核能的和平利用在世界上已有60多年的歷史。如今,核電與火電(包括煤、天然氣、石油)、水電並稱為世界三大電力供應支柱。目前核能發電約佔世界總發電量的10.8%,核電是當今世界上大規模可持續供應的主要能源之一。各國核電裝機容量的多少,很大程度上反映了各國經濟、工業和科技的綜合實力。
當今世界能源形勢
目前的世界面臨著三個相互聯繫的主要問題:自然資源短缺(主要指能源、糧食和水)、人口增長迅速、環境汙染生態破壞。而嚴重的問題是潛在的能源短缺,因為能源是滿足人類一切物質需要的基礎,是衣、食、住、行和娛樂的基本保障。
人要一代一代繼續生存下去,必須為長遠的未來作考慮。一定要認識到地球上的資源是有限的,而人類對資源的需求卻是無限制的。因此對各種資源狀況需要作全面的了解。當世界上的石油用完之時,以石油產品為燃料的汽車、輪船、火車、飛機就將失去動力,這就需要對運輸事業進行控制,對能源作調整。科學工作者已越來越認識到,要找到克服能源短缺的出路,核能可以為人類解脫困境。
我們知道,世界上有機燃料的儲量是有限的,總有一天要用完。全世界石油、天然氣和煤炭的已探明儲量,按目前的消耗水平來看,少則幾十年,多的(如煤炭)也只能開採幾百年。而且,全世界對能源的需求量逐年在增加,照目前能源需求的增長勢頭,如果我們僅依賴於石油或煤炭這樣一些化石燃料,終將會發生能源危機。這決非是危言聳聽。
1970年,石油在世界能耗中的比重已達43%(煤只佔35%)。1979年石油生產的比重又進一步上升到49.l%。況且,石油還是一種十分重要的化工原料,用石油來製造化工產品,如化肥、農藥、醫藥、潤滑劑、塑料、合成纖維、合成橡膠等,其價值比用作能源的要高得多。
因此,由於石油儲量有限,並且越來越多地轉作化工原料,在世界能源消耗不斷增加的形勢下,不久的將來,石油就無法挑起世界能源主要支柱的重擔,在能源中將處于越來越次要的地位。
那麼,再度依賴煤是否可行呢?作為石油的姊妹能源,煤也有類似的問題存在,其儲量雖比石油豐富,然而也相當有限,它也是無法再生的化工原料,人類必須加以珍惜,不要讓它付之一炬,白白浪費。而且煤不比石油,它的開採成本高,燃燒效率低,燃煤所造成的汙染問題又嚴重。所以煤作為能源的衰落周期儘管會長一些,但也必將步石油的後塵。人類必須從長遠利益制定當前的能源政策。
溫室效應的危害
1988年7月4日,美國的一家很有影響的雜誌《幸福》發表了一篇引起世界矚目的文章。作者認為,21世紀將出現非常惡劣的氣候,氣溫上升比任何一次都更高更快,全球氣候將出現混亂反常,世界經濟將受到重大影響。
出現上述情況的主要原因正是燃燒煤、石油、汽油等化石燃料,燃燒產生的二氧化碳在大氣層中迅速積聚,比二氧化碳少得多但是同樣有害的氯氟化碳等氣體也迅速增多。在地球的大氣層中,這些氣體起著溫室玻璃那樣的作用,讓陽光射入而又把熱量留聚下來。它們吸收而不是反射能生熱的紅外線輻射,從而使地球氣溫持續上升,這就是溫室效應。
估計到21世紀中葉,地球的氣溫還將不可避免地繼續上升,那時,積聚在大氣層中的二氧化碳很有可能比現在多60%左右。
溫室效應的後果將是全球氣候的異常現象,使降雨、風、雲層、洋流以及南北極冰帽大小等關鍵可變因素發生變化。冬季縮短、夏季延長,由於蒸發增強,大片地區的土壤溼度將會降低。
最明顯的影響表現在農業方面。隨著二氧化碳濃度的增加,植物的氣孔(氣體和水蒸氣通過的細孔)只要張開得小一點即可收入同樣數量的二氧化碳,這樣,植物由於蒸發所損失的水份就減少了,結果是植物會長得更大。農作物生長較快,就可能較快地把土壤中的養分吸光,農家就不得不購買更多的化肥。糧食的質量可能隨著二氧化碳的提高而下降,因為葉子的含碳量可能增加,含氮量可能減少。在溫室效應中,害蟲和病害較易蔓延,這就需要更多的農藥治理。
由此可見,溫室效應帶來的生態破壞及社會後果是嚴重的。
核能的發展前景
核能作為清潔能源外,一個最大的優點就是經濟性。例如,同等條件下,建設一個熱電站。如果建煤熱電站,每年約需煤110萬噸,不僅運輸無法解決,燒煤造成的環境汙染更是個嚴重問題;如果建燒油電站,每年燒油需80萬噸,發電僅值1.8億元,而要是做化工原料的價值就達4.8億元,出口可換外匯1.36億美元。而選擇建造核熱電站,這不僅運輸不成問題,每年只需UO26噸,從經濟上考慮也是合算的。
1973年開始,主要工業國的核電成本與火電相當。以後隨著石油調價和核電技術的逐步成熟,核電成本已經低於油電站、煤電站和油煤電站的成本。據統計,美、法、英、德國和加拿大等國的核電成本平均比火電低1/3左右。1976年,美國由於採用核電節省了14億美元,相當於節省 9000萬噸煤或 32500萬桶石油。
核電的發電成本由運行費、基建費和燃料費三部分組成。核電站的運行費和火電站的差不多。但核電站運行可靠,每年利用小時最高達8000小時,平均約為6000小時。
據統計,1975~1978年,世界上有15座核電站的平均負荷因子達到80%以上,其中有8座達85%,德國一座壓水堆核電站達到了最高為91.3%。核電站的燃料費比火電站的要低得多。對100萬千瓦壓水堆核電站,每年需要補充40噸燃料,其中只消耗1.5噸鈾-235,其餘的尚可收回。所以燃料運輸是微不足道的。而對一座100萬千瓦燒煤的發電廠,每年致少消耗2120000噸標準煤,平均每天要有艘萬噸輪,或三列40節車廂的火車運煤到發電廠。運輸負擔之沉重是可想而知的。
由於核電站系統的複雜和出於安全的考慮,它的基建費比火電高,對10~20萬千瓦容量的輕水堆比火電約高100%,對100萬千瓦容量的輕水堆約高60~70%。重水堆和氣冷堆的基建費還要貴一些。但是,核電站的整個發電成本還是比火電便宜。核電的經濟性與安全性已是毋庸置疑。
世界能源結構的變化中,核能在今後仍是屬於有發展前途的能源。90年代初開始,人們對核能的評價發生了有利於核能的轉變,其原因是人們越來越認識到,沒有核能的能源供應,從經濟上和生態上都有一定的風險,人們也認識到存在著不斷改進核電廠安全技術從而減少事故風險的可能。
世界核電發展現狀
核電是一種資金密集型、技術密集型的清潔能源。目前,全世界30個國家擁有核電站,主要分布在歐美發達國家。截至2016年4月,全球在運核電機組共計444臺,總裝機容量38627.6萬千瓦。根據世界核協會統計數據,2015年全世界核能發電總計24413億千瓦時。全球發電總量中,核能發電比例超過10%。其中,法國核能發電比例最高,核電發電佔法國全部發電量的76.3%;擁有核電站數量最多的是美國,目前擁有104座反應堆,核電發電量佔美國總發電量的19.5%;我國大陸核電發電量佔大陸總發電量的3.01%。
世界各國不斷採取措施,對現有反應堆開展安全評估,同時針對極端情況,電廠增設了防水淹、移動柴油機電源、非能動消氫等設施,優化核電技術,提高安全響應能力和管理水平。當前,全球核電產業逐漸回歸正常發展軌道,核電建設逐步復甦。截至2016年3月,全世界在建核電機組共計64臺,總裝機容量6301萬千瓦,中國、俄羅斯、印度、美國成為核電項目建設最多的四個國家。
我國核電發展現狀
1991年12月15日,中國大陸第一座核電站——秦山核電站併網發電。三十多年來,我國核電事業一直穩步發展,形成了浙江秦山、廣東大亞灣、江蘇連雲港、遼寧紅沿河、福建福清等幾個重要核電基地。截至2016年3月,我國大陸運行核電機組共有30臺,總裝機容量為2846.5萬千瓦;共有24臺在建核電機組,總裝機容量2672.9萬千瓦。2015年,核電累計發電量為1690億千瓦時,約佔全國總發電量的3.01%。與世界平均水平相比,我國核電發電比例偏小,具有較大的發展空間。2014年11月,《國家能源發展戰略行動計劃(2014-2020年)》正式發布。根據行動計劃,到2020年,我國大陸核電運行機組總裝機容量為5800萬千瓦,在建核電機組總裝機容量為3000萬千瓦。
在核電建設領域,我國堅持熱堆、快堆、聚變堆「三步走」技術路線,合理把握建設節奏,穩步有序推進核電建設,高效安全發展核電。第三代核電將成為我國今後一段時間核電建設的主力軍。
我國發展核電的重要意義
當前,在人們越來越重視地球溫室效應、氣候變化的形勢下,積極推進核電建設,是我國能源建設的一項重要政策,對於滿足經濟和社會發展不斷增長的能源需求,保障能源供應與安全,保護環境,實現電力工業結構優化和可持續發展,提升我國綜合經濟實力、工業技術水平和國際地位,都具有重要的意義。