核能利用對環(huán)境的影響

【專家解說】：核能開發(fā)利用現(xiàn)狀及對環(huán)境的污染
唐浩
【關(guān)鍵詞】：能源危機核能發(fā)展開發(fā)利用現(xiàn)狀核電環(huán)境污染

【摘要】：面對日益加劇的能源危機以及化石能源的利用產(chǎn)生的溫室效應(yīng)、環(huán)境污染等問題，世界各國都對能源的發(fā)展決策給予極大重視。核能是一種清潔、安全、技術(shù)成熟的能源，開發(fā)利用核能成為能源危機下人類做出的理性選擇。本文著重闡述了核能的發(fā)展歷程、核能的開發(fā)利用現(xiàn)狀以及核能的開發(fā)利用對環(huán)境造成的影響，分析了核能、核電相對于傳統(tǒng)能源的明顯優(yōu)勢，指出了大力開發(fā)利用核能、發(fā)展核電是實現(xiàn)人類社會和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的必然選擇，清潔、高效的核能有著廣闊的發(fā)展前景。

能源是人類社會和經(jīng)濟發(fā)展的保障性資源，同時能源問題也是世界性的問題。目前人類所使用的能源主要是化石能源，自19世紀(jì)70年年代產(chǎn)業(yè)革命以來，化石燃料的消費量急劇保持增長，90%以上的世界經(jīng)濟活動所需的能源都依靠化石能源提供，由于大量消耗，這類資源正趨于枯竭；同時化石燃料的大規(guī)模利用也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染，導(dǎo)致了溫室效應(yīng)和全球氣候變暖等一系列環(huán)境問題。能源危機與環(huán)境危機日益緊迫，尋找新的清潔、安全、高效的能源是人類所面臨的共同任務(wù)。
現(xiàn)代社會中，除了煤炭、石油、天然氣、水力資源外，還有許多可利用的能源，如風(fēng)能、太陽能、潮汐能、地?zé)崮艿鹊?，但是由于技術(shù)問題和開發(fā)成本等因素，這些能源很難在近期內(nèi)實現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)和利用；而核能是一種經(jīng)濟、安全、可靠、清潔的能源，同各種化石能源相比起來，核能對環(huán)境和人類健康的危害更小，這些明顯的優(yōu)勢使核能成為新世紀(jì)可以大規(guī)模使用的安全和經(jīng)濟的工業(yè)能源。從20世紀(jì)50年代以來，前蘇聯(lián)、美國、法國、德國、日本等發(fā)達(dá)國家建造了大量的核電站，由于核電具有巨大的發(fā)展?jié)撃芎蛷V闊的利用前景，和平發(fā)展利用核能將成為未來較長一段時期內(nèi)能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。
1能源危機與發(fā)展核能的必然性
由于人類對化石能源的大規(guī)模開發(fā)利用，可供開采的化石能源日益衰竭，在世界一次能源供應(yīng)中約占87.7%,其中石油占37.3%、煤炭占26.5%、天然氣占23.9%。非化石能源和可再生能源雖然發(fā)展迅猛、增長很快,但仍保持較低的比例,約為12.3%。根據(jù)《2004年BP世界能源統(tǒng)計》,截止到2003年底,全世界剩余石油探明可采儲量為1565.8億噸,2003年世界石油產(chǎn)量為36.79億噸,即可供開采年限大約42年。煤炭剩余可采儲量為9844.5億噸,可供192年，天然氣剩余可采儲量為175.78萬億立方米,可供67年?；剂显谑褂眠^程中也造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，溫室效應(yīng)、酸雨和全球氣候變暖等全球性的環(huán)境問題不斷加劇，資源危機和環(huán)境危機使人類文明的可持續(xù)發(fā)展受到制約和挑戰(zhàn)。
在已知的可再生新能源中，由于技術(shù)上的困難和經(jīng)濟性等因素，已開發(fā)的太陽能、風(fēng)能、沼氣等均未能大規(guī)模利用，只有水電資源已大規(guī)模開發(fā)利用，盡管尚可繼續(xù)開發(fā)，但僅靠水電資源難以滿足經(jīng)濟和社會發(fā)展的需求，由此看來，要使可再生能源達(dá)到全面應(yīng)用并足以支持經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的水平，還需要相當(dāng)一段進(jìn)一步開發(fā)的時期。由于新的可再生清潔能源目前面臨技術(shù)和成本的問題，只有核能是一種既清潔、又安全可靠且經(jīng)濟上具競爭力的最現(xiàn)實的替代能源。
根據(jù)國際原子能機構(gòu)的一位專家發(fā)表的報告，一座裝機容量為100萬KW的燃煤電廠，每年要耗煤250萬噸，所排放的廢物有：二氧化碳650萬噸（含碳200萬噸），二氧化硫1.7萬噸，氮氧化物4000噸，煤灰28萬噸（其中含有毒重金屬約400噸）。而同樣規(guī)模的一座壓水堆核電站，每年才消耗低濃鈾25噸（相當(dāng)于天然鈾150噸），所排放的廢物為：經(jīng)處理固化的高放廢物9噸（體積約3立方米），將被存放于地下深層與環(huán)境隔絕的巖井中，另有中放廢物200噸、低放廢物400噸。核電廠不排放二氧化碳、二氧化硫或氮氧化物，且1kgU-235裂變產(chǎn)生的能量相當(dāng)于200噸標(biāo)準(zhǔn)煤。據(jù)有關(guān)報告顯示，現(xiàn)在世界每年因燃燒化石燃料所排放的二氧化碳已達(dá)55億噸（以碳計）之多，而截止1993年的統(tǒng)計，由于使用核能發(fā)電已使世界二氧化碳的排放減少了8%。所以在未來相當(dāng)一段時期內(nèi)，發(fā)展利用核能將成為21世紀(jì)人類應(yīng)對能源危機和實現(xiàn)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。

2核能的發(fā)展歷程與開發(fā)利用現(xiàn)狀
2.1核能發(fā)展的簡單歷程
人類對核能的現(xiàn)實利用始于戰(zhàn)爭。核能的戰(zhàn)爭用途在于通過原子彈的巨大威力損壞敵方人員和物資,達(dá)到制勝或結(jié)束戰(zhàn)爭的目的,目前人類對核能的開發(fā)利用主要是發(fā)展核電,相對與其他能源,核能具有明顯的優(yōu)勢。核電站的開發(fā)與建設(shè)開始于20世紀(jì)50年代，1954年，前蘇聯(lián)建成電功率為5000kW的實驗性核電站；1957年，美國建成電功率為9萬kW的希平港原型核電站；這些成就證明了利用核能發(fā)電的技術(shù)可行性。國際上把上述實驗性和原型核電機組稱為第一代核電機組。
20世紀(jì)60年代后期以來，在試驗性和原型核電機組基礎(chǔ)上，陸續(xù)建成電功率在30萬kW以上的壓水堆、沸水堆、重水堆等核電機組，它們在進(jìn)一步證明核能發(fā)電技術(shù)可行性的同時，使核電的經(jīng)濟性也得以證明：可與火電、水電相競爭。20世紀(jì)70年代，因石油漲價引發(fā)的能源危機促進(jìn)了核電的發(fā)展，目前世界上商業(yè)運行的四百多座核電機組大部分是在這段時期建成的，稱為第二代核電機組。
第三代核電設(shè)計開始于20世紀(jì)80年代，第三代核電站按照URD或EUR文件或IAEA推薦的新的安全法規(guī)設(shè)計，但其核電機組的能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（將核能轉(zhuǎn)換為電能的系統(tǒng)）仍大量采用了第二代的成熟技術(shù)，預(yù)計一般能在2010年前進(jìn)行商用建造。從核電發(fā)達(dá)國家的動向來看，第三代核電是當(dāng)今國際上核電發(fā)展的主流。
與此同時，為了從更長遠(yuǎn)的核能的可持續(xù)性發(fā)展著想，以美國為首的一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家已經(jīng)聯(lián)合起來組成“第四代國際核能論壇”（GIF），進(jìn)行第四代核能利用系統(tǒng)的研究和開發(fā)。第四代是指安全性和經(jīng)濟性都更加優(yōu)越，廢物量極少，無需廠外應(yīng)急，并具有防核擴散能力的核能利用系統(tǒng)，其目標(biāo)是到2030年后能進(jìn)行商用建造。
2.2世界核能的利用現(xiàn)狀與核電的發(fā)展
1954年前蘇聯(lián)世界建成第一座發(fā)電功率為5000KW的試驗性核電站,美國則在1957年12月建成了發(fā)電功率達(dá)90000KW的希平港壓水堆核電站。20世紀(jì)60年代到70年代,是世界各國經(jīng)濟快速發(fā)展時期,電力需求也以十年翻一番的速度迅速增長,此時,核電的安全性和經(jīng)濟性得到驗證,相對于常規(guī)發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)越性鮮明地顯現(xiàn)出來,給核電發(fā)展提供了一個廣闊的市場。核電迅速實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、批量化的建設(shè)和發(fā)展。
國際原子能機構(gòu)公布的一份報告顯示,立陶宛核能發(fā)電在全國發(fā)電總量中所占的比重接近80%,這一比重在世界上是最高的。在世界主要工業(yè)大國中,法國核電的比例高,核電占國家總發(fā)電量的78%,位居世界第二,日本的核電比例為40%,德國為33%,韓國為30%,美國為22%,而我國僅為2%右,發(fā)展空間很大。
由于三里島核電站事故尤其切爾諾貝利核電站事故,核能在上世紀(jì)90年代發(fā)展速度明顯放緩,核恐懼和高成本使得核能利用較高的發(fā)達(dá)國家重新審視核電的利弊,美國90年代一直致力于核電站的維護而不是新建;在歐洲,許多國家也在討論如何迅速關(guān)閉其核電廠。但進(jìn)入新世紀(jì)核電又受到世界各國的重視，出現(xiàn)了較快的發(fā)展勢頭。截至2007年12月,全世界正在運行中的反應(yīng)堆有439座,相比2002年的444座微量下降,但發(fā)電能力穩(wěn)步上升,總發(fā)電量達(dá)到37117GW,全世界核電供應(yīng)已經(jīng)達(dá)到總供電量的16%,許多國家達(dá)到總供電量的1/3。
隨著國際能源價格的進(jìn)一步飆升,2000年以來發(fā)達(dá)國家正在轉(zhuǎn)變其原有的核電發(fā)展態(tài)度,調(diào)整原有的核電發(fā)展計劃。美國2005年通過能源政策法,聯(lián)邦政府開始積極鼓勵建設(shè)新的反應(yīng)堆。英國政府在2008年2月宣布將投巨資發(fā)展核電,在2020年以前,新建反應(yīng)堆6個,使英國的電力供應(yīng)提高18%。據(jù)國際原子能機構(gòu)預(yù)測,到2030年,全球核電所占份額將增加到27%。正在崛起的發(fā)展中國家能源需求旺盛,其核能增長最快,1999到2020年間將增長417%,尤其是發(fā)展中的亞洲,據(jù)世界原子能機構(gòu)的統(tǒng)計,未來65座正在興建或正在立項的核電站中,2/3分布在亞洲各國。中國目前運行核電機組11個,核電比例為119%,核電裝機容量900萬千瓦,計劃到2020年提高到4000萬千瓦。印度運行核電機組17個,核電比例為216%,計劃到2020年增加20至30個新核電機組，所以目前核電的擴展以及近期和遠(yuǎn)期的發(fā)展前景仍集中在亞洲，亞洲地區(qū)尤其是發(fā)展中國家發(fā)展核電的勢頭強勁。
2.3我國能源的利用特點與核能的開發(fā)利用現(xiàn)狀

3核能的利用對環(huán)境造成的影響
雖然核能具有來源豐富、安全、清潔、高效等明顯的優(yōu)點，但是核能仍然可能對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，對人類社會和經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展造成重大損害。核能的利用對環(huán)境造成的污染主要是放射性污染。核能利用上的任何疏忽、無知、差錯，其結(jié)果并不亞于爆發(fā)一場小型核戰(zhàn)爭，有時甚至遺患無窮，給人類的生活乃至生存，投下可怕的陰影。目前核陰云主要來自核廢料的嚴(yán)重污染，使用核能所產(chǎn)生的核廢料會產(chǎn)生危險的輻射，并且影響會持續(xù)數(shù)千年。
到目前為止，全世界核能民用的歷史上僅發(fā)生過兩起重大核安全事故。1979年3月，美國三哩島核電站二號堆發(fā)生了一次嚴(yán)重的失水事故，幸好由于堆的事故冷卻緊急注水裝置和安全殼等設(shè)施發(fā)揮了作用，使排放到環(huán)境中的放射性物質(zhì)含量極小，雖然并沒有造成大的人員傷亡但在經(jīng)濟上卻造成了10到18億美元的損失，事故的危害尚在進(jìn)一步觀測調(diào)查中。1984年4月，前蘇聯(lián)基輔附近的切爾諾貝利核電站發(fā)生事故，造成大量的發(fā)射性物質(zhì)泄漏，30km范圍內(nèi)的居民被迫撤離，歐洲不少國家也受到輕微的核污染，引起了強烈的國際反響。據(jù)報道，有31人死亡，203人受傷，135000人被疏散。
當(dāng)前對環(huán)境造成污染的放射性核素大多來自核電站排放的廢物，核電可能產(chǎn)生的放射性廢物主要是放射性廢水、放射性廢棄和放射性固體廢物。1座100萬KW的核電站1年卸出的泛燃料約為25t，其中主要成分是少量未燃燒的鈾、核反應(yīng)后的生成物——钚等放射性核素，核廢料中的放射性元素經(jīng)過一段時間后會衰變成非放射性元素。此外，還有鈾礦資源的開發(fā)問題，由于鈾礦資源的開發(fā)造成的廢棄、廢水、廢渣等污染也不可忽視，對鈾尾礦也必須進(jìn)行妥善處理，如果處理不好，將會覆蓋農(nóng)田、污染水體，甚至對自然和社會都造成嚴(yán)重影響。一旦發(fā)生核事故或核泄漏，對人類和環(huán)境造成的影響都是災(zāi)難性的，只有加強核安全和輻射安全的管理，處理好放射性核廢料，合理科學(xué)地利用核能，才能保證核能安全的開發(fā)利用。
3展望未來，4核能有廣闊的發(fā)展前景
21世紀(jì)初人類面臨發(fā)展的能源瓶頸,傳統(tǒng)能源存量不足,效率低,污染大。目前“三足鼎立”的核能、水能、燃?xì)饽苤泻四軆?yōu)勢明顯,核電具有資源豐富、高效、清潔而安全的相對優(yōu)勢,水電資源的開發(fā)取決于長遠(yuǎn)生態(tài)影響的評估和科學(xué)論證,燃?xì)饽苁苤朴谫Y源的存量,其他可再生新型能源如風(fēng)能、生物質(zhì)能特別是太陽能由于成本高、效率低,短期內(nèi)難以成為能源供應(yīng)主力,因此,未來20——30年核電將會迅速發(fā)展以緩解人類能源需求的燃眉之急。

21世紀(jì)的能源格局是核能、水能、燃?xì)饽堋叭愣αⅰ?核電的開發(fā)和利用給生態(tài)資源、環(huán)保護、社會生活以及經(jīng)濟發(fā)展帶來巨大利益,也對人類的安全和可持續(xù)發(fā)展形成潛在威脅,從可持續(xù)發(fā)展的角度對核電開發(fā)和利用進(jìn)行分析,能更好地保護環(huán)境和促進(jìn)人類利益。

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