现如今,许多西方发达国家都开始纷纷淘汰“核电”,可是反观中国却仍然在大力发展核电技术,难道对比于发达国家来说,中国真的永远都落后一步吗?中国大力发展核电技术又是不是在“捡破烂”呢?2021年3月10号,日本发布一份福岛核电站事故调查报告,报告显示:日本福岛核电站的2、3号机组厂房上方的混凝土盖子上,附着了大约7万万亿贝克勒尔的放射性物质。
污染程度远超预期。
并且在今年4月9号,日本政府决定将福岛核电站的核废水排放入海。
要知道,从福岛核电站泄露至今,已经过去了10年的时间,但是它仍然是一个随时都有可能爆炸的“定时炸弹”。
或许是在看到了福岛核电站泄露10年之久后还对人类存在着巨大的潜在威胁,许多西方的发达国家纷纷表示,将要“淘汰核电”。
以德国为例,自从2011年福岛核电站出事后,德国就做出了要在2022年底之前逐渐淘汰核电的决策。
同时,为了更好地落实,德国立即关闭了多组核电设施,甚至不惜代价地斥资补助相关企业。
据不完全统计,最高的已经拿到了超过14亿欧元。
除了德国,美国作为“全球核能先行者”,也开始积极对自己国内的核电设施进行替换。
2020年,美国淘汰了产能4.3吉瓦的核电设施。
为大家普及一下,吉瓦是一种功率单位,1吉瓦等于1000兆瓦,按照1兆瓦机组每小时能够产生1000度电来算,一吉瓦每年能产生87.6亿度电,4吉瓦就是350.4亿度电,这几乎是北京半年的用电量。
虽然这只占了美国目前全部运营核电设备的5%,但是美国关闭核电设施的力度还在逐年增加。
按照计划,2021年,美国还将淘汰5.1吉瓦,也就是510万千瓦的核电设施。
然而,就在西方国家纷纷决定淘汰核电时,中国却仍在大力发展核电技术,这是为什么呢?难道我国没有意识到核电设施的潜在隐患吗?别着急,我们接着往下看。
讨论这个问题,首先我们要认清一个事实:那就是,虽然许多西方国家纷纷表示要“淘汰核电”。
但事实上,在使用核电的发达国家中,目前只有“德国、比利时、瑞士”这三个国家有明确表态和计划在未来退出核电。
据“世界核能协会统计”,目前全世界在建的商用核反应堆总有50座,其中包含了中国16座、印度6座、韩国4座、美国2座、英国、法国、芬兰各1座。
显然,部分西方国家虽然减少了核电设施的建造数量和建造速度,但仍然还在继续新建核电项目。
那为什么发达国家现在可以很少建造核电站呢?在这里我们以美国为例来分析四点原因。
第一点就是电力需求方面,发达国家并不会有太多新增的用电需求。
对于美国的电力需求来说,2000年就像是一道分水岭,2000年以前,美国的用电需求疯狂增长,而2000年以后,电力需求就增长的很慢了。
2005年-2020年,美国的电力需求基本没有明显增长,既然没有新增电力需求,那对于新增发电站的需求自然就少了,自然也没有必要大力建造核电站了。
第二点是有关电力供应方面的问题,上世纪七、八十年代,美国建造了超过100座的商用核反应堆,这样庞大的数量在当年也算的上是“基建狂魔”了。
不过如果按照反应堆40年的使用寿命来算,2010年-2020年间,美国当年建造的这些核反应堆基本都到了该退休的年龄。
可如果这些核电设施都退休了,拿什么发电呢?为了解决这个问题,美国的核能管理委员会在2014年批准将国内正在服役的核反应堆寿命延长20年。
也就是说,在未来的20年里,美国暂时不需要考虑电力供应的问题,至于20年后应该怎么办,那就再说,不得不说,这样的做法,非常“美国”第三点我们从核电设施的建造成本来看问题。
中国有一句古话:天下攘攘,皆为利往。
美国也不例外。
凭借燃气蒸汽联合发动机的普及和比较低的天然气价格,核电在美国渐渐没有了成本上的优势。
并且最近20年,以风电和光伏为代表的可再生能源发电成本也在降低,美国就更没有继续大力发展核电设施的必要了。
最后一点就是我们上面讲到的安全性的问题,从1979年的美国三里岛到1986年的苏联切尔诺贝利再到2011年的日本福岛核电站事故。
三次核电事故一次又一次地加深着人们对于核能安全隐患的担心,于是在时间上,政府需要安抚民众的“反核情绪”。
在成本上,为了保证安全性,政府需要投入更多资金来增加冗余设计。
所以对于发达国家来说,大力建造核电设施变得有些得不偿失了。
我们接着讨论第二个问题:中国为什么还在大力发展核电呢?其实中国之所以大力发展核电技术,最主要的原因就是:核电技术拥有比其他能源更明显的优势。
首先从供求关系来看,中国和西方发达国家是完全不同的,作为一个坐拥十几亿人口的大国,我国光是2000年-2020年20年间,社会用电量翻了6倍。
要想保证稳定的电量供给就要多发电,在中国掌握的多种发电手段中,化石燃料和核电是供给最稳定的。
不过,我们都知道,化石燃料主要是煤炭和天然气,目前中国主要的发电方式还是依靠煤电,而大量的煤炭燃烧会导致大量的有害气体排放,显然不是长久之计。
那在使用煤炭会带来污染,中国天然气资源储备不多的情况下,核电自然就成为了最好的选择。
和化石燃料相比,核电的能源消耗和环境污染更小,这里给大家一组数据:一座百万千瓦级的核电厂每年需要的核燃料大概是30吨,而同样一座百万千瓦级的火电厂需要燃煤350万吨。
注意单位的不同,这是30吨和350万吨的差距,相差了10万倍之多。
再来看看成本,核电燃料的成本大约是0.1美元千瓦时,而火电燃料是0.3美元千瓦时,相差3倍。
在环境污染方面,核电也和大家想象的不一样。
百万千瓦级的核电机组,每年能减排600万吨的二氧化碳,2.5万吨的二氧化硫,1.5万吨的氮氧化合物。
除此之外,中国2019年因为核能发电,减排2.8亿吨二氧化碳、90万吨二氧化硫以及79万吨的氮氧化合物,整体减少了1亿吨标准煤的燃烧,相当于植树造林80万公顷。
说到这,相信大家都能发现,核电不管是在成本效益还是环保效益上来看,都是要远远超过化石燃料的。
在全球都提倡“清洁能源”的大背景下,核电是更符合中国未来的能源发展方向的。
可能有人会提出质疑:和传统的化石燃料相比或许是核电更好,但是核电风险也要更高,况且我国还有其他的清洁能源,为什么不使用呢?确实,在中国的“能源状况与政策白皮书”中写到了一点:中国能源战略是坚持节约优先,立足国内多元发展的。
大概的意思就是,我国要利用各种清洁能源不断发展,最终实现能源独立自主。
实际上我们也是这么做的,我国一直都是各种发电手段齐头并进,除了:煤电、核能,还有风电、水电、光伏这些清洁能源,在每个领域我们都有很多新建的项目。
可是,和其他清洁能源相比,核电依旧有不小的优势。
和核电相比,这些清洁能源的使用太容易受到影响,比如:风能需要风场,但是风的大小和方向都是不可控的;水力发电要考虑丰水季和枯水季,光伏发电,很受天气影响,甚至就连季节因素也会影响太阳能的摄入。
除了稳定性比不过核电,这些清洁能源对于环境的影响差异也很大,它们都存在一个致命的缺点——会破坏原有的生态环境。
像之前争论不休的三峡大坝对环境的影响、光伏反射造成鸟类大量死亡等问题层出不穷。
最后一点就是这些清洁能源的供给和需求不匹配的问题,在中国的西北部,新疆、内蒙古风力资源发达,西南部,四川、云南水利资源发达,发电多的用不完。
而在中国的沿海地区,经济相较于内陆要更发达,对电量的需求也就更高,光靠这些发电是远远不够的。
就算是用特高压运送电力,也还要考虑电力损耗和无法传达地区的问题。
由此可见,目前,核电才是最适合中国的发电方式。
讲了这么多,大家也应该发现了,对于核电来说,中国要考虑的就只有如何解决核电站的安全问题。
对于这个问题,广西防城港核电二期二组“华龙一号”核电机组或许就是我国成功解决了核电安全问题的最好体现。
中国的核电技术现在到底是在一个怎么样的水平呢?我们先来看看福岛核电站发生泄漏的根本原因。
2011年3月11号,日本福岛核电站发生泄漏。
泄露的根本原因就是日本的地震和海啸摧毁了福岛核电站的紧急发电机。
这直接导致了核电站的冷却系统无法正常工作,同时,因为核电站人员处置不力,核燃料产生的余热没有及时导出,这才造成了堆芯过热熔毁和氢气爆炸。
其实,在“世界核安全体系”中,如果能够保证堆芯热被及时排出,就可以绝对保证核电站的安全。
于是,保证电力系统的正常供电就成了保证核电站安全的重点。
但是,因为电力系统在自然灾害面前是不堪一击的,所以,我国在核电站的选址上都及其用心,基本能够排除这些特殊情况带来的危害。
除此之外,我国还在核电站的设计上做了二手准备。
在华龙一号核电机组上,我国自主设计了多种安全措施,能够保证在极端的情况下有效保护核电站的安全。
华龙一号率先采用了非能动安全系统,这是一种不需要电力能源也能够驱动的安全系统。
非能动系统可以在反应堆厂房内部的温度压力上升时,把向上流动的高温空气作为自然驱动力来保证核电厂房的正常运转。
可以说华龙一号的非能动系统就是对能动系统安全体系的补充,而且像这样的双安全体系在华龙一号上一共有3处。
分别在燃料组位置、一回路的压力边界和反应堆的安全壳处。
这样一来,因为外界的极端环境导致的核泄漏安全事故就可以完全被排除了。
还有人会问:如果核电机组遇到飞机撞击,或者是人为的恶意攻击怎么办呢?对于这一点也不用担心,先不讨论这种情况基本不可能发生,就算真的发生了,华龙一号的双层安全壳设计,不仅有抵抗大飞机撞击的能力,而且拥有更高的抗震标准,可以说是拥有了“金刚不坏”之身。
据2016年中国发布的“核应急白皮书”显示,在中国大陆运行的所有核电机组中,从未发生过国际核辐射事件二级以上的事故。
同时,在核废料的处理上,华龙一号凭借自己首创的177组堆芯燃料组设计,核电力可利用率提高了10%达到90%之多,利用率提高就意味着核废料的降低和安全性的提升。
不仅如此,2017年,中国科学院近代物理研究所成功开发的“全新加速器驱动核能加速系统”将釉资源的利用率由目前技术的不到1%提高到95%。
处理后的核废料不到乏燃料的4%,放射寿命也从数10万年缩短到了500年左右。
目前中国的釉资源利用率和核废料处理率均处于世界第一的水平。
除了“华龙一号”,中国因为自身发展核电技术起步较晚,在不断地吸取其他国家的经验教训之后,建造的和在建的基本都是安全性更高的三代核电项目。
相较于西方国家在七、八十年代建造的二代核电站来说,三代核电站的安全性早就远远地将他们甩在身后了。
而这也是为什么当很多西方发达国家纷纷“脱核”时,中国还在大力发展核电技术的原因,中国并不是没有意识到核电站存在的安全隐患,而是已经解决了使用核电的安全问题。
其实,中国不仅在核电安全技术领先全球,在可控核聚变的研发道路上,中国也从未停下脚步。
相对于核电站的可控核裂变技术来讲,可控核聚变所需要的反应“燃料”在地球上的储备更加丰富。
比如氘元素在海水中的储量极大,每公升海水里提取出的氘元素在完全的核聚变反应中可以释放相当于燃烧300公升汽油的能量。
氚元素则可以通过中子和锂产生,而锂在地壳和海水中又是大量存在的。
这样一来,核聚变反应所需的燃料相较于核裂变就是“取之不尽,用之不竭”的了。
更重要的是,核聚变不会产生放射性废料,污染几乎可以忽略不计,是一种比核裂变更加环保安全的“无限清洁能源”。
但是,由于核聚变是一个将两个较轻原子核聚合成一个较重原子核,并释放能量的过程。
如果想实现的话,就必须克服库伦斥力才能实现,也就是说,想要实现核聚变就需要给原子提供足够高的动能。
而原子高能动的宏观表征就是温度,只有足够高的温度才能把原子核和电子分开,这种状态的物体叫做“等离子体”,等离子体中的质子和中子在一定的范围内会产生核力将其聚合,这就是核聚变的过程。
可以看出,想实现核聚变就要为其提供一个高温环境。
在2020年12月4日,中国环流器2号M装置,新一代“人造太阳”在成都建成并首次发电成功。
这个装置采用了更先进的结构与控制方式,等离子体的温度可以达到1.5亿度,是太阳内部温度的10倍,是我国实现可控核聚变的重要依托装置。
中国环流器2号M装置的成功建造也意味着:我国自主掌握了大型先进“托卡马克装置”的设计、建造和运行技术,为我国实现核聚变堆的自主设计打下了坚实的基础。
不过,尽管中国在核聚变装置上取得了重大的突破,但是目前,在全世界范围内的核聚变装置都还只能做到放电,还不能真正实现核聚变,或者都只能实现极少量、极短时间的核聚变,这离核聚变的实用价值还差得很远。
尽管这样,我们依然有理由相信,在一代代中国科研人员的不懈努力下,我国一定会排除万难,一步步地接近掌握可控核聚变技术的目标,最终也一定能在能源的安全使用上再往前迈进一大步。