發(fā)展核能 助力建設(shè)美麗中國

張航源，胡世杰，楊 強

(成都理工大學(xué) 核技術(shù)與自動化工程學(xué)院,成都 610059)

1 發(fā)展核能的必然趨勢

回顧我國社會發(fā)展進程，在能源利用上和西方有許多相似的地方。西方發(fā)達國家發(fā)展過程中的經(jīng)驗和教訓(xùn)都值得我們借鑒學(xué)習(xí)。Bruce Podobnik在《全球能源變化：動蕩時代的可持續(xù)發(fā)展》書中提出從了“能源變化體現(xiàn)能量轉(zhuǎn)型”的觀點，他認(rèn)為能源轉(zhuǎn)型經(jīng)歷了從煤炭到石油，再從天然氣、水電和核能到風(fēng)能、太陽能等可再生能源這樣幾個階段。[1]要了解主要發(fā)達國家能源利用發(fā)展趨勢，就需要重點關(guān)注能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時間節(jié)點，這樣才能更準(zhǔn)確把握發(fā)展生產(chǎn)力與能源革命之間相互影響的客觀發(fā)展規(guī)律。

18世紀(jì)60年代，蒸汽機拉開了第一次工業(yè)革命的帷幕，人們通過使用煤，實現(xiàn)了利用蒸汽機作為動力進行大量生產(chǎn)，極大地提高了生產(chǎn)力，人類從此進入“蒸汽時代”。隨著工業(yè)革命的開展，英國、荷蘭、德國、美國等國家煤炭能源在能源消耗中占的比中越來越大。到 1938 年時，煤炭在英國能源結(jié)構(gòu)中的比重達到歷史峰值( 97.7% )[1]。

19世紀(jì)60年代后期，人類在新能源的探索方面不斷取得突破，以煤氣和汽油為燃料的內(nèi)燃機誕生，同時石油也開始作為國家能源消耗的重要組成部分登上歷史舞臺。

前兩次工業(yè)革命中，煤炭、石油在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中大規(guī)模的應(yīng)用，使人類社會從農(nóng)耕文明步入工業(yè)文明，但隨之而來的是環(huán)境遭受嚴(yán)重污染。數(shù)以十萬計的煙囪、蒸汽機釋放出大量煙塵和二氧化硫。隨著工業(yè)革命的擴展深入，污染也在德國、美國、日本等國家出現(xiàn)。由空氣污染帶來了一系列的生態(tài)環(huán)境問題，嚴(yán)重影響了生物圈的生態(tài)平衡甚至危及人類自身生命健康。當(dāng)這些發(fā)達國家意識到這個嚴(yán)峻的問題后，便立即加大投入發(fā)展新型清潔能源。以美國為例，盡管能源結(jié)構(gòu)仍然以傳統(tǒng)能源為主，但由于傳統(tǒng)能源的不可再生性、對環(huán)境污染嚴(yán)重等原因，使得新能源政策在美國能源政策中占據(jù)越來越重要的比重[2]。不僅對于美國，在世界上的主要國家中，發(fā)展綠色、低碳、高效的新能源已經(jīng)成為一種趨勢。

表1 部分國家(地區(qū))核電現(xiàn)狀(截至2017年7月1日)

注：數(shù)據(jù)來源國外核新聞：世界核電現(xiàn)狀

截至2017年7月1日，全球運轉(zhuǎn)中的核電機組447臺，有59臺正在建設(shè)中。其中美國在運機組最多，為99臺。法國、日本、俄羅斯分別為58臺、42臺、35臺，中國為36臺(包括中國臺灣地區(qū)的6臺核電機組，2016年的核發(fā)電量為30.5 TWh，占臺灣地區(qū)總發(fā)電量的16.3%)[3]。2016年核電發(fā)電量占全球發(fā)電量10.6%，其中全球核發(fā)電量最多的國家是美國，核發(fā)電量為805.3 TWh，占美國總發(fā)電量的19.7%，其次為法國，核發(fā)電量為384 TWh，占法國總發(fā)電量高達72.3%，中國核發(fā)電量為210.5 TWh，僅占中國總發(fā)電量3.6%。因此，在全球來看，雖然我國核發(fā)電量比較高，但在我國總發(fā)電量中所占的比例卻很低，相比美國、法國等發(fā)達國家，核電在我國發(fā)展空間廣闊、發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

2 我國能源可持續(xù)發(fā)展的思路

從我國能源消費總量趨勢圖中可以明顯看出，我國能源消費一直保持增長趨勢，尤其是自2000年以來，都保持高速增長。盡管2012年以后，增長速度放緩，但也一直保持增長勢頭，能源消費總量在2016年達到了43.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。而煤炭消費在能源消費總量中一直占據(jù)主導(dǎo)地位。但自2014年開始，煤炭消費量開始連續(xù)3年下降，這是自1999年連續(xù)15年增長后的首次下降。

根據(jù)圖2的2016年能源消費總量及構(gòu)成，可以看出能源消耗結(jié)構(gòu)仍以煤炭、石油為主，分別占62%、18.3%[4]。天然氣、一次電力及其他能源所占的比例還較低，分別為6.4%、13.3%。

表2 中國能源消費總量及煤炭消費量(2000-2016)

注：數(shù)據(jù)來源國家統(tǒng)計局.中國能源統(tǒng)計年鑒

圖1 能源消費總量趨勢圖(1980-2016)Fig.1 Trend map of total energy consumption (1980-2016)

圖2 中國能源消費總量及構(gòu)成(2016)Fig.2 Total energy consumption and its composition in China (2016)

圖3 一次電力及其他能源占能源消費總量百分比趨勢Fig.3 Trend map of percentage of electricity and other energy consumption in total energy consumption

但從縱向比較來看，在近幾年，風(fēng)能、一次電力及其他能源占能源消耗總量的比重越來越大。尤其是2011年以來，一次電力及其他能源在能源消費總量中所占的比重逐年上升。這與我國推動綠色發(fā)展，積極發(fā)展清潔、低碳能源的努力是分不開的。

在《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中明確要求到2020年，我國的煤炭消費占一次能源消費的比重要下降到58%以下，而低碳能源的比重上升到25%。在《能源生產(chǎn)和消費革命戰(zhàn)略(2016-2030)》中進一步提出了能源革命目標(biāo)，要求到2030年 “可再生能源、天然氣和核能利用持續(xù)增長，高碳化石能源利用大幅減少”。低碳能源占比繼續(xù)上升，達到35%[5]。到2050年，“能源消費總量基本穩(wěn)定，非化石能源占比超過一半”[5]。從中可以看出我國進行能源革命的思路，也可以看到我國正朝著建成綠色、低碳的現(xiàn)代化的能源體系的方向發(fā)展。發(fā)展核能正是順應(yīng)了世界能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的趨勢和我國能源革命的必然要求。

3 核能開發(fā)利用的必要性

3.1 環(huán)境的迫切要求

隨著城市工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，環(huán)境污染等問題也日益嚴(yán)重，環(huán)境問題已成為制約國民經(jīng)濟與社會發(fā)展的重要問題之一，空氣質(zhì)量的好壞也已成為影響人民生活幸福指數(shù)的重要因素。煤炭、石油等傳統(tǒng)能源雖為發(fā)展生產(chǎn)力、提高國民生活水平做出重要貢獻，但在人們生產(chǎn)生活中不斷釋放出大量的有毒有害物質(zhì)，破壞了生態(tài)環(huán)境。不僅影響了人們的正常生活，還嚴(yán)重威脅著人民的身心健康。

表3 廢氣中主要污染物排放(2012-2016)

注：數(shù)據(jù)來源國家統(tǒng)計局.國家數(shù)據(jù)

煤炭的大量使用導(dǎo)致我國大氣污染中主要呈現(xiàn)煤煙型污染特征，主要污染物是煙塵和二氧化硫,我國二氧化硫排放量在逐年減少，但基數(shù)較大。在2017年6月5日環(huán)保部發(fā)布的《2016中國環(huán)境狀況公報》中顯示，2016年，全國388個地級及以上的城市中，僅有84個城市空氣質(zhì)量達標(biāo)，占全部城市數(shù)的24.9%，338城市發(fā)生重度污染2464天次、嚴(yán)重污染784天次，以PM2.5為首要污染物的天數(shù)占重度及以上污染天數(shù)的80.3%[4]。

由煤炭、石油能源帶來的環(huán)境污染問題迫在眉睫，大力發(fā)展清潔能源，推動核能等清潔能源成為能源增量主體，是實現(xiàn)綠色發(fā)展的重要途徑。

3.2 我國電力需求

社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人民生活水平和質(zhì)量全面提高，必然會帶來能源消費增加的問題。我國已然成為能源生產(chǎn)和消耗大國。分析表4電力消費量，可以得出我國電力需求大而且并將保持持續(xù)增長態(tài)勢。有專家指出，綜合多方面因素考慮，預(yù)計于2020年和2030年社會用電量分別達到7.3萬億kW·h和10萬億kW·h，今后中國電力需求仍會保持中低速增長[6]。

核電廠、風(fēng)電廠等使用清潔能源生產(chǎn)電力的電廠生產(chǎn)電力量在明顯增長。2016年，我國風(fēng)力發(fā)電量達到2410億kW·h，成為我國第四大電源[7]。然而對于風(fēng)電廠、水電廠廠址的選擇，受自然條件如地理位置的限制，這就決定了當(dāng)風(fēng)電廠、水電廠達到一定數(shù)量時就會面臨飽和的狀況。其發(fā)電量也很不穩(wěn)定，受氣候季節(jié)影響。而發(fā)電量最穩(wěn)定可靠的就是火電廠和核電廠，但火力發(fā)電存在環(huán)境污染和溫室氣體排放問題，原料價格的上漲也帶來成本問題。在技術(shù)開發(fā)層面，其他可再生能源的利用也正處于創(chuàng)新試驗的階段，在傳統(tǒng)能源不斷減少情況下，遠遠不能滿足我國持續(xù)增長的能源需求。

注：數(shù)據(jù)來源國家統(tǒng)計局.國家數(shù)據(jù)

在今后很長一段時間內(nèi)，中國的電力需求還會持續(xù)增長。在本著保護生態(tài)環(huán)境的原則以及建設(shè)美麗中國的要求，核電作為安全、清潔、高效能源，加快發(fā)展核能無疑是解決環(huán)境保護與不斷上升的電力需求之間矛盾最為現(xiàn)實的途徑之一。

3.3 核能的突出優(yōu)勢

雖然水電廠、風(fēng)電廠、光伏發(fā)電廠、核電廠等電廠在發(fā)電過程中我們認(rèn)為是清潔低碳的，但如果把電廠的前期建設(shè)、中期運行、后期維護等考慮在內(nèi)，那么這些發(fā)電廠就都會有一定量的碳排放。生產(chǎn)相同的電量，假設(shè)燃煤電廠的碳排放量為100g，那水電廠的碳排放量為18g，風(fēng)電廠的碳排放量為3.7g，光伏發(fā)電廠的碳排放量為21.4g，而核電廠的碳排放量僅僅為1.6g，并且?guī)缀鯖]有任何有害氣體排放。

截至2017年7月1日，我國在運核電機組凈裝機容量有3263.7MWe，假設(shè)負(fù)荷因子為80%，那么每年就可減少二氧化碳排放量大約2.33億噸，相當(dāng)于每年9.3～18.6萬平方公里的森林吸收的二氧化碳。相比較煤炭，發(fā)展核電，不僅大大降低了煤炭運輸成本，還解決了發(fā)電過程中環(huán)境污染和溫室氣體排放的問題。

1公斤鈾完全分裂產(chǎn)生的能量相當(dāng)于3300噸優(yōu)質(zhì)煤的發(fā)熱量。同理，核電廠和燃煤電廠產(chǎn)生同樣的功率，煤的重量要比核的重量大300萬倍以上[8]。如果考慮采礦、加工、運輸、尾礦、發(fā)電整個環(huán)節(jié)，相比于燃煤電廠在整個過程中，人群中平均每個人接受的當(dāng)量劑量總計57.9 Sv·MW-1，而核電廠只有13.19 Sv·MW-1。從健康風(fēng)險角度來看，燃煤電廠致死率為2.893人·MW-1，核電廠也比燃煤電廠低得多為0.660人·MW-1[9]。

國家推動發(fā)展新能源電動汽車，在新能源電動汽車代替燃油汽車的過程中，利用核能等清潔能源發(fā)電可以防止出現(xiàn)以燃煤代替燃油的現(xiàn)象，間接減少燃油機動車向空氣中排放尾氣。

杜祥琬院士認(rèn)為，我國的煤炭消耗一半是用來直接燃燒，另外一部分是散燒煤。核能供暖技術(shù)的不斷成熟為北方地區(qū)冬季供暖提供了新思路，未來可以解決人們冬季用散燒煤進行取暖帶來的污染等一系列問題。

3.4 核能安全性

與其他國家相比，我國核電起步較晚， 1991年我國第一座自主設(shè)計建造核電廠投入運行。國務(wù)院在2005年提出了“積極發(fā)展核電”的方針后，中國核電開始快速發(fā)展。在2011年日本發(fā)生福島的核事故，有關(guān)部門立即組織了專家對我國在建和在運的核設(shè)施進行全面綜合的安全檢查。檢查的結(jié)果是我國核電廠的安全有保障，不會發(fā)生類似日本福島核事故的事件，風(fēng)險是可掌控的[10]。

在綜合分析前幾次國外重大核事故發(fā)生的原因之后，我國核電工作的科技工作者、建設(shè)部門決策者認(rèn)真吸取經(jīng)驗教訓(xùn)，一直把核安全作為我國核能發(fā)展的生命線和重要保障。目前，我國采用的是國際最新的安全標(biāo)準(zhǔn)，正在安全高效發(fā)展核電。

從核電廠排入環(huán)境的放射性流出物及對公眾產(chǎn)生的劑量看，盡管核電廠內(nèi)有大量放射性物質(zhì)，但這些放射性物質(zhì)被嚴(yán)密地在包含在經(jīng)過嚴(yán)密設(shè)計的安全殼等多層防護的屏障中。在正常運行甚至出現(xiàn)事故的情況下，排除的放射性物質(zhì)都不會對周圍居民產(chǎn)生急性輻射效應(yīng)。截至目前，我國從沒有一起因輻射致死的事故發(fā)生。

在2016年，我國環(huán)境中天然放射性核素濃度處于本底水平附近，并且人工放射性核素濃度亦未出現(xiàn)異常。全國范圍內(nèi)，環(huán)境電離輻射水平、地區(qū)實時連續(xù)空氣吸收劑量率及累積劑量均處于本底漲落范圍之內(nèi)[4]。核電廠周圍環(huán)境的輻射水平也一直處于天然本底漲落范圍內(nèi)。

4 結(jié)論

在中國特色社會主義進入了新時代的背景下，經(jīng)濟發(fā)展進入由高速度向高質(zhì)量轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵期，能源供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革是一項重要內(nèi)容。傳統(tǒng)能源污染嚴(yán)重且不可持續(xù)，電力需求不斷上升，要解決這些問題，要求我們必須盡快完成能源轉(zhuǎn)型發(fā)展，逐漸增加可再生能源與核能在能源消耗總量中的比重，考慮到核能在發(fā)電方面穩(wěn)定、更加清潔、安全性高等的突出優(yōu)勢，尤其應(yīng)該繼續(xù)大量發(fā)展核電。

大力推進生態(tài)文明建設(shè)，建設(shè)美麗中國。 在新發(fā)展理念的引領(lǐng)下，綠色、低碳、高效的核能必然成為中國能源轉(zhuǎn)型重要組成部分。