依靠技術(shù)創(chuàng)新，安全高效發(fā)展核電，治理霧霾源頭

周夢君 上海核工程研究設(shè)計院

我國大氣污染嚴重，化石能源利用是大氣污染的主要來源，特別是煤炭。在改善煤電燃料鏈環(huán)境影響、發(fā)展風(fēng)電水電太陽能的同時，加快發(fā)展核電是加快霧霾源頭的徹底治理、減少我國環(huán)境污染和溫室氣體排放的現(xiàn)實有效途徑。

1 霧霾的成因及危害

霧霾已經(jīng)對我們的生活構(gòu)成了極大的威脅，給民眾健康帶來了嚴重影響。首先，霧霾中的PM2.5 威脅新生兒健康。其次，霧霾天氣是心血管疾病患者的“健康殺手”，霧霾天氣空氣中污染物多，這些粒子進入支氣管、肺部會危害人體健康，引起鼻炎、哮喘、支氣管炎，誘發(fā)肺癌或心血管病，導(dǎo)致心肌梗死等。最后，霧霾中的一些化合物在強烈的陽光紫外線照射下， 會產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)， 嚴重威脅人類生命。因此，根治霧霾已經(jīng)成為當務(wù)之急。

霧霾的成因主要來自兩大因素。一是工業(yè)排放的廢氣。我國現(xiàn)在絕大多數(shù)使用的還是化石能源，每年消耗35 億t的煤，加上進口有4 億多t的石油，1000 萬m3的天然氣。工業(yè)燃燒了以后，放出來的二氧化碳、二氧化硫、氮化物如果沒有經(jīng)過處理，或者經(jīng)過處理以后沒有達到標準，容易形成大氣中的細微顆粒。二是火力發(fā)電?；鹆Πl(fā)電占到全國發(fā)電能力的70%，產(chǎn)生大量的含硫含硝污染物。[1]此外，還有汽車排放，民用取暖、做飯燒煤，生態(tài)破壞導(dǎo)致沙漠化等原因。

2 核電是“零霧霾”的能源

（1）核裂變的科學(xué)原理決定了核電的“零霧霾”特性

核發(fā)電的原理是：在可控核裂變反應(yīng)的狀態(tài)下有序釋放核能，并通過核反應(yīng)堆將核能轉(zhuǎn)化為熱能，再通過透平進而轉(zhuǎn)化為電能。因此，核電站在發(fā)電過程中幾乎不產(chǎn)生煤電帶來的大氣污染物。由于核發(fā)電幾乎不產(chǎn)生硫酸化合物、硝酸化合物、有機碳氫化合物等“霾粒子”，也不產(chǎn)生二氧化碳等溫室氣體，更不產(chǎn)生煙灰塵埃；故而核電是貨真價實的 “零霧霾”能源，是名副其實的低碳能源。從這個意義上說，核電也是一種清潔能源。

（2）核電鏈與煤電鏈對環(huán)境危害比較

上世紀90年代中期，我國對煤電鏈與核電鏈產(chǎn)生的環(huán)境的危害進行研究分析比較[2]，其結(jié)果是：從大氣污染物排放來看，正常情況下，燃煤發(fā)電向環(huán)境排放的二氧化硫、氮氧化物、有害顆粒物等大氣污染物會直接導(dǎo)致酸雨、降塵等影響，造成人體健康、森林、農(nóng)作物、生態(tài)系統(tǒng)等明顯危害；而核發(fā)電不產(chǎn)生任何大氣污染物，對環(huán)境的影響很小。再從放射性流出物排放來看，煤中含有天然存在的原生放射性核素，通過燃煤電廠的氣載煙塵排放煤中的天然放射性核素到環(huán)境中。而核電鏈向環(huán)境排放經(jīng)審管部門批準的遠低于天然本底輻射水平的氣態(tài)和液態(tài)流出物，產(chǎn)生數(shù)量很少的固體廢物作封閉處理，沒有外排。煤電鏈的放射性流出物排放對公眾產(chǎn)生的輻射劑量比核電鏈高約40倍。燃煤電廠的放射性排放及其對公眾的輻射照射遠遠高于核電站的貢獻。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輻射劑量也明顯偏高。總的來說，煤電鏈對公眾產(chǎn)生的輻射照射約為核電鏈的50倍。

（3）核電鏈與煤電鏈的溫室氣體排放比較

2011年，中國工程院開展了對不同發(fā)電能源鏈溫室氣體排放研究項目的調(diào)查，其主要結(jié)果是：當前我國核燃料循環(huán)前段（包括鈾礦采冶、鈾轉(zhuǎn)化、鈾濃縮、元件制造、核電站）的實際溫室氣體歸一化排放量為6.2g·（CO2）/kWh（二氧化碳的排放量為6.2g/kWh），考慮了核燃料循環(huán)后段（乏燃料后處理和廢物處置）的總排放量為11.9g·（CO2）/kWh。對煤電鏈，項目組調(diào)查了煤炭生產(chǎn)、煤炭運輸、燃煤電站建造、運行、退役和電力輸配環(huán)節(jié)4個生命周期階段中溫室氣體的直接和間接排放，其結(jié)果為1072.4g·（CO2）/kWh。從溫室氣體排放來看，核電鏈僅約為煤電鏈的1%。核能發(fā)電本身不會產(chǎn)生溫室氣體排放，但在建造核電廠和制造核電廠所需燃料與設(shè)備過程中需要消耗能源和材料，生產(chǎn)這些能源和材料需要排放溫室氣體，而我國能源主要來自燃煤電站，所以，也可以說核電鏈排放的溫室氣體也是來自煤電廠。事實上，在各種發(fā)電能源鏈中，核能鏈溫室氣體歸一化排放量也是很低的。其他電鏈的這一結(jié)果分別為水電鏈在（0.81～12.8）g·（CO2）/kWh；風(fēng)電鏈在（15.9～ 18.6）g·（CO2）/kWh；太陽能在（56.3～89.9）g·（CO2）/kWh之間。核電是減排效應(yīng)最大、因而也是治理霧霾源頭的清潔能源之一。一座100萬kW電功率的核電廠和燃煤電廠相比，每年可以減少二氧化碳排放600多萬t，是減排效應(yīng)最大的能源之一。

3 發(fā)展核電是徹底治理霧霾源頭的戰(zhàn)略性舉措

（1）治霾要治本，治本先清源

治理霧霾，樹立生態(tài)文明理念，強調(diào)科學(xué)、綠色、低碳發(fā)展。如果不改變能源結(jié)構(gòu)，那么，霧霾會隨時卷土重來。治理霧霾的根本出路是轉(zhuǎn)變發(fā)展方式，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，加快發(fā)展清潔能源。一是加快從一次能源為主向二次能源為主轉(zhuǎn)變，從以煤為主向以電為主轉(zhuǎn)變。電力相對于一次能源更高效、更清潔、更方便，要更多地以電代煤、以電代油。二是加快電源結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整，減少煤電比例，大力發(fā)展核電、風(fēng)電、太陽能等清潔能源，實現(xiàn)電源結(jié)構(gòu)由以煤電為主向以核電等新能源為主轉(zhuǎn)變。

（2）核電是我國未來最重要的非化石能源

長期以來，核電都是我國清潔能源發(fā)展的主力軍。與水電、風(fēng)電、太陽能等清潔能源相比，核電可以克服、氣候等障礙，能夠高質(zhì)量、穩(wěn)定地提供基本負荷。核電是高負荷因子、大功率密集型能源，目前我國核電的發(fā)電成本已經(jīng)低于負荷中心煤電成本[3]。以每kWh發(fā)電煤耗300 g標煤計算，1億kW核電每年可以提供折合2.25億t標煤的一次能源，可以代替3.15億t煤炭，減排7.41億t二氧化碳。核電單機容量大，發(fā)電時間穩(wěn)定，負荷因子高，成本具有競爭力。由于水電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電等可再生能源的間歇性，對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行提出新的挑戰(zhàn)。核電運行穩(wěn)定，可起到基礎(chǔ)載荷作用，穩(wěn)定電網(wǎng)的運行。核電和可再生能源電力的協(xié)調(diào)發(fā)展，也是保障電網(wǎng)安全運行的一個有效手段。預(yù)計到2030年以后，核電和可再生能源發(fā)電將占總發(fā)電量的40%～45%，而核電將占到其中的1/3。目前，我國核電已具備規(guī)?；l(fā)展的能力。未來，核電在調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、實施節(jié)能減排、轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式和推進產(chǎn)業(yè)升級換代中，將發(fā)揮越來越重要的作用。

（3）發(fā)展核電必須始終堅持安全、高效

2011年日本福島核事故以后，盡管國內(nèi)對于核電的發(fā)展曾一度爭論不休。但是，大家對“安全高效發(fā)展核電”的基本方針始終堅定不移。歷經(jīng)3年的反思和比較，學(xué)術(shù)界和業(yè)界已經(jīng)取得了共識：核電總體上還是一個高效、清潔、可持續(xù)的能源。清華大學(xué)核能專家何建坤在2014年5月題為《我國能源變革戰(zhàn)略與核能發(fā)展》的報告中強調(diào)：在確保安全的基礎(chǔ)上，我國核能仍需要大規(guī)模發(fā)展，到2050年有可能達4億kW左右，年發(fā)電量約占屆時電力需求的1/4，可替代煤炭10億t以上，在一次能源供應(yīng)比例中占10%以上，減排CO2達25億t以上。我國實施國內(nèi)生產(chǎn)、海外開發(fā)、國際貿(mào)易3條渠道并舉的天然鈾保障體系，鈾資源不會成為我國中長期核能持續(xù)發(fā)展的制約因素。我國規(guī)?；l(fā)展核電，對我國能源安全保障體系的建設(shè)將起積極促進作用。能源專家林伯強指出：現(xiàn)在看來，水電受到潛能限制，清潔能源如風(fēng)電太陽能是發(fā)展方向，但是由于基數(shù)太小，相當長一段時間內(nèi)不能對改變能源結(jié)構(gòu)起很大作用。核電是一個可以大規(guī)模替代煤炭的能源品種，沒有核電的中國清潔發(fā)展是很難想象的[4]。

（4）國家重視核電的發(fā)展

習(xí)近平主席和李克強總理相繼表示，在采取國際最高安全標準、確保安全的前提下，抓緊啟動?xùn)|部沿海地區(qū)新的核電項目建設(shè)。2014年4月李克強在北京主持召開的新一屆國家能源委員會首次會議上說，為使國家經(jīng)濟持續(xù)增長，核電將在中國確保能源安全的努力中占重要位置。中國能源研究會常務(wù)副理事長、原國家發(fā)改委能源所所長周大地最近表示，發(fā)展核電是中國重要能源戰(zhàn)略，2030年爭取核電發(fā)電達到2億kW，2050年要達到4億～5億kW。

（5）全球核電呈現(xiàn)復(fù)蘇趨勢

2011年日本福島核事故以后，全球核電曾一度轉(zhuǎn)入低潮。但近年來又開始出現(xiàn)復(fù)蘇的趨勢。英、日、東歐、拉美和阿拉伯部分國家紛紛制定新的核電發(fā)展規(guī)劃，并著手付諸實施。最新發(fā)布的聯(lián)合國IPCC第五次評估報告，在進一步強化人為活動溫室氣體排放是造成當前氣候變化主要原因的科學(xué)結(jié)論基礎(chǔ)上，強調(diào)了實現(xiàn)全球地表溫升不超過2℃目標下的減排路徑。國際能源署（IEA）預(yù)測：為確保2050年實現(xiàn)全球清潔能源體制，需要2050年前每年必須增加新核電裝機容量約22 GWe（即22臺100kW的核電機組）[5]。

（6）確保核電安全高效發(fā)展，加快先進核電技術(shù)創(chuàng)新步伐

核裂變的科學(xué)屬性在賦予核電優(yōu)勢的同時，也不可避免地伴隨著風(fēng)險?？朔穗婏L(fēng)險的對策有多種多樣，其中最重要的就是，淘汰老舊的核電技術(shù)，采用先進的核電技術(shù)。令人鼓舞的是，我國“大型先進壓水堆核電站”重大專項研發(fā)工作已經(jīng)取得決定性的勝利，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的CAP1400設(shè)計已經(jīng)通過國家能源局組織的審查，CAP1400（見表1）示范工程已在山東石島灣做好全面開工的準備。

表1 CAP1400 主要性能指標參數(shù)[6]

CAP1400參考國際先進標準，采用非能動理念和嚴重事故應(yīng)對措施，吸取項目經(jīng)驗反饋與福島事故應(yīng)對措施，在AP1000三代非能動技術(shù)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新設(shè)計了反應(yīng)堆、主系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)及所有主設(shè)備，相比于AP1000，不但功率增大，效率提高，而且安全性、可靠性進一步提升。

[1] 李毅中：“霧霾圍城彰顯我國能源結(jié)構(gòu)問題”，《廣西電業(yè)》2013.3（總第155 期）

[2] 潘自強 姜子英：“核電：不可忽視的低碳價值”，《中國科學(xué)報》2014-05-12

[3] 王信茂：“治理霧霾需要重視的幾個問題”，中國電力網(wǎng)，2014年7月7日

[4] 《環(huán)球時報》2014年2 月1 日

[5]《上海核電》第14期，總第570期，2014年8月5日