四分之一；人均耕地只有1.43亩，不到世界平均水平的40;石油、天然气、铁矿石、铜和铝土矿等重要矿产资源人均储量，分别为世界人均水平的11、4.5、42、18和7.3。 世界上很多人都在追求美国人的生活方式，殊不知，今天，只占世界人口6的美国人，每天消耗高达2000万桶石油，耗用了世界石油产量的约三分之一，每日用掉的气油也超过世界总需求量的40。,中国“人口众多”但是并不“地大物博”！,提倡简朴生活方式的甘地就说过：“英国为达到它那种富裕程度曾消耗掉地球上一半的资源，像印度这样的国家和英国人一样得需要多少个地球？”未来学家欧文.拉斯洛警告说，“如果全世界人都向美国人那样生活，都这样肆无忌惮地消耗自然财富，地球上的煤和石油将在五年之内用光。而地球则会在这一代人的时间里就流尽最后一滴血”。温哥华大学教授比尔.里斯得出的结论则是：“如果所有的人都这样的生活和生产那么我们为了得到原料和排放物质还需要20个地球。”,2019/7/1,环境保护与可持续发展第5讲,2,法国、立陶宛-80%电力依赖核电（最高） 日本33% 德国、俄罗斯20% 美国20%（世界平均10%，104座堆最多） 中国目前1.9%（预计2020达到10%，2050年达到20%）,各国“低碳减排”的替代能源主要依赖于核能的发展,2019/7/1,环境保护与可持续发展第5讲,3,2019/7/1,环境保护与可持续发展第5讲,4,2019/7/1,环境保护与可持续发展第5讲,5,核能Vs可持续发展能源,上海大学环境与化工学院射线应用研究所 2011/10 窦大营 ,2019/7/1,环境保护与可持续发展第5讲,6,目录,1、福岛核危机回顾 2、中国“低碳减排”可持续发展离不开核能 3、核安全与辐射防护基础知识,2019/7/1,环境保护与可持续发展第5讲,7,2011最雷人的大事,3/11日本9级地震海啸引发的“福岛核危机”，衰退中的日本经济“雪上加霜”！ 1986Chernobyl之后第二个INES-7； 引发的“废核弃核”全球抗议浪潮； 中国“抢盐”风波； 2011年内能否冷停堆？野田内阁经济产业前大臣钵吕吉雄为“福岛周围20Km死地”失言辞职。,2019/7/1,环境保护与可持续发展第5讲,8,天使+魔鬼=核(Nuclear),能源是人类生存、发展的关键命脉； 能源，对于处于工业化、城市化关键过渡阶段的中国，更是生死攸关的大事！ 现行国际能源分配、定价的“游戏规则”，是完全由西方列强主导的，严重威胁世界和平与安全，不利于发展中国家崛起； 2011哥本哈根气候大会：预计未来50年内全球“减排目标”70%以上需要依靠核能替代！,2019/7/1,环境保护与可持续发展第5讲,9,1、福岛核事故：天灾？人祸？,粗略估算：仅福岛及其地区种植、畜牧农户直接损失就在1800亿日元（海产品渔业损失也接近2000亿日元，已有农户自杀） 核电站停机损失电力造成日本丰田、本田、日产等公司直接损失每天50亿美元以上，东京等地区轮流停电造成经济社会影响； 福岛核电站周围方圆30公里(INES-5饭馆村40km),甚至70公里(INES-6,美澳建议)领土领海长期受污染无法使用； 日本及全球各国的社会恐慌,2019/7/1,环境保护与可持续发展第5讲,10,核泄漏事故分级INES,IAEA-INES(0为异常，13为事件，47为事故) “3.11”后日本发布经历INES4/5/7,三次调整,2019/7/1,环境保护与可持续发展第5讲,11,回顾福岛BWR故障结构分析,2019/7/1,环境保护与可持续发展第5讲,12,压水堆PWR核电站Vs普通火电站,核电的产生：核能 热能 机械能电能,2019/7/1,环境保护与可持续发展第5讲,13,核电与火电主要区别,停堆定期换料 较大过剩反应性、超功率事故，使反应堆运行与控制复杂化 通常核电站1W热功率相应裂变产物放射性达3.71010Bq（1000MW核反应堆全寿命污染物可达1020Bq,10次全堆放射活度，福岛核泄漏3.76.51017Bq，12107Ci ，占全堆510%） 切尔诺贝利4#堆1000MW-GWR核泄漏量约108CiINES7级“特大事故”泄漏活度最小值为1106Ci （ 3.71016Bq ） 停堆后很强的衰变余热 燃料元件过热烧毁、堆芯熔化危险，停堆冷却 运行过程中带放射性三废物质产生,2019/7/1,环境保护与可持续发展第5讲,14,与常规火电厂区别: 核电厂特殊安全问题,超功率事故，控制要求特别高。 剩余发热很强，需要长期可靠冷却。 放射性（运行、停闭），需要屏蔽。 产生大量放射性废物，必须妥善处置。,核电站的风险 事故工况下不可控的放射性核素的释放。,核安全问题 如何防止放射性核素的释放对工作人员、居民和环境造成的放射性危害就成为核电厂区别于常规火电厂的核安全问题。,2019/7/1,环境保护与可持续发展第5讲,15,燃煤的放射性污染问题,燃煤对环境的影响,化学物质污染,放射性物质污染,煤散逸飞灰中放射性核素的平均含量： 40K为265Bq/kg， 238U为200Bq/kg， 210Pb为930Bq/kg，210Po为1700Bq/kg， 232Th为70Bq/kg，228Th为为110Bq/kg， 228Ra为130Bq/kg,燃煤电站导致的居民辐射剂量 是正常工况核电站的3倍！,核电站以其效率和低碳低污染、潜在巨大风险被一位政治家誉为“天使与魔鬼的结合体”！,2019/7/1,环境保护与可持续发展第5讲,16,大多数核电厂事故和水冷有关,冷却剂丧失事故（ Loss of Coolant Accident ,LOCA）：反应堆主回路压力边界产生破口或发生破裂，一部分或大部分冷却剂泄露的（“堆芯欠冷”）事故,热阱丧失事故：由于二回路或三回路故障造成一回路冷却剂堆芯入口温度过高引起反应堆冷却能力不足的事故。,失流事故（LOFA）：主泵完全停转、完全断流的事故（最严重）。,2019/7/1,环境保护与可持续发展第5讲,17,核电站的心脏-核岛核燃料,2019/7/1,环境保护与可持续发展第5讲,18,压力安全壳与“氢爆”,危险的“锆水反应”必须得到有效控制，否则氢爆（福岛、切尔诺贝利）！,2019/7/1,环境保护与可持续发展第5讲,19,核电厂概率安全评价（PSA） 分析结果,核事故风险的大小: 潜在核事故的后果远小于人们的想象 核事故的发生概率远小于非核事故,伤亡概率为核事故的一万倍！,2019/7/1,环境保护与可持续发展第5讲,20,日本朝野愤怒的“反核”浪潮,2019/7/1,环境保护与可持续发展第5讲,21,福岛核泄漏与中国,民众“抢盐”“抢碘”风波折射我国“核辐射安全”科普的空白 各省会城市辐射剂量“日报”； 中国抗议：日方“先斩后奏”绕过中、俄、韩邻国向太平洋排放放射性污水； “三一”重工赠送大型泵车支援福岛核电站； 核辐射公海海洋监测遭遇日方无礼阻拦。,2019/7/1,环境保护与可持续发展第5讲,22,二、中国“低碳减排”可持续发展能源离不开核能,中国城市化、工业化关键阶段对能源（包括石油煤炭）的渴求； 中国发展核电的优势与必要性； 中国核电现状与面临挑战。 中国人均能耗从年到年由.吨标准煤上升到吨标准煤（美国的1/5）。其中，建筑能耗总量持续快速增长，农村地区建筑用能明显增长。中国建筑普遍实行节能的标准，但即使执行节能的标准，耗热量指标也要高出同等气候条件发达国家平均水平以上。 单位GDP能耗各省2006上半年万元GDP能耗与2005年的数字有了怎样的变化，只是说，“从主要行业单位增加值能耗看，煤炭行业上升5.5%，石油石化行业上升8.7%，钢铁行业下降1.2%，有色金属行业上升0.4%，建材行业下降4.5%，化工行业下降5.0%，纺织行业下降5.5%，电力行业上升0.8%。”,2019/7/1,环境保护与可持续发展第5讲,23,2010中国能耗何以全球第一？,国际能源机构2010年早些时候表示，中国超过美国，成为世界最大的能源消费国。文章作者分析，尽管中国的人口是美国的4倍，可是经济规模只是美国的三分之一。那么，这些能源都用在了什么地方？ 工业是中国能耗大户 美国能源部的统计数字显示，消费这些燃料的大户是工业部门。工业生产所消耗的能源占中国能源总耗用量的70%以上。相比之下，美国工业部门的能耗只占能源消费的33%。 造成中国能耗高的原因主要是能源使用效率低下，尽管中国在最近10到15年期间建设的大量工厂其效率跟发达国家不相上下。中国在生产钢材的过程中所使用的技术不同于美国，因此消耗的铁矿石比较多，回收钢材的利用也比较少。 主要是因为中国是出口大国，而商品出口的背后都承载着大量的能源。 原因一：商品出口 韩晓平说：“美国大量的商品是从中国或者世界其它地方进口。这些商品背后都承载着大量的能源。而中国的进口量比美国小得多，而且进口的很多东西经过加工之后又用于出口。所以中国肯定是一个需要消费能源多的国家。中国每年有6亿吨标准煤是直接用于出口的。跟中国自身的需求是没有关系的。”如果把这一部分对能源的需求分开，中国能源的实际需求量要远低于美国。韩晓平表示，如果在人民币升值的情况下，中国出口减少，但是世界市场总需求不会减少。那么出口市场就会转移到其它国家，总的能源耗用仍然存在。 而且能耗量可能更大，因为中国的能源体系已经建立完善了，中国的燃煤发电效率是全世界最高的。他介绍，中国可以达到280克煤发一度电， 而美国现在差不多至少是320克煤一度电。 原因二：能源结构不合理 说到燃煤，韩晓平表示，中国的能源结构以煤炭为主，利用效率非常低。这是造成中国能耗高的另外一个原因。而美国的能源结构中27%是天然气，还有大量的核电。 原因三：基础设施建设集中进行 韩晓平指出中国能耗高的第三个原因是，集中进行的基础设施建设。“中国要在很短时间里搞基础设施建设。可能在美国用了50年的时间，中国可能要用5年的时间或者10年的时间来建成。所以，会集中体现能耗。” 目标：实行总量控制，使用新能源 中国目前正在积极控制能耗总量，鼓励大量使用新能源。他说：“目前各地都在争夺新能源，清洁能源，尤其是天然气。中国所有的地方、企业都实行了总量控制，逐年递减的政策。”,2019/7/1,环境保护与可持续发展第5讲,24,能耗背后的惊人浪费,让人揪心的是，一方面资源紧张，一方面我们的发展又过于粗放，过于大手大脚。比如，目前我国每年的新建建筑中80%以上仍属于高耗能建筑，单位建筑面积采暖能耗为气候相近发达国家的3倍左右。再比如汽车，中国的汽车生产过程中消耗为1.6吨油当量，美国只有0.9吨油当量。从能源利用效率来看，作为占全球总人口1/5的中国，2004年GDP占全球GDP只有4%，但单位产值能耗却是发达国家的3至4倍，主要产品能耗比国外平均高40%。其中，原油消耗了全球的8%、电力消耗了10%、铝19%、铜20%、煤炭31%、钢材30%。我国单位GDP的能耗是日本的7倍、美国的6倍，甚至是印度的2.8倍。 。“十一五”规划建议提出，到2010年单位GDP能耗比“十五”期末降低20%左右。2005年11月，国家发改委发布了节能中长期专项规划。不久后又启动了十大重点节能工程实施方案，这十大工程包括节约和替代石油工程、燃煤工业锅炉（窑炉）改造工程、区域热电联产工程、建筑节能工程等等。专家测算，这十大工程的实施，可在“十一五”期间节约24亿吨标准煤，这不仅对实现20目标起到关键作用，还将带动社会投资约5000亿元（目标未实现）。,2019/7/1,环境保护与可持续发展第5讲,25,我国能源利用的严峻形势,过度依赖煤炭：CO2/SOx/NOx污染、资源枯竭、运输紧张、矿难高发； 水电开发接近极限（梯级开发）； 石油、天然气越来越依赖进口，“能源安全”“能源走廊”堪忧； 风电、太阳能利用国家政策扶持滞后 ； 内陆/沿海纷纷申请核电项目（拉闸限电严重影响生产生活）2011福岛事件影响,2019/7/1,环境保护与可持续发展第5讲,26,工業文明的背影海州露天煤礦,遼寧阜新海州露天煤礦曾是亞洲最大的露天煤礦，有著輝煌的過去。 在經過近一個世紀的開采（2.4億噸 ）之後，2005年，海州礦進入枯竭期，宣布閉坑破產，1萬多名礦工告別這裏另謀生活。如今，隻留下這個麵積相當於18個五裏河體育館大小、100多層樓高的巨坑。,2019/7/1,环境保护与可持续发展第5讲,27,福岛危机给中国核电的教训,不能过度迷信“技术权威”（日本的“核安全”“抗海啸”绝对安全神话被打破）我们的AP1000/EPR也需要谨慎验证； 对于“政经一体”缺乏“第三方”监管要警惕（TEPC是百年历史的电力巨无霸财阀）我国的“顶层设计”如何民意监管？ 自然灾害频发Vs资源短缺之时，更要冷静决策上核电项目须“宁缺勿滥”； 事故状态处置：百姓安全必须高于一切！,2019/7/1,环境保护与可持续发展第5讲,28,现在与未来的全球核电,2019/7/1,环境保护与可持续发展第5讲,29,多地震的中国需要加倍警惕！,2019/7/1,环境保护与可持续发展第5讲,30,如果核能“不可持续”其它能源更不是,太阳核聚变能太阳能风能、水力（包括潮汐）、生物质能（远古生物埋藏生成石油、天然气、煤炭） 一升海水=20升汽油（前景诱人的核聚变、受控核聚变ITER） 月球He3清洁简便的核聚变能源 放眼整个宇宙，只有核能才是“取之不尽，用之不竭”,2019/7/1,环境保护与可持续发展第5讲,31,三、核安全与辐射防护基础知识,2019/7/1,环境保护与可持续发展第5讲,32,电离辐射剂量Bq/Sv,辐射剂量（吸收剂量）：单位质量物质所吸收的辐射能量。 单位：1戈瑞（Gy）= 每千克的物质吸收1焦耳的能量 生物剂量当量（空气吸收剂量）： 吸收剂量与当量因子的乘积。单位：西弗（Sv） 常以全身剂量和器官剂量来表达。 注：与“空气吸收剂量率”完全不同（Sv.h-1） 放射活度：单位：1贝克（Bq）=每秒钟发生一次衰变 1Gy=100rad, 1Sv 100 rem, 1Ci=3.7x1010Bq Sv又译作：希沃，希沃特, 希伏, 实测“比释动能”数值（介质电离产生正负离子总能量）和“辐射剂量”（绝对黑体吸收能量）虽然SI单位都是Gy，但是有区别,2019/7/1,环境保护与可持续发展第5讲,33,辐射无时无处不在,2019/7/1,环境保护与可持续发展第5讲,34,正常本底照射剂量,辐射防护目标不排除人员受到有限的照射，也不排除法规许可的放射性物质从处于运行状态的核电厂向环境的排放。 此种照射和排放必须受到严格控制，并且必须符合运行限值和辐射防护标准。,生活中的辐射,2019/7/1,环境保护与可持续发展第5讲,35,35/284,部分国家的天然本底水平,2019/7/1,环境保护与可持续发展第5讲,36,紧急防护行动干预水平,如果在2天以内可有效防止10mSv，可采取隐蔽行动（福岛30km）。 如果在7天以内可有效防止50mSv，可采取临时撤离(福岛20km) 。 碘防护的通用优化干预水平是100mGy(100mSv,指甲状腺的可防止的待积吸收剂量)。,2019/7/1,环境保护与可持续发展第5讲,37,电离辐射“伤人”原理,辐射的生物效应的特点 ： （1）很低的吸收能量就能引起高的生物效应；（2）短暂作用引起长期效应。 （1）低吸收能量引起高生物效应 以6Gy剂量的急性照射为例，它可以致人死亡，但是此时吸收的能量如果全部转换为热能，却只能使组织的温 度升高0.00l4。 （2）短暂作用引起长期效应 物理阶段：从10-18秒10-12秒，此时电离粒子穿过原子，同原子的轨道电子相互作用，通过电离和激发发生能量沉积。,2019/7/1,环境保护与可持续发展第5讲,38,38/284,b. 物理化学阶段：从10-12秒10-9秒，从原子的激发和电离引起分子的激发和电离，分子变得很不稳定，极易发生反应形成自由基。 c. 化学阶段：从10-9秒1秒，此时自由基扩散并与关键的生物分子相作用，形成分子损伤。 d. 生物阶段：从秒延续到年，分子损伤逐渐发展表现为细胞效应，如染色体畸变、细胞死亡、细胞突变等，最终可能造成机体死亡、远期癌变以及后代的遗传改变等。,2019/7/1,环境保护与可持续发展第5讲,39,39/284,2019/7/1,环境保护与可持续发展第5讲,40,40/284,(1)外照射：是指辐射源位于人体外对人体造成的辐射照射，包括均匀全身照射、局部受照。 (2)内照射：存在于人体内的放 射性核素对人体造成的辐射照射称为内照射。 (3)放射性核素的体表沾染：是指放射性核素沾染于人体表面(皮肤或粘膜)。沾染的放射性核素对沾染局部构成外照射源，同时尚可经过体表吸收进入血液构成体内照射。,辐射作用人体的方式,2019/7/1,环境保护与可持续发展第5讲,41,41/284,辐射效应的分类,按效应发生的个体,按效应表现情况,按剂量-效应关系,大剂量照射的,遗传效应,确定性效应,随机性效应,躯体效应,急性效应急性放射病,受照射远期发生的效应, 白血病 癌症 白内障 不育,特殊的躯体效应室内受照后 胚胎和胎儿的效应：致死性效应 先天性畸形 生长发育缺陷 远期恶性疾病的诱发,基因突变发生在性细胞：,遗传性疾病,先天性畸形,生长发育障碍,2019/7/1,环境保护与可持续发展第5讲,42,42/284,随机性效应(Stochastic effect)：是指辐射效应的发生几率(而非其严重程度)与剂量 相关的效应，不存在剂量的阂值。主要指致癌效应和遗传效应。 确定性效应(Deterministic effect)：是指辐射效应的严重程度取决于所受剂量的大小。这种效应有一个明确的剂量阂值，在阂值以下不会见到有害效应，如放射性皮肤损伤、 生育障碍。,辐射效应按剂量效应关系 可分为随机性效应和确定性效应,2019/7/1,环境保护与可持续发展第5讲,43,核辐射晚期效应的潜伏期,广岛原爆受害者肿瘤发生率随时间的变化,0,10年,20年,30年,40年,白血病,白血病之外的肿瘤,2年,福岛、切尔诺贝利INES7事故持续多久“永远”！,2019/7/1,环境保护与可持续发展第5讲,44,生活需要避免的“电离辐射”,不吸烟每天20支（“钋弹”Po210） 0.51