核電發展與環境保護

2009/7/25 8:16:00

摘  要：以相同裝機容量的核電和煤電對環境產生的影響進行比較，充分說明了核電是較清潔的能源，是未來可開發和利用能源的主要方向。文中還簡述了開發新能源的途徑和核電發展的前景。
關鍵詞：核電；火電；節能；新能源

    聯合國預測，到2050年全球人口從現在的60億增至90億，到2100年，達150億。人口的劇增，生產和生活水平的日益提高，刺激著對能源需求的猛增。2050年全球能耗將是現在的3.5倍，能源緊張，不可緩解。如何做到既開發能源，又保護環境，是關系到社會能否持續發展的重大課題。當今世界五大能源—石油、天然氣、煤、水力和核能，其中煤能是污染環境之最，核能是較清潔的能源。
1、采煤、燃燒煤對環境的影響
    世界上有10個國家擁有全球92%儲量的煤，中、美、前蘇占57%。采煤、燃燒煤在增加GDP的同時，也在毀損環境質量和公眾的健康，其主要表現在以下10個方面：
    （1）礦工死亡：1983年，在美國《可再生能源》一書中，估計當時中國的煤礦工人每年死亡1.5～2萬人。采同樣數量的煤，美國礦工死亡人數是中國的3%～4%。在我國，為滿足裝機容量為100萬KW煤電廠所需的煤（200～300萬t），每年約有35名礦工為之付出生命。
    （2）地表塌陷：采掘出供應裝機容量為100萬KW（以下均以100萬KW電廠為例）煤電廠一年所需的燃煤，平均發生1050畝左右的地表塌陷。
    （3）煤渣占地面積：每年產生礦渣約20萬t，占地3.15畝。
    （4）采礦工患塵肺：年均21.6人。
    （5）排出煙灰：每年2～3t。
    （6）有毒金屬：Pb、As、Cd、Hg和放射性核素等，年均排放約400t。
    （7）222Rn的擴散：燃煤加速了氡的擴散，年均最終（即若干年后）因吸入氡而致病、致死約300人。
    （8）排出CO2和造成溫室效應：碳燃燒后主要形成CO2，其重量是碳的3.7倍。電廠CO2年均排放量600～700萬t。CO2使全球發生“溫室效應”，按現在的排放速度，100年后，地球氣溫升高1.5～3.5℃，兩極冰山、冰層大量融化，海平面上升1m左右。
    （9）排出CO2：年排量3～6萬t。
    （10）排出SO2和氨氧化物并造成酸雨，硫燃燒后形成SO2，增重1倍。電廠年均排放SO2 5～10萬t。煤中的銨鹽和有機物，燃燒后形成氨氧化物（它又是致癌物質），年排量2～3t。兩者都是強酸性氣體，導致降落酸雨。
    1992年，多國首腦在巴西召開的世界環境與發展大會上，共同簽署了《氣候變化框架條約》，要求各國減少CO2排放量。1997年，防止全球氣候變暖國際會議，簽署了《京都議定書》，要求發達國家在2008～2010年，把溫室氣體排放量比1990年減少6%～8%。最近，我國也立法規定了各地區、各企業，應有計劃地逐年減少COD(水中化學耗氧量)和CO2、SO2 的排放量，并將對其量化檢查、監督和考核。
2、核電是較清潔的能源
    為保護環境，正大力倡導“清潔生產”；生產過程中所排出的廢氣、廢水、廢渣的量和其中所含的有害物質，以及放射性、電磁波、光（可見光是波長380～780nm的電磁波）、聲、熱、震動等物理量都在國際或國家標準所規定的限值以下。利用核能發電，與燃燒化石燃料（石油、天然氣、煤）、尤其是燃煤發電相比，屬于清潔生產。慢堆、快堆、核聚變發電，其清潔水平，將一代比一代進步。提高核電在供能中的比重，可以有效地減少環境污染。
前面列舉了煤電污染環境的10個方面，以此作參照系，裝機容量為100萬kW的壓水堆核電站，對環境影響顯然要小得多。
    (1)礦工死亡：年均0.6人，是煤電的1.7%。
    (2)地表塌陷：2.4畝，是煤電的0.22%。
    (3)廢物占地面積：1.5畝，是煤電的48%。
    (4)礦工塵肺：4.4人，是煤電的20%。
    (5)排出煙灰：近于零。
    (6)有毒金屬：核島中有不高于本底的放射性核素排放。
    (7) 222Rn擴散：其排放量約為煤電的1/3。
    (8)CO2:6～7萬t,為煤電的1%。
    (9)CO:零排放。
    (10)SO2 和NxOY:零排放。
    以上10對數據表明，核能發電屬清潔生產。誠然，這些數據是基于核反應堆的正常運轉。
3、節能降耗，開發新能源
    發展循環經濟，推行資源節約型、環境友好型的生產技術，可確保社會持續發展。 提高資源利用率，不僅僅是減少浪費、降低成本，更重要的是有助于環保。因為凡生產和生活中被拋棄的物質，都增加了環境的負擔。
    “節能優先，降低能耗”、“能源結構多元化”、“煤炭的清潔高效利用”等，以及發展核電在國家中長期（2006～2020）科技發展綱要中，分別列為“優先專題”和“前沿技術。”
    用天然氣替代石油，煤的氣化（制水煤氣和氫）和液化（煤轉化為石油），都是提高能源利用率和減少污染的重大技術舉措。大力開發可再生的能源—太陽能、水能、風能、潮汐能和生物質能等，是既可再生而又清潔的能源。這一切，都是“能源結構多元化”的重要內容。但化石燃料不可再生，其耗盡有日。可再生能源，因自然條件等因素而地域和規模受到限制。在當今科學技術的基礎上，核能應是改善能源結構的首選。
4、當今核電和未來核電發展
    核電的原料也不可再生，但核能潛力巨大。等質量的U-235的核裂變能量是碳燃燒所釋出的化學能的250萬倍；1kg的U-235核裂變能相當于280萬噸標準煤所釋出的能量。所以，地球上可以裂變和聚變的核素所存儲的能量，足以供人類消耗幾百億年，這里沒有包括將來有可能被開采、利用的月球上的He-3。
三代核電—熱中子堆（慢堆）、快中子增殖堆（快堆）、核聚變堆，一代勝過一代地“清潔”和更充分地利用自然資源。
    目前世界上已有近500座核電機組，其堆型幾乎都是慢堆；只有法國有5座快堆，其中超鳳凰堆電功率達124.2萬kW。慢堆只能利用天然鈾中豐度僅0.72%的U-235，而且，發電后還有一小部分U-235殘留到乏燃料中。不能被利用的以U-238為主的錒系元素中，一部分的半衰期達10億年以上，處理這些核廢料是地質、地理的沉重負擔。
    快堆中，U-238俘獲1個中子，經兩次β衰變轉化為Pu-239, Pu-239也是核燃料，從而可使鈾資源的利用率提高60-70倍，同時大大減輕了處理核廢料對環境造成的壓力。在法國，快堆早已投入商業發電，美國等10國的新能源發展計劃中，把快堆列為重點發展堆型，我國計劃于2018-2020年實現6.5萬kW快堆的并網發電。
核聚變堆：慢堆和快堆，都是重原子核裂變時釋放能量；核聚變堆是輕原子氘（H-2）和氚（H-3）核聚合時放出能量：
  2H+3H→4He+中子+能量
質量相等的兩種核燃料，核聚變能是核裂變能的4倍。
    1m3海水中含34g氘。氚可以由Li-6轉換得到。1 m3海水中含Li170mg;高原鹽湖中鋰也較豐富。Li在地殼中的豐度為10-5級，它只有兩個同位素—Li-6和Li-7，Li-6占Li總量的7.5%。由于地球上氘和氚蘊藏量豐富，所以，如果核聚變反應可以被控制、并用于發電后，人類將“永遠”解決了能源供應的難題。核聚變反應幾乎不產生有害的廢物，核聚變發電比水力發電更清潔。最近，我國已簽署參加由中、歐盟、俄、美、韓、日、印度加盟的國際熱核聚變實驗反應堆建設計劃，該組織設在法國，計劃實施時間30年，我國投資1/10，從而我國正式成為國際熱核聚變研究行列中的重要一員。20世紀，科學家們利用核聚變制造氫彈用于核威懾，21世紀核聚變將為人類造福—用于發電。