核電發(fā)展與環(huán)境保護(hù)

2009/7/25 8:16:00

摘  要：以相同裝機(jī)容量的核電和煤電對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響進(jìn)行比較,，充分說(shuō)明了核電是較清潔的能源,，是未來(lái)可開(kāi)發(fā)和利用能源的主要方向。文中還簡(jiǎn)述了開(kāi)發(fā)新能源的途徑和核電發(fā)展的前景,。
關(guān)鍵詞：核電,；火電；節(jié)能,；新能源

    聯(lián)合國(guó)預(yù)測(cè),，到2050年全球人口從現(xiàn)在的60億增至90億，到2100年,，達(dá)150億,。人口的劇增，生產(chǎn)和生活水平的日益提高,，刺激著對(duì)能源需求的猛增,。2050年全球能耗將是現(xiàn)在的3.5倍，能源緊張,，不可緩解,。如何做到既開(kāi)發(fā)能源，又保護(hù)環(huán)境,，是關(guān)系到社會(huì)能否持續(xù)發(fā)展的重大課題,。當(dāng)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(huán)境之最,，核能是較清潔的能源,。
1、采煤,、燃燒煤對(duì)環(huán)境的影響
    世界上有10個(gè)國(guó)家擁有全球92%儲(chǔ)量的煤,，中,、美、前蘇占57%,。采煤,、燃燒煤在增加GDP的同時(shí)，也在毀損環(huán)境質(zhì)量和公眾的健康,，其主要表現(xiàn)在以下10個(gè)方面：
    （1）礦工死亡：1983年,，在美國(guó)《可再生能源》一書(shū)中，估計(jì)當(dāng)時(shí)中國(guó)的煤礦工人每年死亡1.5～2萬(wàn)人,。采同樣數(shù)量的煤,，美國(guó)礦工死亡人數(shù)是中國(guó)的3%～4%。在我國(guó),，為滿(mǎn)足裝機(jī)容量為100萬(wàn)KW煤電廠所需的煤（200～300萬(wàn)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(yīng)裝機(jī)容量為100萬(wàn)KW（以下均以100萬(wàn)KW電廠為例）煤電廠一年所需的燃煤,，平均發(fā)生1050畝左右的地表塌陷,。
    （3）煤渣占地面積：每年產(chǎn)生礦渣約20萬(wàn)t，占地3.15畝,。
    （4）采礦工患?jí)m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(kuò)散：燃煤加速了氡的擴(kuò)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(yīng)：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(wàn)t,。CO2使全球發(fā)生“溫室效應(yīng)”，按現(xiàn)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(wàn)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(wàn)t,。煤中的銨鹽和有機(jī)物,，燃燒后形成氨氧化物（它又是致癌物質(zhì)），年排量2～3t,。兩者都是強(qiáng)酸性氣體,，導(dǎo)致降落酸雨,。
    1992年,，多國(guó)首腦在巴西召開(kāi)的世界環(huán)境與發(fā)展大會(huì)上，共同簽署了《氣候變化框架條約》,，要求各國(guó)減少CO2排放量,。1997年，防止全球氣候變暖國(guó)際會(huì)議,，簽署了《京都議定書(shū)》,，要求發(fā)達(dá)國(guó)家在2008～2010年，把溫室氣體排放量比1990年減少6%～8%,。最近,，我國(guó)也立法規(guī)定了各地區(qū)、各企業(yè),，應(yīng)有計(jì)劃地逐年減少COD(水中化學(xué)耗氧量)和CO2,、SO2 的排放量，并將對(duì)其量化檢查,、監(jiān)督和考核,。
2、核電是較清潔的能源
    為保護(hù)環(huán)境,，正大力倡導(dǎo)“清潔生產(chǎn)”,；生產(chǎn)過(guò)程中所排出的廢氣、廢水,、廢渣的量和其中所含的有害物質(zhì),，以及放射性、電磁波,、光（可見(jiàn)光是波長(zhǎng)380～780nm的電磁波）,、聲、熱,、震動(dòng)等物理量都在國(guó)際或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的限值以下,。利用核能發(fā)電，與燃燒化石燃料（石油,、天然氣,、煤）,、尤其是燃煤發(fā)電相比，屬于清潔生產(chǎn),。慢堆,、快堆、核聚變發(fā)電,，其清潔水平,，將一代比一代進(jìn)步。提高核電在供能中的比重,，可以有效地減少環(huán)境污染,。
前面列舉了煤電污染環(huán)境的10個(gè)方面，以此作參照系,，裝機(jī)容量為100萬(wàn)kW的壓水堆核電站,，對(duì)環(huán)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(kuò)散：其排放量約為煤電的1/3,。
    (8)CO2:6～7萬(wàn)t,為煤電的1%。
    (9)CO:零排放,。
    (10)SO2 和NxOY:零排放,。
    以上10對(duì)數(shù)據(jù)表明，核能發(fā)電屬清潔生產(chǎn),。誠(chéng)然,，這些數(shù)據(jù)是基于核反應(yīng)堆的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
3,、節(jié)能降耗,，開(kāi)發(fā)新能源
    發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，推行資源節(jié)約型,、環(huán)境友好型的生產(chǎn)技術(shù),，可確保社會(huì)持續(xù)發(fā)展。 提高資源利用率,，不僅僅是減少浪費(fèi),、降低成本,，更重要的是有助于環(huán)保。因?yàn)榉采�產(chǎn)和生活中被拋棄的物質(zhì),，都增加了環(huán)境的負(fù)擔(dān),。
    “節(jié)能優(yōu)先，降低能耗”,、“能源結(jié)構(gòu)多元化”,、“煤炭的清潔高效利用”等，以及發(fā)展核電在國(guó)家中長(zhǎng)期（2006～2020）科技發(fā)展綱要中,，分別列為“優(yōu)先專(zhuān)題”和“前沿技術(shù),。”
    用天然氣替代石油,，煤的氣化（制水煤氣和氫）和液化（煤轉(zhuǎn)化為石油）,，都是提高能源利用率和減少污染的重大技術(shù)舉措,。大力開(kāi)發(fā)可再生的能源—太陽(yáng)能,、水能、風(fēng)能,、潮汐能和生物質(zhì)能等,，是既可再生而又清潔的能源。這一切,，都是“能源結(jié)構(gòu)多元化”的重要內(nèi)容,。但化石燃料不可再生，其耗盡有日,�,？稍偕�能源，因自然條件等因素而地域和規(guī)模受到限制,。在當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)上,，核能應(yīng)是改善能源結(jié)構(gòu)的首選。
4,、當(dāng)今核電和未來(lái)核電發(fā)展
    核電的原料也不可再生,，但核能潛力巨大。等質(zhì)量的U-235的核裂變能量是碳燃燒所釋出的化學(xué)能的250萬(wàn)倍,；1kg的U-235核裂變能相當(dāng)于280萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)的能量,，足以供人類(lèi)消耗幾百億年,，這里沒(méi)有包括將來(lái)有可能被開(kāi)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(guò)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(jī)組,，其堆型幾乎都是慢堆；只有法國(guó)有5座快堆,，其中超鳳凰堆電功率達(dá)124.2萬(wàn)kW,。慢堆只能利用天然鈾中豐度僅0.72%的U-235，而且,，發(fā)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(dá)10億年以上,，處理這些核廢料是地質(zhì),、地理的沉重負(fù)擔(dān)。
    快堆中,，U-238俘獲1個(gè)中子,，經(jīng)兩次β衰變轉(zhuǎn)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(shí)大大減輕了處理核廢料對(duì)環(huán)境造成的壓力,。在法國(guó)，快堆早已投入商業(yè)發(fā)電,，美國(guó)等10國(guó)的新能源發(fā)展計(jì)劃中,，把快堆列為重點(diǎn)發(fā)展堆型，我國(guó)計(jì)劃于2018-2020年實(shí)現(xiàn)6.5萬(wàn)kW快堆的并網(wǎng)發(fā)電,。
核聚變堆：慢堆和快堆,，都是重原子核裂變時(shí)釋放能量；核聚變堆是輕原子氘（H-2）和氚（H-3）核聚合時(shí)放出能量：
  2H+3H→4He+中子+能量
質(zhì)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(zhuǎn)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(jí)，它只有兩個(gè)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(yùn)藏量豐富，所以,，如果核聚變反應(yīng)可以被控制,、并用于發(fā)電后，人類(lèi)將“永遠(yuǎn)”解決了能源供應(yīng)的難題。核聚變反應(yīng)幾乎不產(chǎn)生有害的廢物,，核聚變發(fā)電比水力發(fā)電更清潔,。最近，我國(guó)已簽署參加由中,、歐盟,、俄、美,、韓,、日、印度加盟的國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆建設(shè)計(jì)劃,，該組織設(shè)在法國(guó),，計(jì)劃實(shí)施時(shí)間30年，我國(guó)投資1/10,，從而我國(guó)正式成為國(guó)際熱核聚變研究行列中的重要一員,。20世紀(jì)，科學(xué)家們利用核聚變制造氫彈用于核威懾,，21世紀(jì)核聚變將為人類(lèi)造�,！�用于發(fā)電。