依靠技术创新，安全高效发展核电，治理雾霾源头

2015-12-02周梦君上海核工程研究设计院

上海节能 2015年3期

周梦君上海核工程研究设计院

我国大气污染严重，化石能源利用是大气污染的主要来源，特别是煤炭。在改善煤电燃料链环境影响、发展风电水电太阳能的同时，加快发展核电是加快雾霾源头的彻底治理、减少我国环境污染和温室气体排放的现实有效途径。

1 雾霾的成因及危害

雾霾已经对我们的生活构成了极大的威胁，给民众健康带来了严重影响。首先，雾霾中的PM2.5 威胁新生儿健康。其次，雾霾天气是心血管疾病患者的“健康杀手”，雾霾天气空气中污染物多，这些粒子进入支气管、肺部会危害人体健康，引起鼻炎、哮喘、支气管炎，诱发肺癌或心血管病，导致心肌梗死等。最后，雾霾中的一些化合物在强烈的阳光紫外线照射下，会产生光化学反应，严重威胁人类生命。因此，根治雾霾已经成为当务之急。

雾霾的成因主要来自两大因素。一是工业排放的废气。我国现在绝大多数使用的还是化石能源，每年消耗35 亿t的煤，加上进口有4 亿多t的石油，1000 万m³的天然气。工业燃烧了以后，放出来的二氧化碳、二氧化硫、氮化物如果没有经过处理，或者经过处理以后没有达到标准，容易形成大气中的细微颗粒。二是火力发电。火力发电占到全国发电能力的70%，产生大量的含硫含硝污染物。[1]此外，还有汽车排放，民用取暖、做饭烧煤，生态破坏导致沙漠化等原因。

2 核电是“零雾霾”的能源

（1）核裂变的科学原理决定了核电的“零雾霾”特性

核发电的原理是：在可控核裂变反应的状态下有序释放核能，并通过核反应堆将核能转化为热能，再通过透平进而转化为电能。因此，核电站在发电过程中几乎不产生煤电带来的大气污染物。由于核发电几乎不产生硫酸化合物、硝酸化合物、有机碳氢化合物等“霾粒子”，也不产生二氧化碳等温室气体，更不产生烟灰尘埃；故而核电是货真价实的 “零雾霾”能源，是名副其实的低碳能源。从这个意义上说，核电也是一种清洁能源。

（2）核电链与煤电链对环境危害比较

上世纪90年代中期，我国对煤电链与核电链产生的环境的危害进行研究分析比较[2]，其结果是：从大气污染物排放来看，正常情况下，燃煤发电向环境排放的二氧化硫、氮氧化物、有害颗粒物等大气污染物会直接导致酸雨、降尘等影响，造成人体健康、森林、农作物、生态系统等明显危害；而核发电不产生任何大气污染物，对环境的影响很小。再从放射性流出物排放来看，煤中含有天然存在的原生放射性核素，通过燃煤电厂的气载烟尘排放煤中的天然放射性核素到环境中。而核电链向环境排放经审管部门批准的远低于天然本底辐射水平的气态和液态流出物，产生数量很少的固体废物作封闭处理，没有外排。煤电链的放射性流出物排放对公众产生的辐射剂量比核电链高约40倍。燃煤电厂的放射性排放及其对公众的辐射照射远远高于核电站的贡献。由于煤渣中放射性活度含量高于其他天然建材等材料，居住在含煤渣建材住房中的居民所受辐射剂量也明显偏高。总的来说，煤电链对公众产生的辐射照射约为核电链的50倍。

（3）核电链与煤电链的温室气体排放比较

2011年，中国工程院开展了对不同发电能源链温室气体排放研究项目的调查，其主要结果是：当前我国核燃料循环前段（包括铀矿采冶、铀转化、铀浓缩、元件制造、核电站）的实际温室气体归一化排放量为6.2g·（CO2）/kWh（二氧化碳的排放量为6.2g/kWh），考虑了核燃料循环后段（乏燃料后处理和废物处置）的总排放量为11.9g·（CO2）/kWh。对煤电链，项目组调查了煤炭生产、煤炭运输、燃煤电站建造、运行、退役和电力输配环节4个生命周期阶段中温室气体的直接和间接排放，其结果为1072.4g·（CO2）/kWh。从温室气体排放来看，核电链仅约为煤电链的1%。核能发电本身不会产生温室气体排放，但在建造核电厂和制造核电厂所需燃料与设备过程中需要消耗能源和材料，生产这些能源和材料需要排放温室气体，而我国能源主要来自燃煤电站，所以，也可以说核电链排放的温室气体也是来自煤电厂。事实上，在各种发电能源链中，核能链温室气体归一化排放量也是很低的。其他电链的这一结果分别为水电链在（0.81～12.8）g·（CO2）/kWh；风电链在（15.9～ 18.6）g·（CO2）/kWh；太阳能在（56.3～89.9）g·（CO2）/kWh之间。核电是减排效应最大、因而也是治理雾霾源头的清洁能源之一。一座100万kW电功率的核电厂和燃煤电厂相比，每年可以减少二氧化碳排放600多万t，是减排效应最大的能源之一。

3 发展核电是彻底治理雾霾源头的战略性举措

（1）治霾要治本，治本先清源

治理雾霾，树立生态文明理念，强调科学、绿色、低碳发展。如果不改变能源结构，那么，雾霾会随时卷土重来。治理雾霾的根本出路是转变发展方式，调整能源结构，加快发展清洁能源。一是加快从一次能源为主向二次能源为主转变，从以煤为主向以电为主转变。电力相对于一次能源更高效、更清洁、更方便，要更多地以电代煤、以电代油。二是加快电源结构优化调整，减少煤电比例，大力发展核电、风电、太阳能等清洁能源，实现电源结构由以煤电为主向以核电等新能源为主转变。

（2）核电是我国未来最重要的非化石能源

长期以来，核电都是我国清洁能源发展的主力军。与水电、风电、太阳能等清洁能源相比，核电可以克服、气候等障碍，能够高质量、稳定地提供基本负荷。核电是高负荷因子、大功率密集型能源，目前我国核电的发电成本已经低于负荷中心煤电成本[3]。以每kWh发电煤耗300 g标煤计算，1亿kW核电每年可以提供折合2.25亿t标煤的一次能源，可以代替3.15亿t煤炭，减排7.41亿t二氧化碳。核电单机容量大，发电时间稳定，负荷因子高，成本具有竞争力。由于水电、风电、太阳能发电等可再生能源的间歇性，对电网安全稳定运行提出新的挑战。核电运行稳定，可起到基础载荷作用，稳定电网的运行。核电和可再生能源电力的协调发展，也是保障电网安全运行的一个有效手段。预计到2030年以后，核电和可再生能源发电将占总发电量的40%～45%，而核电将占到其中的1/3。目前，我国核电已具备规模化发展的能力。未来，核电在调整能源结构、实施节能减排、转变经济发展方式和推进产业升级换代中，将发挥越来越重要的作用。

（3）发展核电必须始终坚持安全、高效

2011年日本福岛核事故以后，尽管国内对于核电的发展曾一度争论不休。但是，大家对“安全高效发展核电”的基本方针始终坚定不移。历经3年的反思和比较，学术界和业界已经取得了共识：核电总体上还是一个高效、清洁、可持续的能源。清华大学核能专家何建坤在2014年5月题为《我国能源变革战略与核能发展》的报告中强调：在确保安全的基础上，我国核能仍需要大规模发展，到2050年有可能达4亿kW左右，年发电量约占届时电力需求的1/4，可替代煤炭10亿t以上，在一次能源供应比例中占10%以上，减排CO2达25亿t以上。我国实施国内生产、海外开发、国际贸易3条渠道并举的天然铀保障体系，铀资源不会成为我国中长期核能持续发展的制约因素。我国规模化发展核电，对我国能源安全保障体系的建设将起积极促进作用。能源专家林伯强指出：现在看来，水电受到潜能限制，清洁能源如风电太阳能是发展方向，但是由于基数太小，相当长一段时间内不能对改变能源结构起很大作用。核电是一个可以大规模替代煤炭的能源品种，没有核电的中国清洁发展是很难想象的[4]。

（4）国家重视核电的发展

习近平主席和李克强总理相继表示，在采取国际最高安全标准、确保安全的前提下，抓紧启动东部沿海地区新的核电项目建设。2014年4月李克强在北京主持召开的新一届国家能源委员会首次会议上说，为使国家经济持续增长，核电将在中国确保能源安全的努力中占重要位置。中国能源研究会常务副理事长、原国家发改委能源所所长周大地最近表示，发展核电是中国重要能源战略，2030年争取核电发电达到2亿kW，2050年要达到4亿～5亿kW。

（5）全球核电呈现复苏趋势

2011年日本福岛核事故以后，全球核电曾一度转入低潮。但近年来又开始出现复苏的趋势。英、日、东欧、拉美和阿拉伯部分国家纷纷制定新的核电发展规划，并着手付诸实施。最新发布的联合国IPCC第五次评估报告，在进一步强化人为活动温室气体排放是造成当前气候变化主要原因的科学结论基础上，强调了实现全球地表温升不超过2℃目标下的减排路径。国际能源署（IEA）预测：为确保2050年实现全球清洁能源体制，需要2050年前每年必须增加新核电装机容量约22 GWe（即22台100kW的核电机组）[5]。

（6）确保核电安全高效发展，加快先进核电技术创新步伐

核裂变的科学属性在赋予核电优势的同时，也不可避免地伴随着风险。克服核电风险的对策有多种多样，其中最重要的就是，淘汰老旧的核电技术，采用先进的核电技术。令人鼓舞的是，我国“大型先进压水堆核电站”重大专项研发工作已经取得决定性的胜利，具有自主知识产权的CAP1400设计已经通过国家能源局组织的审查，CAP1400（见表1）示范工程已在山东石岛湾做好全面开工的准备。