论核能的安全性问题

论核能的安全性问题论核能的安全性问题 摘要 能源是社会和经济发展的基础 是人类生活和生产 的要素 随着社会的发展 能源的需求也在不断扩大 从能源 的供应结构来看 目前世界上消耗的能源主要来自煤 石油 天然气三大资源 这三种能源不仅利用率低 而且对生态环境 造成严重污染 为了缓解能源矛盾 除了应积极开发太阳能 风能 潮汐能以及生物质能等再生资源外 核能是被公认的唯 一实现的可大规模替代常规能源的即清洁又经济的现代能源 核能不仅单位能量大 而且资源丰富 地球蕴藏的铀矿和钍矿 资源相当于有机燃料的几十倍 如果进一步实现控核聚变 并 在海水中提取氚加以利用 就会从根本上解决能源供应矛盾 然而随着一系列的核事故的发生 核能的安全性再一步受到人 们的质疑 本文简要回顾核电的发展 并对其安全性做了分析 指出核电是一种安全的能源 关键词 能源 核电 安全一 核能的概述 能源是推动科学 技术和经济高速发展的动力保障 需求 正在急剧增加 煤 石油等化石能源不可再生 资源日益枯竭 而且给地球带来了巨大的污染 这些因素促使人们更加重视寻 找洁净的 可持续发展的新能源 在过去的 100 年中 人类对 能源的研究和使用已从化石燃料的单一化结构 发展到以化石 能源为主 核能和水能互补的多元格局 核能 是核裂变能的 简称 是通过转化其质量从原子核释放的能量 符合阿尔伯特 爱因斯坦的方程 e mc 2 其中 e 能量 m 质量 c 光速常量 是能源家族的新成员 它包括裂变能和聚变能两种主要形式 裂变能是重金属元素的质子通过裂变而释放的巨大能量 目前 已经实现商用化 因为裂变需要的铀等重金属元素在地球上含 量稀少 而且常规裂变反应堆会产生长寿命放射性较强的核废 料 这些因素限制了裂变能的发展 另一种核能形式是目前尚 未实现商用化的聚变能 二 世界核电的发展概况 世界核电至今已有 60 多年的发展历史 截止到 2005 年年 底 全世界核电运行机组共有 440 多台 其发电量约占世界发 电总量的 16 在发达国家 核电已有几十年的发展历史 核电已成为一 种成熟的能源 中国的核工业已也已有 40 多年发展历史 建立 了从地质勘察 采矿到元件加工 后处理等相当完整 的核燃料 循环体系 已建成多种类型的核反应堆并有多年 的安全管理和 运行经验 拥有一支专业齐全 技术过硬的队伍 核电站的建 设和运行是一项复杂的技术 中国目前已经能够设计 建造和 运行自己的核电站 秦山核电站就是由中国自己研究设计建造 的 第一代核电站 核电站的开发与建设开始于上世纪 50 年代 1954 年 前 苏联建成电功率为 5 兆瓦的实验性核电站 1957 年 美国建成 电功率为 9 万千瓦的 shipping port 原型核电站 这些成就证明 了利用核能发电的技术可行性 国际上把上述实验性和原型核 电机组称为第一代核电机组 第二代核电站 上世界 60 年代后期 在实验性和原型核电机组基础上 陆 续建成电功率在 30 万千瓦的压水堆 沸水堆 重水堆 石墨水 冷堆等核电机组 它们在进一步证明核能发电技术可行性的同 时 使核电的经济性也得以证明 上世纪 70 年代 因石油涨价 引发的能源危机促进了核电的大发展 目前世界上商业运行的 四百多座核电机组绝大部分是在这段时期建成的 习惯上称之 为第二代核电机组 第三代核电站 上世纪 90 年代 为了解决三里岛和切尔诺贝利核电站的严 重事故的负面影响 世界核电业界集中力量对严重事故的预防 和缓解进行了研究和攻关 美国和欧洲先后出台了 先进轻水堆 用户要求 文件 即 urd 文件 utility requirements document 和 欧洲用户对轻水堆核电站的要求 即 eur 文 european utility requirements document 进一步明确了预防与缓解严重 事故 提高安全可靠性和改善人因工程等方面的要求 国际上 通常把满足 urd 文件或 eur 文件的核电机组称为第三代核电机 组 对第三代核电机组要求能在 2010 年前进行商用建造 第四代核电站 2000 年 1 月 在美国能源部的倡议下 美国 英国 瑞士 南非 日本 法国 加拿大 巴西 韩国和阿根廷等十个有意 发展核能的国家 联合组成了 第四代国际核能论坛 gif 于 2001 年 7 月签署了合约 约定共同合作研究开发第四代核能 技术 根据设想 第四代核能方案的安全性和经济性将更加优 越 废物量极少 无需厂外应急 并具备固有的防止核扩散的 能力 高温气冷堆 熔盐堆 钠冷快堆就是具有第四代特点的 反应堆 第一代核电站为原型堆 其目的在于验证核电设计技术和 商业开发前景 第二代核电站为技术成熟的商业堆 目前在运 的核电站绝大部分属于第二代核电站 第三代核电站为符合 urd 或 eur 要求的核电站 其安全性和经济性均较第二代有所 提高 属于未来发展的主要方向之一 第四代核电站强化了防 止核扩散等方面的要求 目前处在原型堆技术研发阶段 中国大陆的核电起步较晚 80 年代才动工兴建核电站 中 国自行设计建造的 30 万千瓦 电 秦山核电站在 1991 年底投 入运行 大亚湾核电站于 1987 年开工 于 1994 年全部并网发 电 三 核能的优点与缺点 世界上有比较丰富的核资源 核燃料有铀 钍氘 锂 硼 等等 世界上铀的储量约为 417 万吨 地球上可供开发的核燃 料资源 可提供的能量是矿石燃料的十多万倍 核能应用作为 缓和世界能源危机的一种经济有效的措施有许多的优点 1 核能具有的优点 1 1 利用核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染 物质到大气中 因此核能发电不会造成空气污染 1 2 利用核能发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳 火电站不断地向大气里排放二氧化硫和氧化氮等有害物质 同 时煤里的少量铀 钛和镭等放射性物质 也会随着烟尘飘落到 火电站的周围 污染环境 而核电站设置了层层屏障 基本上 不排放污染环境的物质 就是放射性污染也比烧煤电站少得多 据统计 核电站正常运行的时候 一年给居民带来的放射性影 响 还不到一次 x 光透视所受的剂量 1 3 核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍 故核能 电厂所使用的燃料体积小 运输与储存都很方便 一座 1000 百 万瓦的核能电厂一年只需 30 公吨的铀燃料 一航次的飞机就可 以完成运送 1 4 由于核燃料的运输量小 所以核电站就可建在最需要 的工业区附近 核电站的基本建设投资一般是同等火电站的一 倍半到两倍 不过它的核燃料费用却要比煤便宜得多 运行维 修费用也比火电站少 1 5 核能发电的成本中 燃料费用所占的比例较低 核能 发电的成本较不易受到国际经济情势影响 故发电成本较其他 发电方法为稳定 1 6 安全性强 从第一座核电站建成以来 全世界投入运 行的核电站达 400 多座 30 多年来基本上是安全正常的 虽然 有 1979 年美国三里岛压水堆核电站事故和 1986 年苏联切尔诺 贝利石墨沸水堆核电站事故 但这两次事故都是由于人为因素 造成的 随着压水堆的进一步改进 核电站有可能会变得更加 安全 然而 核能是把双刃剑 在其巨大的优势下 也存在不可 忽视的劣势 2 核能具有的缺点 2 1 为核裂变链式反应提供必要的条件 使之得以进行 2 2 核能电厂会产生高低阶放射性废料 或者是使用过之 核燃料 虽然所占体积不大 但因具有放射线 故必须慎重处 理 且需面对相当大的政治困扰 2 3 链式反应必须能由人通过一定装置进行控制 失去控 制的裂变能不仅不能用于发电 还会酿成灾害 如切尔诺贝 利核电站和福岛核电站等等 2 4 核能发电厂热效率较低 因而比一般化石燃料电厂排 放更多废热到环境裏 故核能电厂的热污染较严重 2 5 裂变反应产生的能量要能从反应堆中安全取出 2 6 裂变反应中产生的中子和放射性物质对人体危害很大 必须设法避免它们对核电站工作人员和附近居民的伤害 2 7 核能电厂投资成本太大 电力公司的财务风险较高 2 8 核能电厂较不适宜做尖峰 离峰之随载运转 2 9 兴建核电厂较易引发政治歧见纷争 2 10 核电厂的反应器内有大量的放射性物质 如果在事故 中释放到外界环境 会对生态及民众造成伤害 目前 世界各 地的研究人员正在开发宽度小于人的头发的微型装置 用于从 生化传感器到医学植入体的各种用途 但这方面存在着一个障 碍 目前还没人能拿出一种与这么小的微型机械装置相匹配的 能源 6 纵观核能的优缺点 核能的安全性问题很重要 公众对核 电安全性的质疑从未停止 公众的置疑 源于核事故的出现 前苏联的切尔诺贝利核电站的核泄事件作为核能安全的导火线 让人们意识到核能利用潜在的危险性和污染性 也正是从此开 始 核能的清洁特性开始被忽视 核能不安全 污染严重等一 系列核能威胁论成了主流 四 切尔诺贝利核电厂事故和福岛核电站事故分析 切尔诺贝利核事故是因为测试未经俄罗斯核建设委员会批 准 设定工作顺序的方法错误 物资和工程设备的管理不当 紧急反应物资和设备不足 对其他装置发生的事故保密 测试 计划不周 理者对测试的技术理解有差 改正措施不当 违反 规定 缺乏安全训练 安全责任分工不明 紧急情况处置不当 装置未经授权 不应进行测试 反应堆的设计使得当输出功 率低于 20 时不稳定 大型活性区需要复杂的控制系统 因为 管线复杂 因此为每个通道提供紧急冷却比较困难 自建设开 始未对修改后的标准进行更新 缺乏工程安全设备以避免操作 工失误 系统的安全系数不当 提供的紧急情况应对资料不充 分 为准备测试员工已工作了 24 小时 负责试验的工程师对核 反堆知之甚少 程序的质量低 福岛核电站是 60 年代设计 1971 年建成的老式核电站 由于缺乏外部厚实安全壳 只有内部钢安全壳 让其在极端情 况下的安全防护措施仍存在一定问题 福岛核电处于地震带上 而选址 备用电源等设计欠缺妥善的考虑 而此前福岛核电站 对发生的多起小事故隐瞒和忽视 使得安全隐患未能的到妥善 处理 这是造成事故发生的直接原因 日本政府以及东京电力公司在事故发生之初以及过程中的 处理手法值得质疑 东京电力福岛第一核电站 号机组反应堆 水位 日晚出现下降 一时间燃料棒几乎完全露出 其原因 竟然是在向反应堆堆芯灌注冷却水时 负责水泵的工作人员到 别处巡逻 没有注意到水泵燃料耗尽 这样低级的失误 简直 令人难以置信 日本当局在事故最初对事故的严重程度没有足 够认识 一名日本官员在事故刚发生时甚至说 核电站泄漏的 放射线剂量仅相当于人们在医院利用医学器械进行放射线身体 检查时承受的剂量 这根本就是荒谬 这是造成事故持续恶化 的的主要原因 五 中国核能发展的趋势 核电站只需消耗很少的核燃料 就可以产生大量的电能 干净 无污染 对于发展迅速环境压力较大的中国来说 再合 适不过 中国正在加大能源结构调整力度 积极发展核电 风 电 水电等清洁优质能源已刻不容缓 中国能源结构仍以煤炭 为主体 清洁优质能源的比重偏低 中国目前建成和在建的核电站总装机容量为 870 万千瓦 预计到 2010 年中国核电装机容量约为 2000 万千瓦 2020 年约 为 4000 万千瓦 到 2050 年 根据不同部门的估算 中国核电 装机容量可以分为高中低三种方案 高方案为 3 6 亿千瓦 约 占中国电力总装机容量的 30 中方案为 2 4 亿千瓦 约占 中国电力总装机容量的 20 低方案为 1 2 亿千瓦 约占中 国电力总装机容量的 10 中国国家发展改革委员会正在制定中国核电发展民用工业 规划 准备到 2020 年中国电力总装机容量预计为 9 亿千瓦时 核电的比重将占电力总容量的 4 即是中国核电在 2020 年时 将为 3600 4000 万千瓦 从核电发展总趋势来看 中国核电发展的技术路线和战略 路线早已明确并正在执行 当前发展压水堆 中期发展快中子 堆 远期发展聚变堆 具体地说就是 近期发展热中子反应堆 核电站 为了充分利用铀资源 采用铀钚循环的技术路线 中 期发展快中子增殖反应堆