核電站:多安全才算安全?

在環(huán)保部6月份公布的《關于全國民用核設施綜合安全檢查情況的報告》中，列出了中國大陸所有15個正在運行的核電機組的名單。它們分別屬于浙江秦山、秦山2、秦山3、廣東大亞灣、廣東嶺澳、江蘇田灣等6家核電廠，其核電機組采用的技術全部屬于二級。

而日本發(fā)生核泄漏事故的福島核電站，采用的技術也屬于二級。

這場事故讓人擔憂：同樣采用二級核電技術的中國核電站能保證安全嗎？

安全標準：

從“盡量考慮”到“必須考慮”

當然，這里首先要說一個差別：福島核電站建于1971年，而中國最早的核電站秦山電站建于1991年。晚了20年，中國核電的“后發(fā)優(yōu)勢”就會使其在核電安全方面有很多改進。所以中國已建成的核電站已經(jīng)都屬于是“二代+”的級別。但是問題仍然在人們心中揮之不去：即使是二代+，這種核電站能保證安全嗎？

國家核電技術公司專家委員會的專家郁祖盛，向《中國新聞周刊》詳細解釋了核電安全的技術細節(jié)。作為前核安全局安全中心的主任，郁祖盛對于中國的核電事業(yè)和國外核電技術的發(fā)展前沿了如指掌。他先從一代核電技術講起。

“上世紀50年代，原子彈爆炸成功后，人們開始想，怎樣把原子能這么大的能量用來發(fā)電。所謂一代技術，是解決了核電技術的可用性。一代核電廠，主要是指上世紀60年代初以前建設的核電廠，當時人們嘗試著把核能的巨大能量緩慢釋放，用來發(fā)電?！边@其中的標志性事件，是1954年，蘇聯(lián)建成電功率為5000千瓦的實驗性核電站；1957年，美國建成電功率為9000千瓦的希平港原型核電站?！斑@些成就證明了利用核能發(fā)電的技術可行性?！敝袊茖W院院士歐陽予在一篇論文中這樣評價道。

而核電的二代技術，是從上世紀60年代中期開始問世，一直到1979年美國三里島核電站出事故，這期間全世界一共建造了近400臺二代的核電機組?！岸夹g，不僅證明核電在技術上是可行的，而且在經(jīng)濟上也是合算的?，F(xiàn)在全世界438個核電機組，90%以上都是屬于二代的?！庇糇媸⒄f。

到1979年以前，人們普遍認為核電是安全又清潔的能源。但是，1979年美國三里島核電站和1986年蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站發(fā)生的嚴重事故，使人們認識到，不管是自然的原因還是人為的原因，核電機組的堆芯是可能熔化的；而且一旦堆芯熔化，造成核泄漏，后果極其嚴重。這兩次核事故，使核電發(fā)展進入低潮，社會公眾增大了對核電安全性的顧慮，電業(yè)投資者也放慢了投資步伐，在美國，三里島事件后20年都沒有新的核電站投建。

“經(jīng)歷了這些事故之后，核電站的安全標準是否有變化？”

郁祖盛說：“核電站的安全標準當然是隨著時間在調整變化的?！痹?004年，中國出臺了一個新的核電安全標準，其中最大的變化是，在上世紀90年代初的標準中，對于發(fā)生嚴重事故（堆芯熔化）的預防和緩解措施，是“盡量做”，而不是“必須做”，因為出現(xiàn)這種事故的概率非常低。

“當時這樣制訂標準有技術水平的原因，另外主要就是需求的原因——即社會的接受程度。比如，汽車在公路上天天都有事故，但是老百姓對這個事實相對接受，然而對于核電廠的事故，能接受的概率是到什么程度呢？老百姓當然希望這個概率是零。但是從科學的角度來說，我們明白這是不可能到零的，誰說這個概率是零誰就在騙人說鬼話。但是如果你把這個概率縮小到極致，那么你能承受的成本又該是多少呢？這里就要考慮你的投入和效率的一個平衡。”

郁祖盛進一步解釋說，當時最早時的考慮，是認為這種嚴重事故發(fā)生的可能極低，而如果把它作為設計基準納入，就會花費極大。因而當時的一般認識是，不需要那么高的安全標準，彼時的法規(guī)對此的要求，就是在這方面“盡量做”。但是到了2004年，中國的新的核安全法規(guī)“HAF102”就明確規(guī)定，對這種事故的預防和緩解，在設計上“必須考慮”。而當前全世界400多個核電機組，對于嚴重極端事故的預防和緩解都是“盡量考慮”一級的。

三代核電站：安全性能到幾何？

“二代核電技術應該對安全方面的防范是很嚴格的了。為什么福島核電站的事故還會發(fā)生？而三代核電技術在安全性方面又能提高到什么程度？”

針對《中國新聞周刊》提出的這些問題，郁祖盛認為，福島核電站的事故偶然因素很大。主要原因是因為地震，冷卻失去了電源，而備用的柴油機電源又被海嘯給卷走了。但福島的6號機組有一臺柴油機，位置比較高，海嘯沒有卷掉，結果不僅保證了6號機組的安全，還使5號機組也實現(xiàn)了安全。福島所遇上的自然災害，已經(jīng)超出了當初設計人員所考慮的邊界。

目前，國際上對于核電安全的評估一般是兩個參數(shù)：一個是“堆芯熔化概率”。這里指的是，每一個反應堆運行一年(即堆·年)，發(fā)生堆芯熔化的概率。二代技術是萬分之一，也就是我們俗稱的“萬年一遇”。但是在日本，這種“萬年一遇”的事情就是發(fā)生了。而現(xiàn)在國際上要求標準要提高到十萬分之一?，F(xiàn)在三代核電技術中的美國AP1000，已經(jīng)可以做到5.08×10的負7次方堆·年，即千萬分之五。

另一個參數(shù)，是出現(xiàn)放射性大規(guī)模釋放的概率，比如切爾諾貝利或者福島出現(xiàn)的情況。原來在二代核電時代，這個概率是十萬分之一，而現(xiàn)在國際上的要求是百萬分之一。AP1000則做到了6×10的負8次方堆·年，即億萬分之六。

“在福島核電站事故以后，我們請美國的合作方進行過一次模擬計算，如果福島采用了AP1000的三代技術是否能經(jīng)受住此次考驗，結果證明，是可以的?！庇舾Ｊ⒏嬖V《中國新聞周刊》。

三代技術：既要安全，而且經(jīng)濟

安全性的提高是三代核電技術的主要標志。但三代核電技術并非是僅僅是一個安全指標，它包含從安全性到經(jīng)濟成本等一系列指標。對此，中科院院士歐陽予有過六條定義：

一、在安全性上，堆芯熔化事故概率≤1.0×10的負5次方堆·年；大量放射性釋放到環(huán)境的事故概率≤1.0×10的負6次方堆·年。

二、在經(jīng)濟性上，要求能與聯(lián)合循環(huán)的天然氣電廠相競爭：機組可利用率≥87%；設計壽命為60年（二代機組是40年）；建設周期不大于54個月。

三、采用非能動安全系統(tǒng)，即設計不需要專設動力源驅動的安全系統(tǒng)。

四、單機容量進一步大型化，通常二代機組都在百萬千瓦，三代可達160萬千瓦甚至更多。

五、采用整體數(shù)字化控制系統(tǒng)。

六、施工建設模塊化以縮短工期。

“單從引進價格上來說，三代核電技術實際上比二代還能省錢?！庇糇媸⒄f。他這樣算了一筆賬：近30年前中國引進法國的二代技術時，按8.27：1的外匯比例來計算，大亞灣核電廠建成的價格是2080美元/千瓦；而三代，AP1000較好地解決了安全性和經(jīng)濟性的協(xié)調，如果不考慮通貨膨脹，仍按8.27：1的外匯比例來算，三門核電廠，也就是全世界第一座AP1000電廠，四臺機組的平均價格是低于2000美元/千瓦。也就是說，反而是更便宜了。

個中原因是：以往的核電廠，真正發(fā)電的機械設備，最多只占三分之一，其余三分之二的設備為緊急情況出現(xiàn)而備用的，萬一出現(xiàn)事故，它們起到緩解的作用，也就是說，它們是“站崗放哨”的。而這部分設備又要求極度可靠，造價非常高。但是，貴是貴，人們又希望最好不用上它們，40年中永遠不啟動才好。從這個意義上說，這部分設備可以說是個“累贅”。于是美國西屋公司就動腦筋，試圖把這部分的成本大幅度降下來。

西屋的工程師們考慮的是怎樣使安全措施簡化。也就是說，一旦反應堆的堆芯發(fā)生熔化，無須人工操作，冷卻系統(tǒng)就可啟動。簡單地說，是在反應堆中的安全殼中裝有若干應急水箱，斷電時閥門會自動打開，堆芯與水箱之間的溫度、壓力差會使得冷卻水自動進入反應堆管道，起到給燃料棒降溫的作用。如果有必要，建在反應堆混凝土外墻頂上的另一個巨大蓄水池可以直接讓水傾瀉在反應堆外墻頂上，降低頂部溫度。而在圓弧形安全殼之內，從堆芯冒出的蒸汽會不斷沖擊已經(jīng)降溫的屋頂，遇冷凝結成水，最終又灑落到堆芯上。這些水，至少夠使用3天。

“這道理現(xiàn)在說起來挺簡單，但這在我們的行話中叫‘用微動力自然循環(huán)帶走大量熱量’，西屋搞了30年才成功?！庇糇媸⒄f，所謂美國AP1000的“非能動安全系統(tǒng)”即是這個意思，在這個安全系統(tǒng)中一臺泵都沒有，全靠自然力。“原來二代核電技術，要求是一旦出事故10分鐘到半個小時內人工必須干預，啟動安全系統(tǒng)，而這里，三代技術可以72小時之內都不用人工干預。有三天時間，這時間對于核電站采取進一步措施足夠了?！?/p>

當然，郁祖盛補充說，像AP1000這樣的先進技術引進之后，消化吸收還是一個艱苦的過程，直到真正實現(xiàn)了國產(chǎn)化、標準化、批量化，才能真正把核電站的成本降下來。

面對“黑天鵝”：性價比的考量

如果我們還是不放心，還是要問：即使是三代核電技術，能確保核電站的安全嗎？

郁祖盛告訴《中國新聞周刊》，從科學的角度來說，百分之百的絕對安全是沒有的，但是科學可以使我們一步步地降低發(fā)生事故的概率?！耙话阍诠こ躺?，到了10的負8次方時，這個概率就不考慮了，這是億分之一的概率。比如說，有人計算過天上掉下隕石砸到人腦袋上的概率，這個概率大概是10的負10次方到10的負11次方，也就是百億到千億分之一的概率，所以人們就不考慮這個概率了，小孩上街要防止被汽車撞了，但沒有想防止被隕石砸了的?！?/p>

日本的福島核電站在設計當初是考慮了地震和海嘯的因素的。美國科學專欄作家亞當·皮奧雷曾在美國《科學美國人》雜志上撰文指出，福島第一核電站設計的抗震能力是抗里氏8.2級地震，而且這次的9.0級大地震也在它的安全裕度之內。但問題在于它只能抵御5米的海嘯，而此番地震引發(fā)的海嘯卻高達14米。這超出了設計師們的預設之外。

這樣一種極小概率的事件，一旦出現(xiàn)后果又會極其嚴重，人們用了一個特有詞匯來稱呼它：“黑天鵝事件”—— 17世紀前，歐洲人一直認為天鵝都是白色的。但隨著第一只黑天鵝的發(fā)現(xiàn)，這個不可動搖的信念崩潰了?，F(xiàn)在黑天鵝事件用來比喻非常難以預測、且極不尋常的事件。

“黑天鵝事件”非常難以預測，準備措施非常昂貴，而發(fā)生的幾率在統(tǒng)計學上卻幾乎可忽略。這是因為，一類事件在一萬年內也許只會發(fā)生一次，但并不代表明天就絕對不可能發(fā)生。皮奧雷在他的文章中寫道：“對一座典型的設計壽命為40年的核電站而言，它可能遇到的情況也五花八門，比如2001年的‘9·11’事件，或者2005年8月的卡特里娜颶風，以及剛剛過去的日本大地震?！?/p>

無論設計者們在核電站的安全考慮上如何謹慎周全，但他們只能預見到他們能想象到的危險。在剛剛興起建造核電站的上世紀60年代，人們根本想象不到還會有恐怖分子駕著飛機撞向反應堆的可能。但是在2009年，美國核管理委員會（NRC）提高了核電站的安全標準，要求所有核電站都必須能夠經(jīng)得住一架飛機的直接撞擊。為了達到新的標準，西屋電氣公司在反應堆的混凝土外墻中增加了鋼板。

我們可以寄希望于第四代核電技術。歐陽予院士在他的文章中對第四代核電技術有過這樣的歸納：

1.核電機組比投資不大于1000美元/千瓦，發(fā)電成本不大于3美分/千瓦時，建設周期不超過三年；

2.非常低的堆芯熔化概率和燃料破損率，人為錯誤不會導致嚴重事故，不需要廠外應急措施；

3.盡可能減少核從業(yè)人員的職業(yè)劑量，盡可能減少核廢物產(chǎn)生量，對核廢物要有一個完整的處理和處置方案，其安全性要能為公眾所接受；

4.核電站本身要有很強的防核擴散能力，核電和核燃料技術難于被恐怖主義組織所利用，這些措施要能用科學方法進行評估；

5.要有全壽期和全環(huán)節(jié)的管理系統(tǒng)；

6.要有國際合作的開發(fā)機制。

目前國際上選定了六種反應堆型的概念設計，作為第四代核能系統(tǒng)的優(yōu)先研究開發(fā)對象，中國清華大學正在研制的高溫氣冷堆是其中的一種。但是，第四代核電技術成熟到工業(yè)上大規(guī)模應用還需很長時間。郁祖盛估計，“至少還要三四十年?！?/p>

所以，今天的核電安全問題，實際上是人類自己要做的一個抉擇。每一種能源，都有自己的長處和劣處。以中國的情況來說，現(xiàn)在仍以火電為主要電力來源。但是現(xiàn)在人們已經(jīng)越來越清楚火電帶來的問題：一是燒煤發(fā)電是一種熱效率相當?shù)?、相當浪費的消耗方式；二是在能源安全上存在巨大隱患；三是它帶來嚴重的環(huán)境污染。而太陽能，當前效率仍嫌太低，到達工業(yè)化大規(guī)模運用還有很長的路要走；而風能發(fā)電，主要問題是發(fā)電不穩(wěn)定，有風的時候也許不缺電，缺電的時候卻沒有風。只有使用電能儲存裝置，這又使得成本上非常不合算。

人們只能在這種情況下，通盤平衡，做出最合適的選擇。無論哪種能源，“你要想取得利益，你就要付出代價。如果你一點都不想承受或不能承受，那你就是溫室里的花朵了，也長壽不了?！庇糇媸⒄f。

中國核電廠許可證管理程序

一、 立項。在此階段，電廠業(yè)主必須向國家核安全局提交廠址和環(huán)境影響資料供初步審評。國家核安全局給出的評價意見，將納入核電廠項目可行性研究報告，并上報給國家發(fā)展與改革委員會作為國家批準該核電廠建造立項的依據(jù)之一。

二、 建造許可證的申請/頒發(fā)。電廠業(yè)主須向國家核安全局提出該核電廠建造許可證申請，同時提交《該核電廠的初步安全分析報告PSAR》《該核電廠的初步環(huán)境影響報告》和《該核電廠建造階段的質量保證大綱》等文件供國家核安全局審評。在國家核安全局通過相關的審評文件，并聽取“國家核安全局核安全和輻射環(huán)境安全專家委員會”咨詢意見后可向該核電廠正式頒發(fā)建造許可證，該核電廠方可在建造現(xiàn)場開始對核島工程澆灌混凝土。“這個審查過程要一年，文件加起來有一人高”，曾任核安全局官員的郁祖盛說。

三、 首次裝載核燃料申請/許可。從開始澆灌混凝土，到首次裝料，這過程大約四到五年。該核電廠要在首次裝載核燃料之前至少12個月，向國家核安全局正式提出該核電廠首次裝載核燃料申請。同時，必須提交《該核電廠的最終安全分析報告FSAR》《該核電廠的最終環(huán)境影響報告》《該核電廠的建造進展報告》《該核電廠的役前和在役檢查（PSI/ISI）大綱》和《該核電廠調試/運行階段的質量保證大綱》《該核電廠的運行技術規(guī)格書》等文件，并在審評過程中陸續(xù)提交《該核電廠的調試進展報告》和《該核電廠的役前檢查（PSI）結果報告》等文件。“FSAR實際上是此前PSAR中的安全承諾的兌現(xiàn)。這時要審查的文件加起來大約要二人高了，同樣要審一年?！庇糇媸⒄f。所有報告和文件審查同樣要聽取“國家核安全局核安全和輻射環(huán)境安全專家委員會”咨詢意見，都通過后后可向該核電廠“首次裝載核燃料批準書FFLP”。

四、 核電廠運行許可證申請/頒發(fā)。在核電廠首次達到滿功率，開始試運行1年后，該電廠業(yè)主可向國家核安全局正式提出運行許可證申請，同時必須提交《該核電廠的調試與試運行總結報告》和《該核電廠的最終安全分析報告 FSAR（修訂版）》等文件，在國家核安全局通過相關的審評，并聽取“國家核安全局核安全和輻射環(huán)境安全專家委員會”咨詢意見后，可向該核電廠正式頒發(fā)運行許可證。

五、 核電廠運行許可證的定期審查。國家核安全局向該核電廠的營運單位正式頒發(fā)該核電廠的運行許可證后，每 10 年將對該核電廠進行一次定期安全審查 PSR。

（資料來源：郁祖盛，《中國與美國核電廠許可證管理程序的比較》 整理：黃艾禾）