煤電優勢與核電復興

煤電優勢與核電復興

2008-04-07 12:46 作者：袁越 2008年第11期

今年3月，浙江三門核電站1號機組的核島工程負挖正式開工，標誌著中國在建核電機組數量由上世紀末的零臺增加到了現在的14臺，用實際行動引領世界潮流，在全球掀起了一股核電復興浪潮。

今年3月，浙江三門核電站1號機組的核島工程負挖正式開工，標誌著中國在建核電機組數量由上世紀末的零臺增加到了現在的14臺，用實際行動引領世界潮流，在全球掀起了一股核電復興浪潮。

煤電優勢

今年春節前後的一場暴風雪，讓很多中國人突然意識到，電其實是順著鐵路線走的。

中國75%的電力來自煤炭，只有2.5%來自石油，因為大部分石油都被汽車喝掉了。煤炭運輸成本高，中國鐵路的運力至少有一半都用來運煤了。目前很多火電廠的煤庫存都堅持不了一個星期，一旦鐵路運輸出了問題，直接後果就是拉閘。

中國是世界上煤炭開採量最大的國家，目前年產量超過了25億噸，佔世界總開採量的40%，其中一半用於發電。煤電最大的優勢就是成本低，水電雖然在價格上更有優勢，但受地域限制，對環境的影響大，發展潛力有限。

可是，隨著世界能源危機加劇，煤炭價格一直在漲。今年國際市場的煤價比10年前漲了3倍，達到了每噸130美元。國內的煤炭交易平均價格也比兩年前上升了30%，按照這個速度漲下去，煤電的低價優勢將化為烏有。

煤炭儲量也是個問題。按照目前流行的說法，地球的煤炭資源至少還能供人類使用100年。可是，根據總部設在德國的「能源觀察」組織提供的最新資料，世界煤炭儲量第二大的俄羅斯已經有10年沒有更新該國的煤炭儲量數據了，儲量第三大的中國這個數據甚至還停留在1990年。因此，決策者們關於地球煤炭總儲量的估計相當不可靠。另一個不爭的事實是:容易開採的高質量煤炭儲量正在迅速減少，中國的大部分煤礦都已經挖到了距地面1000米以下，開採成本大幅度提高。

所有這一切，又一次把核電推到了聚光燈下。

核電復興

「維持電網運行的主力軍叫做『基本負荷』電站，簡稱『基荷電站』。」美國西屋電氣有限公司中國首席代表劉信剛告訴本刊記者，「『基荷電站』需要不停地滿發，把電網的基本要求擔當起來。風能和太陽能等再生能源的能量密度太低，目前只能作為調控電站使用。相比之下，核電是最典型的『基荷電站』，核反應堆最好是一刻不停地發電，讓它停下來反而相當麻煩。」

劉信剛畢業於清華大學熱能工程系，2000年進入西屋電氣公司，親眼目睹了近幾年核電的復興。「上世紀七八十年代是核電工業的黃金年代，那段時間歐美各國建造了大批核電站，為核電工業打下了堅實基礎。目前核電家底最厚的國家是美國，一共有103座核電機組在運行，總發電量則穩居世界第一。不過，自90年代開始，美國沒有再新建一座核電站，全靠老電站維持。但就在這兩年，美國核管會收到了將近30個核電站的建設申請，核電復興的勢頭相當猛。」他說。

國際原子能機構（IAEA）提供的數據顯示，世界新增核電站的速度在1985年達到頂峰，但1986年的車諾比事件讓核工業進入了歷史上最寒冷的冬天，新建核電站數量直線下降。因為舊核電站退役的緣故，1998年的核電總裝機容量甚至出現了負增長。有意思的是，核電的總發電量卻一直在穩定增長，核電佔世界總發電量的百分比近10年來一直穩定在16%左右。

「隨著技術的發展和能源需求的持續增加，核電站的發電效率一直在不斷提高。」世界原子能協會（WNA）的項目主管瑪格努斯·莫裡（Magnus Mori）博士向本刊記者解釋說，「全世界核電站的滿負荷工作時間從1990年的73%增加到了2004年的83%，單這一項數字就相當於新建33個百萬千瓦級的核電站。」

但是，核電站的效率不可能無限提高。2007年全球核電總發電量比2006年降低了大約3.6%，顯示出核電站發電效率的提高幅度已接近極限。根據國際原子能機構的統計，目前全世界一共有439臺核電機組併網發電，比2002年少了5臺。由於大部分現役核電站都是在上世紀七八十年代興建的，而老式核電站的設計年齡大都不超過40年，所以核電站的退役高峰期將很快到來。

進入21世紀後，核電行業又被注射了一針強心劑，那就是全球氣候變化。從理論上講，核電幾乎不產生二氧化碳，對那些有減排壓力的發達國家來說，建核電站又有了一個新理由。去年年底召開的聯合國氣候變化會議上，各種核電機構和技術公司都派了大批人員前去遊說，幾乎每天都會有一個與核電有關的研討會出現在公告牌上。舉辦者用精美的小吃和酒精飲料吸引談判代表前往參加，向代表們宣傳核電的「低排放」優勢。

就在這樣的背景下，自2004年開始，核電復興的浪潮漸漸成型。除美國外，法國一直沒有停止建造核電站，目前法國的核電發電量佔本國發電總量的78%，是當之無愧的歐洲老大（相比之下，美國核電總發電量只佔20%左右）。英國在停滯了多年之後，於今年1月對外宣布重新啟動核電計劃。另一個核電強國俄羅斯目前有4座核電站正在建設中，俄羅斯政府今年3月剛剛公布了一份核電遠期規劃，計劃到2020年建成42座新的核反應堆。

當然，核電復興的真正熱點在亞洲。其中，日本和韓國一直沒有停止建造核電站，印度則明顯加快了節奏，目前至少有6座核電站正在興建中，大有後來居上的氣勢。中國除了三門核電站的2臺機組外，還有嶺澳二期2臺、秦山二期擴建工程2臺、紅沿河一期4臺和寧德一期4臺，一共14臺核電機組、總計1338萬千瓦正在建設中。已經通過認證、即將開工的核電站就更多，在建和將建的機組中，比較有名的是去年7月從美國西屋購買的4臺「先進型非能動1000」（AP1000）核電機組，以及去年11月從法國阿海琺公司購買的2臺「歐洲壓水堆」（EPR）核電機組。

「如果說別人是復興的話，中國只能說是大規模起步。」劉信剛說。根據中國核科技信息與經濟研究院提供的數據，中國大陸目前有11臺、共906.8萬千瓦的核電機組投入商業運行，發電量僅佔全國總發電量的1.9%，遠低於世界平均水平。事實上，在全世界已經擁有核電站的31個國家和地區當中，中國的核電所佔比例是最低的。

去年5月國家發改委頒布了《核電中長期發展規劃（2005?2020年）》，把中國2020年的核電裝機容量目標定在了4000萬千瓦這個看似不高的數字上（相比之下，一個三峽水壩的總裝機容量就高達1820萬千瓦）。但如果要實現這一目標，中國必須在今後十幾年裡每年新建2?3個百萬千瓦級的核電機組，即使全部實現國產化，至少也需要上千億元人民幣的資金。因此，要想實現「發改委」制定的目標，無論是資金來源還是技術支持，甚至廠址選擇，都將為我國的核電產業帶來不小的困難。

比如，去年引起民眾廣泛關注的核電新聞並不是中美或者中法之間的技術轉讓協議，而是山東乳山核電站的環評問題。去年12月6日，當時的國家環保總局在其網站上刊登了一則短訊，指出「乳山核電項目尚未向我局提出申請，我局並沒有受理該項目」。這篇不到200字的說明經媒體放大，引起了公眾廣泛關注，有相當多的反核人士藉機公開質疑核電的安全性和經濟性。

事實上，他們絕不是孤立的。全世界仍然有不少環保組織和政黨堅持反核立場，比如，德國、西班牙和比利時政府一直拒絕批准建造新的核電廠，就是因為對核電的安全性沒有信心。

核電安全嗎？

「如果全聽環保NGO的，那麼大家都自殺得了。」一位不願透露姓名的國家發改委能源問題專家對本刊記者說，「世界上任何一種能源都有人反對。火電排放二氧化碳;水電對魚類不好;太陽能電池的製造過程會消耗能源，汙染環境。就連風電都有人反對，歐洲專門有一批NGO反對風電，理由是風力發電機太難看，破壞自然環境的美感，而且會傷害鳥類……所以，NGO的話也許可以為決策者提個醒，但絕對不能全聽。」

在這位專家看來，新一代核電的安全性已經做得相當好了。「車諾比事件是個特例，幾個小概率事件同時發生，這才釀成慘禍。」這位專家指出，「相比之下，美國的三哩島核電站同樣發生了核洩漏，但其影響在可控範圍內，沒有造成破壞性後果。」

三哩島事件發生在1979年的美國，是人類和平利用核能過程中出現的第一例事故。當時，由於操作人員疏忽大意，導致三哩島核電站的2號反應堆過熱，造成堆芯熔化，放射性物質因此發生洩漏。幸運的是，核電站堅固的外殼把反應堆包在了裡面，只有極少量的放射性物質洩漏到周圍環境中。事後對周圍居民和生態環境的檢測顯示，此次事故沒有造成不良影響。

「三哩島事件恰恰說明了核電站是安全的。」劉信剛說，「如果保護系統正常運作，完全能控制核洩漏的發生。車諾比事件則是由於人為失誤造成的，當時的蘇聯工作人員違反程序，在關掉了保護系統的情況下在線做實驗，造成反應堆過熱熔化，再加上蘇聯人設計的反應堆不帶安全外殼，於是災難就發生了。」

根據國際原子能機構的統計，目前為止全世界核電站一共運行了1.27萬堆年，只發生了上述兩起重大事故。其中只有車諾比造成了實質性的傷害，三哩島以及其他幾個小事故都被成功地控制在電廠內，對周圍環境沒有造成負面影響。如果對比一下單位發電量的死亡人數，水電是核電的100倍，煤電是核電的40倍。

「我國之所以在很長一段時間裡沒有建造新的核電站，主要原因是成本太高。」中國資源綜合利用協會可再生能源專業委員會秘書長李俊峰對本刊記者說，「即使在煤炭的運輸成本和開採成本不斷上升的情況下，目前中國煤電的上網電價仍然維持在每度電大約0.4元的水平，風力發電和核電的上網電價都是0.5～0.6元，太陽能則高達3～6元，它們暫時都無法在經濟上和煤電競爭。」

但是，如果煤炭價格繼續漲下去，或者聯合國為了遏制全球氣候變化，強行給化石能源加上碳稅，經濟的天平就會向核電等低排放能源傾斜。今年1月，歐盟對碳交易規則進行了修改，把「碳排放許可證」的發放方式由免費發放改為競標發放。這一修改將大大提高碳的價格，根據英國政府的測算，如果碳價在現有基礎上提高50%，達到每噸36歐元，那麼核電站就會比傳統電站更加有利可圖。因為核電站的碳排放量很低，僅僅是出賣碳排放權這一項，每座大型核電站在其運行的40年時間裡，都會獲得25億歐元的收益，超過了核電高成本帶來的經濟損失。

國際反核人士們對此心情矛盾。他們不願看到核電復興，但核電的「低排放」特性卻讓他們很難找出批評的理由。去年的聯合國氣候大會上，凡是有關核電的講座都會吸引來大批反核人士前來旁聽，不少人公開質疑核電的「低排放」特性。「核電需要的鈾也是從地下挖出來的，挖礦的過程中產生的二氧化碳和核電節省的二氧化碳抵消了。」一位來自南非的反核人士這樣對本刊記者說。

「這個說法是不正確的。」莫裡博士對本刊記者解釋說，「根據國際原子能機構的計算，目前核電每發一度電排放的二氧化碳當量是1～6克，大致和風能以及水電相當，化石能源則是60～460克二氧化碳。根據這一數字計算，全世界的核電站每年少排25億噸二氧化碳，相當於全世界一半的汽車所排放的二氧化碳總量。」

那麼，核電站是否會對周圍環境產生放射性危害呢？乳山核電站周圍的居民擔心的正是這一點。莫裡博士對此有自己的看法:「國際上對於核電站和居民區之間的距離並沒有統一規定，每座電站可以根據自身情況制定相應的政策，從小於1公裡到幾公裡都是可能的。」

去年12月號的《科學美國人》雜誌刊登了一篇文章，認為核電站周圍的放射性比煤電還要小。文章稱，當煤燃燒變成飛塵後，鈾和釷的濃度就變成原初狀態的10倍。美國橡樹嶺國家實驗室的麥克布賴德博士和他的同事們研究了住在煤電廠周圍的人受到的輻射劑量，並和住在核電站周圍的人相比較，結果前者更高。不過，該文援引麥克布賴德的話說，煤廠產生的輻射給人們帶來的健康風險其實也很低，燒煤產生的其他有害氣體（比如能夠形成酸雨的二氧化硫，以及能形成煙霧的一氧化二氮）遠比輻射的危害更大。

「中國政府之所以做出重新發展核電的決定，和二氧化碳的關係不大。」李俊峰說，「主要原因在於中國燒煤燒得太厲害了，燒煤造成的空氣汙染非常嚴重。」李俊峰認為，中國不是不想多建核電站，而是因為沒有能力。再加上選址越來越困難，以及民間反核的聲音不斷加大，這些因素都給核電發展帶來了一定的負面影響。「臺灣地區反核比大陸還要厲害，他們為了是否建『核四』舉行過一次全民公投，結果被否決了。臺灣老百姓說，我們寧願不用電，也不要建『核四』！要想消除老百姓對核電的恐懼，必須加強宣傳。核電到現在為止只出過一次事故，結果老百姓談核色變，煤礦天天出事，大家倒不怕。」

記者提出，國際上還有一種意見認為發展核電會造成核擴散，而且核電廠很容易成為恐怖分子襲擊的目標。對此李俊峰認為，核電技術和原子彈之間雖然有聯繫，但差別明顯。「中國、印度和巴基斯坦都是在擁有核電站之前就有了原子彈。」李俊峰說，「核電站用的鈾純度在5%左右，原子彈需要的純度是95%以上。原子彈最大的技術難點是鈾的濃縮，而核電站的技術核心是可控核裂變，兩者完全不同。控制不控制核電站，和原子彈沒有多大關係。」

至於說到防止恐怖分子襲擊的問題，李俊峰認為，目前核電站的防護措施很嚴格，「當然了，世界上沒有絕對安全的東西，如果恐怖分子發射一顆飛彈什麼的，也會造成麻煩。所以說，如果能夠找到替代能源，我們可以不搞核電，但中國目前做不到」。

二代還是三代？

既然一定要建核電站，讓我們把目光轉向技術層面，看看中國適合發展哪種核電技術。

「目前，不同的核電技術從能量生成機理上講都是一樣的，差別在於冷卻的方式不同。」劉信剛解釋說，「按照不同的冷卻方式，核反應堆分為壓水堆、重水堆和沸水堆等不同類型。目前全世界有65%的核電站採用的是壓水堆，這是西屋首創的技術。」

不過，由於很多歷史原因，中國也擁有其他一些堆型，比如秦山三期採用的就是加拿大的獨門秘技——CANDU-6重水堆。按照「發改委」能源局副局長王駿的說法:「中國核電發展最大的問題就是已有核電站種類多，技術來源雜，標準不統一。這一現狀直接造成了中國核電自主化程度低，工程造價高，標準化程度不夠。為此，中國政府經過慎重考慮後，決定把壓水堆作為主要技術路線。」

國際上還有一種分類方法，把核電技術分為一代、二代和三代。現役的大部分核電站都屬於二代，中國也是如此。李俊峰認為，不同代核電站的技術之間沒有本質的區別，主要差別在於安全性，「二代核電站加上了自動保險裝置，不需要人的參與，這就避免了出現車諾比那樣的人為事故。三代核電站則進一步完善了安全措施，發生事故的概率更低」。

同為第三代核電站，不同廠家也有不同思路。劉信剛詳細解釋了它們之間的不同:「提高安全水平有兩種做法，一種是做加法，就是不斷添加保護裝置。比如二代核電站至少有兩列保護裝置，就是雙保險，到了第三代，甚至加上了4倍保險，這樣就大大提高了安全等級。法國的EPR就是這麼做的。但是，這樣做的缺點就是設備越來越多，成本自然也就上去了。於是，為了降低相對成本，這類核電站往往越做越大，比如EPR的裝機容量就達到了160萬千瓦，對電網的衝擊很大。另外，這些保險裝置都需要用電來驅動，如果突然停電，就會出問題。

「相比之下，西屋採用的是另一種思路，就是做減法。西屋的AP600就是按照這一思路設計出來的第一種『非能動』核電站，依靠自然力完成保護動作。打個簡單比方，我們可以把冷卻水預先放置在反應堆上方，一旦出事，閘門自動打開，水依靠重力傾瀉而下，給反應堆降溫。這樣做的好處顯而易見:一來可以不需要電力，斷水斷電也沒事;二來簡化了設備出故障的概率，並且降低了成本。」

國際原子能機構對核電站的安全性要求極高，二代核電站的堆芯熔化率必須達到10-5，也就是每10萬年出現一次。這個概率看起來很低，但如果考慮到全球一共有400多個核電站，出事概率就提升了兩個數量級，聽起來就有些可怕了。三代核電站進一步降低了故障率，堆芯熔化率達到了驚人的10-7，也就是每1000萬年出現一次。

此外，第三代核電站在核燃料的利用率和發電效率方面也都比二代核電站要好。但是，中國目前運行的核電站都是二代的，中國核工業界不少人都對二代技術情有獨鍾，他們不願看到自己熟悉的技術就這麼輕易淘汰。不少人爭論說，大部分三代核電站都還處於圖紙階段，缺乏實踐的檢驗。

確實，目前已經投入商業運行的三代核電站只有日本有，他們採用的是美國GE公司開發的ABWR（先進型沸水堆）技術，而三代壓水堆目前全世界只有一臺在建，就是正在芬蘭奧爾基洛託（Olkiluoto）建設的法國EPR核電站。

「這座電站開工僅兩年就暴露出了很多核電站常見的問題。」綠色和平組織的中國能源項目主任楊愛倫對本刊記者說，「核電站的特點就是建設費用高，周期長。奧爾基洛託核電站的工期滯後了18個月，費用超出預算7億歐元。」

「法國EPR沒有通過法國國內核安全當局的全面系統審查，這也是芬蘭項目出問題的原因之一。」劉信剛說，「AP1000通過了美國核管會的詳細認證，技術上是有保證的。」

可是，畢竟已經有一座EPR電站正在建設當中，AP1000則完全是「紙上談兵」。對此疑問，劉信剛回答說:「AP1000的設計經過了美國核管會多年的全面審查和認證，並獲得最終批准。AP1000採用全部業已使用的成熟技術，美國核管會在批准AP1000設計的同時，認為不需要建造原型堆即可批量建造。美國目前新申請的20多座核電站中，有14座選擇了AP1000，說明美國人對AP1000是有信心的。我相信AP1000將會很快在全世界普及開來，成為三代核電站的主流技術。」■

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