李偉哲，吳興偉

(沈陽工程學(xué)院a.能源與動(dòng)力學(xué)院;b.學(xué)報(bào)編輯部，遼寧沈陽110136)

自福島核事故發(fā)生至今已將近3年的時(shí)間，此次重大事故給全球人民帶來的心理創(chuàng)傷還未痊愈，對(duì)全球生態(tài)環(huán)境的影響還在持續(xù).但是隨著福建福清電廠和遼寧紅沿河電廠的核電機(jī)組在去年上半年投入運(yùn)行，我國核電事業(yè)已悄然地回到了自己的發(fā)展道路上，不過其發(fā)展速度已然不如21世紀(jì)初那么迅猛.我國經(jīng)濟(jì)目前正處于高速發(fā)展的時(shí)期，對(duì)能源的需求不斷增加，而環(huán)境的污染問題卻日趨嚴(yán)重.

從“十二五規(guī)劃”來看，未來電力的發(fā)展方向主要集中在核電、天然氣發(fā)電、風(fēng)電和太陽能發(fā)電4個(gè)領(lǐng)域.其中核電裝機(jī)容量將從2010年的1 082萬kW，提高到2015年的4 000萬kW，預(yù)計(jì)年均增加29.9%;天然氣發(fā)電將從2010年的2 642萬kW，提高到2015年的5 600萬kW，預(yù)計(jì)年均增加16.2%;風(fēng)電將從2010年的3 100萬kW，提高到2015年的1萬萬kW，預(yù)計(jì)年均增加26.4%;太陽能發(fā)電將從2010年的86萬kW，提高到2015年的2 100萬kW，預(yù)計(jì)年均增加89.5%.

1 我國對(duì)能源的需求為核電迎來發(fā)展機(jī)遇

隨著我國工業(yè)化的高速發(fā)展，對(duì)能源的需求也不斷增長(zhǎng).據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010年我國能源消費(fèi)量達(dá)32.5億t標(biāo)準(zhǔn)煤，年均增長(zhǎng)6.14%.2011年一次能源生產(chǎn)總量達(dá)到31.8億t標(biāo)準(zhǔn)煤，居世界第一，同時(shí)我國能源消耗總量為34.8億t標(biāo)準(zhǔn)煤，比2010年增長(zhǎng)7%，居世界第二.目前，我國已成為世界煤炭消耗量全球第一，石油消耗量全球第二的國家［1］.據(jù)統(tǒng)計(jì)2010年我國原油、煤炭、天然氣等礦產(chǎn)資源需求量分別為4.29億t、31.8億t和1 048.4億m3，而其生產(chǎn)能力分別為2億t、32.4億t和948億m3，需從國外進(jìn)口才能滿足需求.原油從國外進(jìn)口的比例在2011年為56.5%，而到2030年這個(gè)數(shù)值將達(dá)到70%以上;天然氣從國外進(jìn)口的比例到2015年將達(dá)到30%，2030年將上升到50%以上;而盡管煤炭資源儲(chǔ)量豐富，但在2010年也從國外進(jìn)口了1.66億t，未來這個(gè)數(shù)量還會(huì)增加.我國的一次能源消費(fèi)量到2015年預(yù)計(jì)為40億t標(biāo)準(zhǔn)煤，年均增長(zhǎng)4.3%;到2015年一次能源生產(chǎn)能力則為36.6億t標(biāo)準(zhǔn)煤，居民人均生活用電量也將從2010年的380 kWh上升到620 kWh，年均增長(zhǎng)10.3%.因此，能源短缺將成為我國未來發(fā)展所面臨的巨大難題.我國的能源結(jié)構(gòu)是以化石燃料為主，因此環(huán)境污染問題是不可避免的.近期霧霾天氣增多，空氣污染已經(jīng)非常嚴(yán)重，因此能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整勢(shì)在必行.雖然近幾年我國不斷地在調(diào)節(jié)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，但效果并不是十分明顯.

核電具有效率高、溫室氣體和煙塵的排放量極少等優(yōu)勢(shì).對(duì)于一座百萬千瓦的電站，核電站需要的燃料是火電站燃料質(zhì)量的十萬分之一，而CO2、SO2的排放量是火電站的百分之一.核電的開發(fā)利用可以在一定程度上解決我國能源緊缺和環(huán)境污染等問題.

2 新能源發(fā)電技術(shù)的特點(diǎn)

依據(jù)2009年的統(tǒng)計(jì)，我國的一次能源消費(fèi)總量為30.5億t煤.在我國總的能源消費(fèi)量中，煤炭約占70.0%，石油約占17.8%，天然氣為3.9%，其他資源，包括水電、核電、風(fēng)電等，約占總量的7.5%，其他非常規(guī)能源，如風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能等占總量的0.8%［2］.新能源技術(shù)雖然有一定的優(yōu)勢(shì)，但是也存在一些不足.而核電的比例要想有所提高，除了要增強(qiáng)自身的競(jìng)爭(zhēng)力外，還要看其他能源技術(shù)是否有所突破.

2.1 太陽能發(fā)電

我國太陽能產(chǎn)業(yè)的起步比較晚，隨著光伏發(fā)電技術(shù)的突破，太陽能發(fā)電有了更大的發(fā)展空間.太陽能發(fā)電特點(diǎn)顯著，其一就是“可再生”性，只要太陽存在，就會(huì)源源不斷的產(chǎn)生太陽能，不需要擔(dān)心“燃料”的問題.太陽能的第二個(gè)特點(diǎn)就是儲(chǔ)量豐富，太陽一年對(duì)地球的輻射量相當(dāng)于137萬億t標(biāo)準(zhǔn)煤所產(chǎn)生的熱量.我國幅員遼闊，接收到的輻射量也比較大，太陽能儲(chǔ)量最豐富的地區(qū)在西北部.清潔性是太陽能的第三個(gè)特點(diǎn)，太陽能的發(fā)電過程不會(huì)產(chǎn)生三廢物質(zhì)，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染.

太陽能有很多優(yōu)勢(shì)，但是其缺點(diǎn)也很明顯.首先，雖然太陽對(duì)地球的輻射量很大，不過其利用率并不高，這在一定程度上會(huì)影響太陽能發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性.其次，由于電站的占地面積有限，若想并網(wǎng)發(fā)電，就必須選擇具有較大熱流密度的非人口密集地區(qū)，這類地區(qū)并不是很多，同時(shí)還要選擇氣候穩(wěn)定的地區(qū)以保證太陽的照射時(shí)間.另外，雖然太陽能是綠色能源，但太陽能上游的組件和硅原料加工卻是高污染行業(yè)，太陽能薄膜電池產(chǎn)品在制造過程中，會(huì)排出SiCl4、HCl、H2等尾氣［3］.這些氣體會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定的污染，因此即便太陽能利用率很高的歐洲國家也不在本國生產(chǎn)太陽能電池.

2.2 風(fēng)電

風(fēng)能與太陽能一樣，都屬于可再生能源.我國的風(fēng)能資源也比較豐富，主要集中在北方地區(qū).風(fēng)電在“十一五”期間發(fā)展的比較迅猛，年均增長(zhǎng)將近90%.風(fēng)電的特點(diǎn)也是比較突出的，“可再生”性無疑是其最大的優(yōu)勢(shì).另外，清潔性也是風(fēng)電的優(yōu)點(diǎn)，與太陽能發(fā)電和核電相比，風(fēng)電更加清潔，無論在生產(chǎn)過程中、發(fā)電過程中還是退役之后，風(fēng)電都不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染.風(fēng)電技術(shù)應(yīng)用靈活，既可并網(wǎng)發(fā)電，也可離網(wǎng)運(yùn)行;不僅可以建設(shè)在陸地上，也可以建設(shè)在海上，具有很大的開發(fā)價(jià)值.

風(fēng)電的很多優(yōu)點(diǎn)是其他能源所不具備的，但是風(fēng)電同樣存在制約其發(fā)展的不足之處.其中最主要的也是目前討論最多的問題就是風(fēng)電消納.據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年全國限制風(fēng)電出力的棄風(fēng)電量約20億kWh，比2011年的棄風(fēng)電量翻了一番［4］.造成這種棄風(fēng)現(xiàn)象的原因有兩方面:一方面是由于發(fā)電量與電網(wǎng)需求量之間的不協(xié)調(diào)，風(fēng)電的動(dòng)力來源于自然，人類無法控制自然風(fēng)力的大小，而各地的用電量又不是一定的，因此造成風(fēng)能所產(chǎn)生的電量與電網(wǎng)需求量不匹配;另一方面是風(fēng)電自身存在的不足，其中最主要的是風(fēng)電的不穩(wěn)定性和地域性，不同地區(qū)的風(fēng)能大小在不同時(shí)段都是不一樣，這就增大了風(fēng)電并網(wǎng)的復(fù)雜程度.

2.3 其他發(fā)電技術(shù)及特點(diǎn)對(duì)比

我國天然氣資源比較豐富，而且天然氣發(fā)電效率高，污染氣體排放量比火電少很多，因此天然氣發(fā)電也是我國在“十二五”期間的主要發(fā)展對(duì)象.但是其電價(jià)缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，發(fā)電用氣供應(yīng)短缺，未來供應(yīng)雖有保障，但對(duì)外依存度高，且價(jià)格將不斷上漲，供氣方式與電網(wǎng)調(diào)峰不相適應(yīng)，分布式天然氣發(fā)電并網(wǎng)困難［5］，這些問題都是目前很難解決的.

除了上述幾種能源，我國也在開發(fā)一些新的能源技術(shù)，如生物質(zhì)能、潮汐能、地?zé)岬?新能源的開發(fā)意義重大，但目前這些技術(shù)還不是很成熟，還不足以解決我國能源緊缺的問題.

從技術(shù)的成熟度及發(fā)展現(xiàn)狀來看，太陽能發(fā)電、風(fēng)電及核電是最具競(jìng)爭(zhēng)力的三種技術(shù).太陽能及風(fēng)能均屬于可再生能源，這兩種發(fā)電技術(shù)在“燃料”的儲(chǔ)備和安全性方面明顯強(qiáng)于核電;不過從穩(wěn)定性、能源效率、可控性及與電網(wǎng)的配合方面，核電具有很大的優(yōu)勢(shì);而從清潔的角度來看，太陽能及核電對(duì)環(huán)境都存在潛在的危害，而風(fēng)電幾乎不會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害;在選址上，太陽能電站的要求比較高.這幾種發(fā)電技術(shù)的特點(diǎn)對(duì)比，如表1所示.

表1 技術(shù)特點(diǎn)對(duì)比

3 核電自身特點(diǎn)決定其競(jìng)爭(zhēng)力

我國核電事業(yè)起步相對(duì)較晚，20世紀(jì)末核電機(jī)組才正式并網(wǎng)發(fā)電.21世紀(jì)初，核電事業(yè)發(fā)展迅速，嶺澳、秦山、田灣等地區(qū)多臺(tái)機(jī)組相繼并網(wǎng)發(fā)電，同時(shí)還有大量機(jī)組處于在建和籌建過程中.然而受福島核事故的影響，我國暫時(shí)停止了核電項(xiàng)目的審批工作，直到2012年下半年，才恢復(fù)了審批工作.核電自身特點(diǎn)鮮明，若能夠很好的解決安全性的問題，其發(fā)展前景十分令人期待.

3.1 核電的優(yōu)點(diǎn)及存在的問題

高效率是核電最大的優(yōu)勢(shì)，它可以用很少的燃料提供很大的能量，這是其他能源無法達(dá)到的.一座1 000 MW的核電站，一年所用的鈾燃料僅為30 t.但目前壓水堆核電站的效率在30%左右，若能在技術(shù)上有所突破，提高發(fā)電效率，核電將更具競(jìng)爭(zhēng)力.

清潔性也是核電的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，核電的清潔性主要是指其污染氣體的排放量極低，不會(huì)對(duì)大氣環(huán)境造成污染.不過很多人也在質(zhì)疑，核電的放射性會(huì)不會(huì)污染環(huán)境，應(yīng)該說一座安全穩(wěn)定運(yùn)行的核電站不會(huì)影響環(huán)境的質(zhì)量，即便發(fā)生故障，只要處理得當(dāng)，也不會(huì)危害到公眾.

目前輕水堆技術(shù)已經(jīng)十分成熟，可以很好地適應(yīng)電網(wǎng)的需求，這正是新能源發(fā)電技術(shù)的發(fā)展難題.核電可以根據(jù)用電量的變化，調(diào)節(jié)自身的功率，而且不受外界環(huán)境的影響.

我國乃至全球使用最多的是壓水堆技術(shù)，目前壓水堆核電站用的燃料主要是UO2.雖然核電站對(duì)燃料的需求量不多，但全球的鈾資源畢竟有限.隨著核電站數(shù)量的日益增多，鈾資源和煤炭資源一樣，終將有消耗盡的一天，因此開發(fā)新的核燃料及更新技術(shù)是核電的緊要任務(wù).

核電站在發(fā)電過程中雖然不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，但是核電站產(chǎn)生的核廢料會(huì)對(duì)環(huán)境造成放射性危害.目前我國對(duì)核廢料的關(guān)注度并不高，但是核電機(jī)組較多的國家早已開始對(duì)核廢料的處理及退役核電站的管理進(jìn)行了研究，尤其是核廢料的存放問題，將是核電未來發(fā)展中比較大的難題.

3.2 核電的安全性

現(xiàn)階段限制核電發(fā)展的最主要原因是核電站的安全性，這也是核電潛在的最大危害.世界核電產(chǎn)業(yè)遭受了2次巨大的打擊，一次是前蘇聯(lián)的切爾諾貝利核電事故，另一次是日本福島發(fā)生的核事故.這2次最高等級(jí)的核事故，使得全球的民眾都在質(zhì)疑核電的可靠性，甚至抵制核電的發(fā)展.

切爾諾貝利核電站使用的是早期的技術(shù)，無論從設(shè)計(jì)上還是從安全性方面，都無法與現(xiàn)代的核電技術(shù)相比;另外此次核事故在一定程度上還與人為因素有關(guān).而福島核電站是即將退役的電站，很多設(shè)備都已老化，而且在設(shè)計(jì)上沒有考慮到地震及海嘯同時(shí)發(fā)生的情景，在抵抗自然災(zāi)害方面考慮的不足;另外事故發(fā)生后的應(yīng)急手段也被很多專業(yè)人士質(zhì)疑，應(yīng)該說此次事故也有人為因素的影響.

需要注意的是，這兩次重大的核事故有2個(gè)共性:第一，技術(shù)不是很先進(jìn)，福島核電站使用的是二代沸水堆技術(shù)，但我國使用的是在二代技術(shù)基礎(chǔ)上改進(jìn)的壓水堆技術(shù)，在安全性方面，二代加的壓水堆技術(shù)強(qiáng)于切爾諾貝利核電站和福島核電站的技術(shù);第二，表面上看這2次重大事故是和人為因素有關(guān)，而本質(zhì)是由于安全性與經(jīng)濟(jì)性之間的矛盾造成的，如果能夠舍棄一定的經(jīng)濟(jì)性，來提高安全性，就不會(huì)再發(fā)生類似的重大事故.

總體來說，二代加的壓水堆技術(shù)已經(jīng)使用了很多年，積累了大量的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，這為其安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障.更為關(guān)鍵的是，二代加的壓水堆事故還從未發(fā)生過嚴(yán)重的核事故.

3.3 我國核電的發(fā)展方向

我國運(yùn)行的核電機(jī)組中，絕大部分采用的都是壓水堆技術(shù)，在新建的核電站中也都采用壓水堆技術(shù)，不過三門核電站和海陽核電站使用的是三代技術(shù).三代技術(shù)在安全性設(shè)計(jì)方面要比二代加的技術(shù)高，但是目前還沒有運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，三代技術(shù)能否取代二代或二代加的技術(shù)目前還不能確定.

我國使用的反應(yīng)堆技術(shù)屬于熱堆技術(shù)，而全球現(xiàn)在研究較多的是四代快堆技術(shù).快堆技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是燃料的增殖，這樣可以解決鈾資源有限的問題，但在控制上比較困難，目前僅處于研發(fā)階段，若要投入商業(yè)運(yùn)行還有很長(zhǎng)的路要走.

不論是熱堆還是快堆都屬于裂變堆，裂變技術(shù)的最大缺點(diǎn)就是產(chǎn)生放射性物質(zhì)，而核能反應(yīng)還有另外一種形式，就是聚變.我國的核能發(fā)展路線是:熱堆—快堆—聚變堆.聚變技術(shù)的特點(diǎn)更為突出:首先，聚變技術(shù)不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，更不會(huì)產(chǎn)生放射性物質(zhì);其次，聚變技術(shù)所用的燃料主要是氫，氫是地球儲(chǔ)量最為豐富的元素，雖然不屬于可再生資源，但是也不會(huì)為燃料耗盡而擔(dān)憂;第三，其能源效率比裂變技術(shù)要高很多.但令人遺憾的是，聚變技術(shù)的研發(fā)沒有實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，聚變反應(yīng)能維持的時(shí)間很短.如果聚變技術(shù)能夠有所突破，全世界都不會(huì)再為能源短缺而憂慮.

4 結(jié)語

1)我國對(duì)能源的需求越來越大，國內(nèi)的化石能源儲(chǔ)量已滿足不了未來發(fā)展的需求，而環(huán)境污染問題近幾年又變得非常嚴(yán)重，發(fā)展核電可以在很大程度上解決上述問題.

2)太陽能發(fā)電、風(fēng)電和核電技術(shù)三者各有優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也存在很多問題.若想有更大的發(fā)展空間甚至取代火電的主導(dǎo)地位，還需在技術(shù)上有所突破.

3)二代加的壓水堆技術(shù)安全性比較高，在能源短缺的時(shí)代具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力.能夠保證安全性的二代及二代加壓水堆技術(shù)將是我國未來發(fā)展的重點(diǎn).三代壓水堆技術(shù)還需要時(shí)間去考驗(yàn)，而最理想的聚變技術(shù)，還有很多技術(shù)難關(guān)需要攻克.

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