張航源，胡世杰，楊 強(qiáng)

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

1 發(fā)展核能的必然趨勢(shì)

回顧我國(guó)社會(huì)發(fā)展進(jìn)程，在能源利用上和西方有許多相似的地方。西方發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)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(dòng)蕩時(shí)代的可持續(xù)發(fā)展》書(shū)中提出從了“能源變化體現(xiàn)能量轉(zhuǎn)型”的觀點(diǎn)，他認(rèn)為能源轉(zhuǎn)型經(jīng)歷了從煤炭到石油，再?gòu)奶烊粴?、水電和核能到風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源這樣幾個(gè)階段。[1]要了解主要發(fā)達(dá)國(guó)家能源利用發(fā)展趨勢(shì)，就需要重點(diǎn)關(guān)注能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)，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(jī)拉開(kāi)了第一次工業(yè)革命的帷幕，人們通過(guò)使用煤，實(shí)現(xiàn)了利用蒸汽機(jī)作為動(dòng)力進(jìn)行大量生產(chǎn)，極大地提高了生產(chǎn)力，人類(lèi)從此進(jìn)入“蒸汽時(shí)代”。隨著工業(yè)革命的開(kāi)展，英國(guó)、荷蘭、德國(guó)、美國(guó)等國(guó)家煤炭能源在能源消耗中占的比中越來(lái)越大。到 1938 年時(shí)，煤炭在英國(guó)能源結(jié)構(gòu)中的比重達(dá)到歷史峰值( 97.7% )[1]。

19世紀(jì)60年代后期，人類(lèi)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(jī)誕生，同時(shí)石油也開(kāi)始作為國(guó)家能源消耗的重要組成部分登上歷史舞臺(tái)。

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(lèi)社會(huì)從農(nóng)耕文明步入工業(yè)文明，但隨之而來(lái)的是環(huán)境遭受?chē)?yán)重污染。數(shù)以十萬(wàn)計(jì)的煙囪、蒸汽機(jī)釋放出大量煙塵和二氧化硫。隨著工業(yè)革命的擴(kuò)展深入，污染也在德國(guó)、美國(guó)、日本等國(guó)家出現(xiàn)。由空氣污染帶來(lái)了一系列的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，嚴(yán)重影響了生物圈的生態(tài)平衡甚至危及人類(lèi)自身生命健康。當(dāng)這些發(fā)達(dá)國(guó)家意識(shí)到這個(gè)嚴(yán)峻的問(wèn)題后，便立即加大投入發(fā)展新型清潔能源。以美國(guó)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(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重等原因，使得新能源政策在美國(guó)能源政策中占據(jù)越來(lái)越重要的比重[2]。不僅對(duì)于美國(guó)，在世界上的主要國(guó)家中，發(fā)展綠色、低碳、高效的新能源已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。

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

注：數(shù)據(jù)來(lái)源國(guó)外核新聞：世界核電現(xiàn)狀

截至2017年7月1日，全球運(yùn)轉(zhuǎn)中的核電機(jī)組447臺(tái)，有59臺(tái)正在建設(shè)中。其中美國(guó)在運(yùn)機(jī)組最多，為99臺(tái)。法國(guó)、日本、俄羅斯分別為58臺(tái)、42臺(tái)、35臺(tái)，中國(guó)為36臺(tái)(包括中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的6臺(tái)核電機(jī)組，2016年的核發(fā)電量為30.5 TWh，占臺(tái)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(guó)家是美國(guó)，核發(fā)電量為805.3 TWh，占美國(guó)總發(fā)電量的19.7%，其次為法國(guó)，核發(fā)電量為384 TWh，占法國(guó)總發(fā)電量高達(dá)72.3%，中國(guó)核發(fā)電量為210.5 TWh，僅占中國(guó)總發(fā)電量3.6%。因此，在全球來(lái)看，雖然我國(guó)核發(fā)電量比較高，但在我國(guó)總發(fā)電量中所占的比例卻很低，相比美國(guó)、法國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，核電在我國(guó)發(fā)展空間廣闊、發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

2 我國(guó)能源可持續(xù)發(fā)展的思路

從我國(guó)能源消費(fèi)總量趨勢(shì)圖中可以明顯看出，我國(guó)能源消費(fèi)一直保持增長(zhǎng)趨勢(shì)，尤其是自2000年以來(lái)，都保持高速增長(zhǎng)。盡管2012年以后，增長(zhǎng)速度放緩，但也一直保持增長(zhǎng)勢(shì)頭，能源消費(fèi)總量在2016年達(dá)到了43.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。而煤炭消費(fèi)在能源消費(fèi)總量中一直占據(jù)主導(dǎo)地位。但自2014年開(kāi)始，煤炭消費(fèi)量開(kāi)始連續(xù)3年下降，這是自1999年連續(xù)15年增長(zhǎng)后的首次下降。

根據(jù)圖2的2016年能源消費(fèi)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(guó)能源消費(fèi)總量及煤炭消費(fèi)量(2000-2016)

注：數(shù)據(jù)來(lái)源國(guó)家統(tǒng)計(jì)局.中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒

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

圖2 中國(guó)能源消費(fèi)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(fèi)總量百分比趨勢(shì)Fig.3 Trend map of percentage of electricity and other energy consumption in total energy consumption

但從縱向比較來(lái)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(lái)越大。尤其是2011年以來(lái)，一次電力及其他能源在能源消費(fèi)總量中所占的比重逐年上升。這與我國(guó)推動(dòng)綠色發(fā)展，積極發(fā)展清潔、低碳能源的努力是分不開(kāi)的。

在《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中明確要求到2020年，我國(guó)的煤炭消費(fèi)占一次能源消費(fèi)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(fèi)革命戰(zhàn)略(2016-2030)》中進(jìn)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(zhǎng)，高碳化石能源利用大幅減少”。低碳能源占比繼續(xù)上升，達(dá)到35%[5]。到2050年，“能源消費(fèi)總量基本穩(wěn)定，非化石能源占比超過(guò)一半”[5]。從中可以看出我國(guó)進(jìn)行能源革命的思路，也可以看到我國(guó)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(shì)和我國(guó)能源革命的必然要求。

3 核能開(kāi)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(wèn)題也日益嚴(yán)重，環(huán)境問(wèn)題已成為制約國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展的重要問(wèn)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(guó)民生活水平做出重要貢獻(xiàn)，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(lái)源國(guó)家統(tǒng)計(jì)局.國(guó)家數(shù)據(jù)

煤炭的大量使用導(dǎo)致我國(guó)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(guó)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(guó)環(huán)境狀況公報(bào)》中顯示，2016年，全國(guó)388個(gè)地級(jí)及以上的城市中，僅有84個(gè)城市空氣質(zhì)量達(dá)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(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題迫在眉睫，大力發(fā)展清潔能源，推動(dòng)核能等清潔能源成為能源增量主體，是實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展的重要途徑。

3.2 我國(guó)電力需求

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人民生活水平和質(zhì)量全面提高，必然會(huì)帶來(lái)能源消費(fèi)增加的問(wèn)題。我國(guó)已然成為能源生產(chǎn)和消耗大國(guó)。分析表4電力消費(fèi)量，可以得出我國(guó)電力需求大而且并將保持持續(xù)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。有專(zhuān)家指出，綜合多方面因素考慮，預(yù)計(jì)于2020年和2030年社會(huì)用電量分別達(dá)到7.3萬(wàn)億kW·h和10萬(wàn)億kW·h，今后中國(guó)電力需求仍會(huì)保持中低速增長(zhǎng)[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(zhǎng)。2016年，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電量達(dá)到2410億kW·h，成為我國(guó)第四大電源[7]。然而對(duì)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(dá)到一定數(shù)量時(shí)就會(huì)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(wèn)題，原料價(jià)格的上漲也帶來(lái)成本問(wèn)題。在技術(shù)開(kāi)發(fā)層面，其他可再生能源的利用也正處于創(chuàng)新試驗(yàn)的階段，在傳統(tǒng)能源不斷減少情況下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足我國(guó)持續(xù)增長(zhǎng)的能源需求。

注：數(shù)據(jù)來(lái)源國(guó)家統(tǒng)計(jì)局.國(guó)家數(shù)據(jù)

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

3.3 核能的突出優(yōu)勢(shì)

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(guò)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(yùn)行、后期維護(hù)等考慮在內(nèi)，那么這些發(fā)電廠就都會(huì)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?jī)H僅為1.6g，并且?guī)缀鯖](méi)有任何有害氣體排放。

截至2017年7月1日，我國(guó)在運(yùn)核電機(jī)組凈裝機(jī)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(wàn)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(yùn)輸成本，還解決了發(fā)電過(guò)程中環(huán)境污染和溫室氣體排放的問(wèn)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(wàn)倍以上[8]。如果考慮采礦、加工、運(yùn)輸、尾礦、發(fā)電整個(gè)環(huán)節(jié)，相比于燃煤電廠在整個(gè)過(guò)程中，人群中平均每個(gè)人接受的當(dāng)量劑量總計(jì)57.9 Sv·MW-1，而核電廠只有13.19 Sv·MW-1。從健康風(fēng)險(xiǎn)角度來(lái)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(guó)家推動(dòng)發(fā)展新能源電動(dòng)汽車(chē)，在新能源電動(dòng)汽車(chē)代替燃油汽車(chē)的過(guò)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(jī)動(dòng)車(chē)向空氣中排放尾氣。

杜祥琬院士認(rèn)為，我國(guó)的煤炭消耗一半是用來(lái)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(lái)可以解決人們冬季用散燒煤進(jìn)行取暖帶來(lái)的污染等一系列問(wèn)題。

3.4 核能安全性

與其他國(guó)家相比，我國(guó)核電起步較晚， 1991年我國(guó)第一座自主設(shè)計(jì)建造核電廠投入運(yùn)行。國(guó)務(wù)院在2005年提出了“積極發(fā)展核電”的方針后，中國(guó)核電開(kāi)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(mén)立即組織了專(zhuān)家對(duì)我國(guó)在建和在運(yùn)的核設(shè)施進(jìn)行全面綜合的安全檢查。檢查的結(jié)果是我國(guó)核電廠的安全有保障，不會(huì)發(fā)生類(lèi)似日本福島核事故的事件，風(fēng)險(xiǎn)是可掌控的[10]。

在綜合分析前幾次國(guó)外重大核事故發(fā)生的原因之后，我國(guó)核電工作的科技工作者、建設(shè)部門(mén)決策者認(rèn)真吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，一直把核安全作為我國(guó)核能發(fā)展的生命線和重要保障。目前，我國(guó)采用的是國(guó)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(duì)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(guò)嚴(yán)密設(shè)計(jì)的安全殼等多層防護(hù)的屏障中。在正常運(yùn)行甚至出現(xiàn)事故的情況下，排除的放射性物質(zhì)都不會(huì)對(duì)周?chē)用癞a(chǎn)生急性輻射效應(yīng)。截至目前，我國(guó)從沒(méi)有一起因輻射致死的事故發(fā)生。

在2016年，我國(guó)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(guó)范圍內(nèi)，環(huán)境電離輻射水平、地區(qū)實(shí)時(shí)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?chē)h(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(guó)特色社會(huì)主義進(jìn)入了新時(shí)代的背景下，經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)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(xiàng)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(wèn)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(shì)，尤其應(yīng)該繼續(xù)大量發(fā)展核電。

大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，建設(shè)美麗中國(guó)。 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(guó)能源轉(zhuǎn)型重要組成部分。