核能利用對(duì)環(huán)境的影響

【專(zhuān)家解說(shuō)】：核能開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀及對(duì)環(huán)境的污染
唐浩
【關(guān)鍵詞】：能源危機(jī)核能發(fā)展開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀核電環(huán)境污染

【摘要】：面對(duì)日益加劇的能源危機(jī)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(wèn)題，世界各國(guó)都對(duì)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(kāi)發(fā)利用核能成為能源危機(jī)下人類(lèi)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(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀以及核能的開(kāi)發(fā)利用對(duì)環(huán)境造成的影響，分析了核能、核電相對(duì)于傳統(tǒng)能源的明顯優(yōu)勢(shì)，指出了大力開(kāi)發(fā)利用核能、發(fā)展核電是實(shí)現(xiàn)人類(lèi)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)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(lèi)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的保障性資源，同時(shí)能源問(wèn)題也是世界性的問(wèn)題。目前人類(lèi)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(lái)，化石燃料的消費(fèi)量急劇保持增長(zhǎng)，90%以上的世界經(jīng)濟(jì)活動(dòng)所需的能源都依靠化石能源提供，由于大量消耗，這類(lèi)資源正趨于枯竭；同時(shí)化石燃料的大規(guī)模利用也帶來(lái)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(wèn)題。能源危機(jī)與環(huán)境危機(jī)日益緊迫，尋找新的清潔、安全、高效的能源是人類(lèi)所面臨的共同任務(wù)。
現(xiàn)代社會(huì)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(yáng)能、潮汐能、地?zé)崮艿鹊?，但是由于技術(shù)問(wèn)題和開(kāi)發(fā)成本等因素，這些能源很難在近期內(nèi)實(shí)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(jì)、安全、可靠、清潔的能源，同各種化石能源相比起來(lái)，核能對(duì)環(huán)境和人類(lèi)健康的危害更小，這些明顯的優(yōu)勢(shì)使核能成為新世紀(jì)可以大規(guī)模使用的安全和經(jīng)濟(jì)的工業(yè)能源。從20世紀(jì)50年代以來(lái)，前蘇聯(lián)、美國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)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(lái)較長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。
1能源危機(jī)與發(fā)展核能的必然性
由于人類(lèi)對(duì)化石能源的大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用，可供開(kāi)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(zhǎng)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(jì)》,截止到2003年底,全世界剩余石油探明可采儲(chǔ)量為1565.8億噸,2003年世界石油產(chǎn)量為36.79億噸,即可供開(kāi)采年限大約42年。煤炭剩余可采儲(chǔ)量為9844.5億噸,可供192年，天然氣剩余可采儲(chǔ)量為175.78萬(wàn)億立方米,可供67年?；剂显谑褂眠^(guò)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(wèn)題不斷加劇，資源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)使人類(lèi)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(jì)性等因素，已開(kāi)發(fā)的太陽(yáng)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(kāi)發(fā)利用，盡管尚可繼續(xù)開(kāi)發(fā)，但僅靠水電資源難以滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的需求，由此看來(lái)，要使可再生能源達(dá)到全面應(yīng)用并足以支持經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的水平，還需要相當(dāng)一段進(jìn)一步開(kāi)發(fā)的時(shí)期。由于新的可再生清潔能源目前面臨技術(shù)和成本的問(wèn)題，只有核能是一種既清潔、又安全可靠且經(jīng)濟(jì)上具競(jìng)爭(zhēng)力的最現(xiàn)實(shí)的替代能源。
根據(jù)國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)的一位專(zhuān)家發(fā)表的報(bào)告，一座裝機(jī)容量為100萬(wàn)KW的燃煤電廠，每年要耗煤250萬(wàn)噸，所排放的廢物有：二氧化碳650萬(wàn)噸（含碳200萬(wàn)噸），二氧化硫1.7萬(wàn)噸，氮氧化物4000噸，煤灰28萬(wàn)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(bào)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(jì)）之多，而截止1993年的統(tǒng)計(jì)，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(lái)相當(dāng)一段時(shí)期內(nèi)，發(fā)展利用核能將成為21世紀(jì)人類(lèi)應(yīng)對(duì)能源危機(jī)和實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。

2核能的發(fā)展歷程與開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀
2.1核能發(fā)展的簡(jiǎn)單歷程
人類(lèi)對(duì)核能的現(xiàn)實(shí)利用始于戰(zhàn)爭(zhēng)。核能的戰(zhàn)爭(zhēng)用途在于通過(guò)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(zhēng)的目的,目前人類(lèi)對(duì)核能的開(kāi)發(fā)利用主要是發(fā)展核電,相對(duì)與其他能源,核能具有明顯的優(yōu)勢(shì)。核電站的開(kāi)發(fā)與建設(shè)開(kāi)始于20世紀(jì)50年代，1954年，前蘇聯(lián)建成電功率為5000kW的實(shí)驗(yàn)性核電站；1957年，美國(guó)建成電功率為9萬(wàn)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(guó)際上把上述實(shí)驗(yàn)性和原型核電機(jī)組稱(chēng)為第一代核電機(jī)組。
20世紀(jì)60年代后期以來(lái)，在試驗(yàn)性和原型核電機(jī)組基礎(chǔ)上，陸續(xù)建成電功率在30萬(wàn)kW以上的壓水堆、沸水堆、重水堆等核電機(jī)組，它們?cè)谶M(jìn)一步證明核能發(fā)電技術(shù)可行性的同時(shí)，使核電的經(jīng)濟(jì)性也得以證明：可與火電、水電相競(jìng)爭(zhēng)。20世紀(jì)70年代，因石油漲價(jià)引發(fā)的能源危機(jī)促進(jìn)了核電的發(fā)展，目前世界上商業(yè)運(yùn)行的四百多座核電機(jī)組大部分是在這段時(shí)期建成的，稱(chēng)為第二代核電機(jī)組。
第三代核電設(shè)計(jì)開(kāi)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(jì)，但其核電機(jī)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(jì)一般能在2010年前進(jìn)行商用建造。從核電發(fā)達(dá)國(guó)家的動(dòng)向來(lái)看，第三代核電是當(dāng)今國(guó)際上核電發(fā)展的主流。
與此同時(shí)，為了從更長(zhǎng)遠(yuǎn)的核能的可持續(xù)性發(fā)展著想，以美國(guó)為首的一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)聯(lián)合起來(lái)組成“第四代國(guó)際核能論壇”（GIF），進(jìn)行第四代核能利用系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)。第四代是指安全性和經(jīng)濟(jì)性都更加優(yōu)越，廢物量極少，無(wú)需廠外應(yīng)急，并具有防核擴(kuò)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(yàn)性核電站,美國(guó)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(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展時(shí)期,電力需求也以十年翻一番的速度迅速增長(zhǎng),此時(shí),核電的安全性和經(jīng)濟(jì)性得到驗(yàn)證,相對(duì)于常規(guī)發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)越性鮮明地顯現(xiàn)出來(lái),給核電發(fā)展提供了一個(gè)廣闊的市場(chǎng)。核電迅速實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、批量化的建設(shè)和發(fā)展。
國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)公布的一份報(bào)告顯示,立陶宛核能發(fā)電在全國(guó)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(guó)中,法國(guó)核電的比例高,核電占國(guó)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(guó)為33%,韓國(guó)為30%,美國(guó)為22%,而我國(guó)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(guó)家重新審視核電的利弊,美國(guó)90年代一直致力于核電站的維護(hù)而不是新建;在歐洲,許多國(guó)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(guó)的重視，出現(xiàn)了較快的發(fā)展勢(shì)頭。截至2007年12月,全世界正在運(yùn)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(guó)家達(dá)到總供電量的1/3。
隨著國(guó)際能源價(jià)格的進(jìn)一步飆升,2000年以來(lái)發(fā)達(dá)國(guó)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(jì)劃。美國(guó)2005年通過(guò)能源政策法,聯(lián)邦政府開(kāi)始積極鼓勵(lì)建設(shè)新的反應(yīng)堆。英國(guó)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(gè),使英國(guó)的電力供應(yīng)提高18%。據(jù)國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè),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(guó)家能源需求旺盛,其核能增長(zhǎng)最快,1999到2020年間將增長(zhǎng)417%,尤其是發(fā)展中的亞洲,據(jù)世界原子能機(jī)構(gòu)的統(tǒng)計(jì),未來(lái)65座正在興建或正在立項(xiàng)的核電站中,2/3分布在亞洲各國(guó)。中國(guó)目前運(yùn)行核電機(jī)組11個(gè),核電比例為119%,核電裝機(jī)容量900萬(wàn)千瓦,計(jì)劃到2020年提高到4000萬(wàn)千瓦。印度運(yùn)行核電機(jī)組17個(gè),核電比例為216%,計(jì)劃到2020年增加20至30個(gè)新核電機(jī)組，所以目前核電的擴(kuò)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(guó)家發(fā)展核電的勢(shì)頭強(qiáng)勁。
2.3我國(guó)能源的利用特點(diǎn)與核能的開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀

3核能的利用對(duì)環(huán)境造成的影響
雖然核能具有來(lái)源豐富、安全、清潔、高效等明顯的優(yōu)點(diǎn)，但是核能仍然可能對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，對(duì)人類(lèi)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展造成重大損害。核能的利用對(duì)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(wú)知、差錯(cuò)，其結(jié)果并不亞于爆發(fā)一場(chǎng)小型核戰(zhàn)爭(zhēng)，有時(shí)甚至遺患無(wú)窮，給人類(lèi)的生活乃至生存，投下可怕的陰影。目前核陰云主要來(lái)自核廢料的嚴(yán)重污染，使用核能所產(chǎn)生的核廢料會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)的輻射，并且影響會(huì)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(guò)兩起重大核安全事故。1979年3月，美國(guó)三哩島核電站二號(hào)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(méi)有造成大的人員傷亡但在經(jīng)濟(jì)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(cè)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?lài)?guó)家也受到輕微的核污染，引起了強(qiáng)烈的國(guó)際反響。據(jù)報(bào)道，有31人死亡，203人受傷，135000人被疏散。
當(dāng)前對(duì)環(huán)境造成污染的放射性核素大多來(lái)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(wàn)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(guò)一段時(shí)間后會(huì)衰變成非放射性元素。此外，還有鈾礦資源的開(kāi)發(fā)問(wèn)題，由于鈾礦資源的開(kāi)發(fā)造成的廢棄、廢水、廢渣等污染也不可忽視，對(duì)鈾尾礦也必須進(jìn)行妥善處理，如果處理不好，將會(huì)覆蓋農(nóng)田、污染水體，甚至對(duì)自然和社會(huì)都造成嚴(yán)重影響。一旦發(fā)生核事故或核泄漏，對(duì)人類(lèi)和環(huán)境造成的影響都是災(zāi)難性的，只有加強(qiáng)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(kāi)發(fā)利用。
3展望未來(lái)，4核能有廣闊的發(fā)展前景
21世紀(jì)初人類(lèi)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(shì)明顯,核電具有資源豐富、高效、清潔而安全的相對(duì)優(yōu)勢(shì),水電資源的開(kāi)發(fā)取決于長(zhǎng)遠(yuǎn)生態(tài)影響的評(píng)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(yáng)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(lái)20——30年核電將會(huì)迅速發(fā)展以緩解人類(lèi)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(kāi)發(fā)和利用給生態(tài)資源、環(huán)保護(hù)、社會(huì)生活以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)巨大利益,也對(duì)人類(lèi)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(duì)核電開(kāi)發(fā)和利用進(jìn)行分析,能更好地保護(hù)環(huán)境和促進(jìn)人類(lèi)利益。

【參考文獻(xiàn)】
彭俊愈軍，世界核電現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)簡(jiǎn)介，核安全，2007（4）.
傅濟(jì)熙，可持續(xù)發(fā)展與核能利用，中國(guó)核工業(yè)·核能論壇，1999（2）.
歐陽(yáng)予，核能和平利用的發(fā)展歷程與前景展望，電氣技術(shù)，2009（8）.
譚衡霖徐光平等，核能利用與我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略關(guān)系，電力環(huán)境保護(hù)，2008（1）.
唐黎標(biāo)，世界各國(guó)如何處置核廢料.
歐陽(yáng)予，世界核電國(guó)家的發(fā)展戰(zhàn)略歷程與我國(guó)核電發(fā)展，中國(guó)核電，2008（2）.
劉艷紅李剛，核能是危險(xiǎn)還是安全的，科學(xué)之友，2009（8）.