编者按:今年,是世界第一个核电站发电50周年。50年前,前苏联奥勃宁斯克(OBNINSK)核电站成功并网发电,成为世界上第一个核电站,为人类解决能源的需求开辟了一个新的途径,人类由此进入了和平利用原子能的时代。6月27日至7月2日国际原子能机构在莫斯科举行了500名核电专家参加的庆祝大会——“核电未来50年”,回顾世界核电50年的发展,展望未来50年的前景。同时,国际原子能机构网站为此发表长篇文章。全文如下:
核电在亚洲快速发展
据国际原子能机构公布的信息,由于经济增长的压力、自然资源的匮乏和人口的增加,在最新建成的31个已联网发电的核电站中,有22个建在亚洲。在正在建造的27个核电站当中,有18个位于亚洲。而有着长久项目的西欧和北美国家核电建设却处于停滞状态。
尽管4个西欧国家已经决定关闭他们的核电站,但未来如何仍是不确定的。因为在相当一个阶段,能源的需求和全球变暖仍是两个不断被关注的问题。目前,仅有一个新的核电站开始在西欧建造,在北美没有新的核电站建造计划,也许不久将会有所变化。
2004年6月27日至7月2日,国际原子能机构在莫斯科举行了有500名核电专家参加的会议“核电50年——核电未来50年”。国际原子能机构总干事厄尔巴拉迪在会上说,“我们越关注未来,就越期望更多的国家能考虑发展核能具有的潜在利益,核能对全球环境的改善和经济增长都有益处。”
巴拉迪还说,“采用核能发电不是对每一个国家都适用的。新的核电站对能源需求增长、能源多样性及能源短缺的国家更具有吸引力。在这些国家,能源安全、空气污染和温室气体的减少是首先要考虑的问题。还有一些国家未采用核能发电形式是考虑到核电安全和废物处置,而发展多种混合能源。”
这次会议,审视了自1954年6月26日在前苏联莫斯科附近第一个核能发电厂并网发电以来世界核电50年的发展历程,展望了未来50年核能发展的前景。
核电发展前景
国际原子能机构的专家发布了未来核发电量的定期预测,同时发布了核电与传统的化石燃料资源及可替代资源发电的电量的比较。然而,这些预测依赖于许多国家不确定的政策,所以,国际原子能机构给出了“高”和“低”两种预测。
在低预测中,假设目前的核电站按照时间表开始退役,并且除了在建核电站和肯定要建设的核电站之外,没有新的核电站开始建设,则核电的发电量到2020年将会继续减少,而且将比其他能源发电的电力增长更慢。结果可能是核电所占的份额到2030年将由现在16%降到12%。
在高预测中,许多额外的合理的新核电站开始建设,并且已经表现出稳步增长的势头。这样,核电发电量到2030年将比2002年多70%。但来自各种能源所产生的电力将有更大的增长。
从一些组织如国际气象组织、国际能源组织和其他组织的长期分析报告可以得出明确的结果,能源增长不像贸易增长那样简单。长期的分析统计表明,要使全球不断增长的人口提高生活水平,需要能源的增长来满足。分析还表明,化石燃料资源的枯竭最终更多取决于经济而不是今天的社会政治状况。考虑到这些因素,如果核电以中等速度或适度发展,按照气象组织的分析,到2030年核电增长将是现在的2.5倍,占总发电量的27%。到2050年,将是现在核电发电量的4倍。对于核电来说,长期的分析比短期的分析会有更大的作用。
核电的今天:正逐步东移
目前,世界核电的发电量占世界总电力的16%,有442座核电站在30个国家运行。大多数核电站在西欧和北美,但大多数新的在建核电站在亚洲(详情见文后图表) 。目前,在没有新的核电站建设的情况下,世界上现有的核电站增加了新的发电能力,变得更多产。
美国现有104座核电站在运行,是核电站运行最多的国家。立陶宛有80%电力来自核电,核电比重在各国最高。法国排第二,占78%。在442座核电站中只有39座在发展中国家,并且核电比重比平均水平低,据统计只占到世界核电总量的5.6%。但是,巴西、中国和印度均有核电项目,这三个国家有世界40%的人口,特别是中国和印度,有加快核电发展的计划。
27个正在建设的核电站有18个在亚洲,新建成的31座核电站中也有22个在亚洲。新建核电站第二多的是东欧,包括苏联,有8个核电站正在建设中。4个欧洲国家——德国、比利时、荷兰、瑞典现有逐步退出核电的政策,有一些国家禁止核电。但还有一些国家对核电的价值有明确的认识。如去年5月,瑞士选民以2:1拒绝了一项逐步退出核电的公投书。芬兰将在2005年开工建设一座新的核电站。法国将很快开始逐步采取“以核代核”来替换到达退役年龄的核电站。
在北美,有26个核电站继续再运行20年的许可证已经获得,有18个以上的核电站正在等待申请批复,有32个以上的核电站已经递交了打算提出申请的信函。这些共占美国全部核电站的75%。自1998年以来,美国有7个已经关闭的核电站重新恢复发电并并网;在过去的两年里,加拿大有3个行将退役的机组恢复发电并并网。在美国有三个公司正式提出申请建设和运营的联合执照。一种新的方式——流线型的许可证正在被美国核管会介绍给企业,美核管会鼓励企业在2010年前发展新的核电站。
天气变化和经济:增长的因素
1、核电站阻止了碳气体排放
事实上,核电不产生温室气体。全部的核电链,从铀矿开采到废物处置,包括反应堆和设备建设,每千瓦时碳气体的排放量仅为2—6克,与风能和太阳能发电相同,比煤炭、石油和天然气排放量低两个数量级。假如世界上的440座核电站都关闭,取而代之的是相同比例的非核混合能源,结果是每年将增加6亿吨的碳气体,大约超出《京都议定书》估计的到2010年要削减的两倍。
许多国家认可了《京都议定书》并采取措施投入资金削减温室气体排放。更为重要的是,扩大了的欧盟将于2005年1月1日开始实施一项新的控制温室气体排放计划(Emissions Trading Scheme “ETS” )。在亚洲,日本和印度明确指出核电是削减温室气体排放战略的重要组成部分。
2008年至2012年《京都议定书》第一个义务承担阶段之后,全球温室气体排放将被限制,雄心勃勃的核电项目在一些发展中国家如中国和印度显得非常重要。如果势头没有改观,发展中国家的温室气体排放量到2030年之后将可能超过发达国家。2003年,印度的核电发电量仅占该国总发电量的3.3%,中国仅占2.2% 。
2、核电站运行费用低廉,然而造价昂贵
在经济合作与发展组织国家中,电力市场出现了反常情况。荒谬的是,这些反常情况促进了现存的运行良好的核电站的收益及其价值,使新核电站的投资相对缺乏吸引力。
绝大多数现存的核电站已经还清了昂贵的建设费用,除了水电站,其运行成本比起其它可替代能源要低许多。与以往调控下的市场运作不同,现在任何生产效率的提高都会直接转化为利润。利润诱因推动了不断增强的高效率管理。1990年,核电站平均只有71%的时间用于发电,其余时间都被关闭用于维护保养及补充燃料。2003年,平均利用时间提高到84%,这几乎相当于免费新建了34座100MW的核电站。
我们可以从绝大多数美国核电站得到成本数据。过去的几年里,美国核电站的运行成本平均低于2.0美分每千瓦时,而最好的核电站其运行成本低于这个数值的40%。在美国和其它可以获得数据的国家中,核能是发电的最便宜的方式,其成本略低于煤炭发电,更远低于天然气发电。低廉的运营成本使得核电成本保持稳定,不易受到燃料价格波动的影响。假如把核燃料的价格翻一倍,这只会使核电成本增加2%到4%;但是如果把天然气的成本翻一倍,这就会使天然气的电力成本增加60%到70%。
但是新核电站造价昂贵,比建火力发电站要贵三倍多。而且,相比火力发电站,核电站更为庞大,建设周期更长,还会经常面临诸如金融风险带来的调控障碍。在非管制的市场中要求投资价值迅速获得回报,这对于核电站巨大的建设成本来说是十分不利的。而受管制的市场比起非管制的市场,其投资的回报更有保障。尤其在西方和北美,最近的投资都避开了核电站,更青睐天然气发电。如果天然气价格持续上涨,这种局面也许会改变。
在衡量巨大建造成本与长期低成本稳定运行的得失时,常依据于一个国家对电力需求的增长速度。核电站的增加还与一个国家可替代资源拥有量有关,以及怎样看待长期与短期关系,还关系到怎样看待其它影响因素——诸如温室效应等,大多数经济考虑并没有包含这些因素。
在西方及北美国家,那里的电力需求增长相对缓慢,而来自于火力发电,煤以及天然气的可替代资源丰富。自从1999年法国西瓦克斯2 号核电站修建完成以来,就不再修建新的核电站,只是近来在芬兰新建电站的经济分析上偏向于核电站。
日本和韩国,那里可替代资源甚少,过去3年里已经启动了4座新核电站,并且有3座甚至更多的在建核电站。这些国家对于天然气和石油进口的中断十分容易受到损害,所以核能供电的两大特点就更有吸引力了。第一,核燃料比起煤、石油或天然气紧密得多,可以供核电站运转数年的核燃料可以直接存储在核电站,这使核电站不必过于依赖连续、不间断的燃料运输。第二,从地理位置上看,铀的存储不像石油、天然气那样集中分布。据报道,在各个大洲有43个国家有相当可观的存储量。2003年,澳大利亚、加拿大和美国拥有50%已开采的铀矿资源。中国和印度由于快速增长的电力需求,在过去4年里有9座核电站开始使用,至少10座正在建造。两个国家都强调了控制空气污染和温室效应气体的排放。在中国和印度,在非管制的电力市场,政府常常是直接的投资方,所以尽管较低的温室效应气体的排放在非管制的电力市场还没转化为经济效益,他们也充分考虑到这点。
另外,几个还没有运行核电站的发展中国家已与国际原子能机构接洽获得客观建议和分析,以便考虑建设核电站满足本国需求。如果合适,将有助于建立核电站的工程准备和规划。
关键问题:安全和与废物处置
在禁止利用核能发电和采取逐步放弃使用核能发电政策的国家,他们在主要关注的问题中列举了核安全问题和核废料处理问题。反对核能发电的组织经常基于核能安全管理和废料管理的问题来反对发放核能发电的许可证。怎样处理公众对安全和废料问题的认知将会严重影响核能利用的前景。
1、提高核能发电的安全
尽管在过去的几年里在提高核安全操作方面已经取得了切实的成绩,但是仍然有许多地方需要继续关注。由于核能发电技术继续扩展而且越来越多的国家发展核电站设计,由此带来诸多后果更突出了下列问题的重要性:可靠的质量;管理经验,共享的知识;使用的普遍性,国际间可接受的安全标准;平衡安全与保安的需要,在监管机构之间增强合作,分享经验;采用新的核能纲要,使得国际厂商和承包商的实践经验适应各个国家多样的文化。
已报道的安全事故分析表明,监管机构和运营组织都需要增强操作实践。许多牵涉到长期运行的核设备的问题——如设备老化问题需要进一步的关注。对于解决这些问题的良好方法,国际原子能机构将继续努力以达成国际性一致意见。最后,IAEA派遣了大量的专家团来改进核电站的设计和运行工作。每个拥有核发电计划的国家都接受过国际原子能机构的服务,这些服务包括设计安全评议、操作安全评估,以及提高现代化安全测试工具的使用技巧的主动性。尤其需要强调的是大功率压力管式石墨反应堆(典型的切尔诺贝利反应堆)。这种设计的反应堆在俄罗斯有15座,立陶宛有2座仍在运行。立陶宛的这两个反应堆计划分别在2005年和2009年关闭。由于国际原子能机构以及各成员国的努力所取得的进步,国际原子能机构的专家们认为由1986年切尔诺贝利事件所引发的直接安全担心已经得到充分的强调。
对核电站安全的全球性承诺的关键部分就是核安全公约。每次会议前,各国都要递交本国所有核设备的报告以及如何履行公约上的义务。提交的报告由公约的其它成员国评议,同时公开的争论,相互质询和批评。
在切尔诺贝利事件之后,国际原子能机构又特别成立了国际核安全咨询小组,该组织包括来自全世界享有声誉的安全专家们,他们负责向国际原子能机构提供关于如何最好履行其安全职能的建议。该组织已提交了重要的建议文档,包含的课题从基本安全法则、操作安全的管理到加强安全文明。这些文档特别强调了在安全担忧和知识方面与公众和媒体的沟通。
核安组织的常务副指导Tomihiro Taniguchi说:“最低限度是拥有广泛的国际共识和义务的原则,即核电站的运行首先而且最重要的就是注意安全。”
2、乏燃料及高放射性核废料的处理
来自核电站的核废料具有很高的放射性。尽管核废料数量很少——全球441家核电站每年产生的核废料只需面积为足球场大小,深度为1.5米的体积就可容纳,但需要安全的保存上万年。目前的核废料主要是在当地核电站存放。从长远来看,科学与技术组织普遍认为高放射性核废料和乏燃料可通过深埋于适当的岩石、盐或粘土层并使用天然及人工的屏障来隔离核废料来安全进行处理。芬兰、瑞典和美国在这方面已经取得了巨大的进展。芬兰政府和议会原则上批准了一项决议,即在Olkiluoto附近建造核废料的最终掩埋地。建设于2011年开始,2020年投入运行。瑞典已经开始对两个候选地进行详细的地质考察,希望在2007年左右提出最终埋藏核废料地点的建议。2002年,美国总统和国会决定使用内华达的丝兰山脉作为埋藏地点,并于2010年开始投入运行。然而,全球许多国家对于发展乏燃料及高放射性核废料的掩埋地还没有太大进展,这个问题的解决很可能是影响核能未来发展的关键因素。
国际上,国际原子能机构帮助其成员国提高核废料的管理水平及其处理方法,并积极地推动核废料处理方法研究的合作以及示范性工程。2003年,召开了关于乏废料和放射性废料管理安全的联合公约的第一次回顾性会议。这个联合公约是国际上唯一合法的约束条约。公约强调,只有几个国家对于处理核废料有严格的计划,除了其它事务外,公约敦促应尽早建立核废料处理的战略方法。这使得大家对于建设国际性核废料储藏所的可能性有了新的兴趣,一方面因为国内核废料掩埋地选择有限,另一方面源于一些新的提议,即通过国际间核燃料循环的重要步骤的控制(如铀浓缩和核废料的管理)来加强全球防止武器扩散组织的作用。国际原子能机构积极从事着核燃料循环过程多方监管的研究。
核能发电的革新
大部分新的核电站是建立在已被验证的系统上进行“改进”,它们在技术更先进并且规模上很经济。欧洲的重水反应堆设计就是改进的例子,芬兰TVO公司为其新的Olkiluoto-3核电站选用了这种反应堆。
国际原子能机构核能部常任代表YURI SOKOLOY说:“长远来看,创新性的设计,更短的建设周期及低成本将推动核电事业进入一个新的发展时代。” 约20个国际原子能机构的成员国正着力于发展新型的反应堆及核燃料循环设计。SOKOLY先生强调,要想成功,创新技术必须关注核安全、核增殖及核废料产生有关的问题,并且必须能够以可以竞争性价格发电。这就意味着更大程度上依赖于被动式安全系统,对核原料更好的控制,以及可降低建设周期和低运行成本的设计结构。国际原子能机构通过改进核反应堆与燃料循环项目一直在推广创新,同时与国内和国际的更新改造项目合作,如由美国发起的第四代国际论坛。
如果开发出氢燃料电池汽车,作为可更新性能源,未来将会更加需要核电。氢可以由水电解产生,也是核能、太阳能和风能的产物。使用这些能源作为交通运输的燃料(目前95%是由石油提供燃料)实质上就没有碳排放。目前有新的氢能研究计划正在开展,尤其在日本、中国、美国和欧洲。所有这些计划都另外附加了新型核能发电设计,这种设计可以无需先获得电流而直接产生氢。
丰富的铀矿资源
依照目前的市场行情和生产水平,利用现在的技术,已知的铀矿存储量能维持约50~65年。但是全部铀矿资源(有的存储量由于现在萃取技术的局限或缺乏市场吸引力而没有确切探明)至少是它的两倍。如果将来需要,开采和萃取技术的进步将会使这些铀矿资源获得利用。
另外,在磷酸盐矿和海水中含有大量的非传统资源。其中包括大量的稀铀,如果萃取技术进一步发展,它们可以为核能发电提供数千年的燃料。使用过的反应堆燃料仍然含有不少于98%的初始能量。目前全世界约三分之一的乏燃料经过再加工和再循环来获得一些剩余的能量。而增殖反应堆能够把全部剩余能量提取出来,这就意味着已知的可利用铀矿资源增长了60倍。
Mr. Sokolov说,“把所有因素考虑进去,可以肯定,21世纪没有什么能够限制核能发电的发展,并且在今后很长一段时间内很可能也是如此。”
可持续发展:同意彼此意见不同
2002年可持续发展世界首脑会议的成果之一就是,所有国家都同意“核能使用的选择由各国自行决定”,但是各国承认关于核能在可持续发展中的作用有意见分歧。有些国家认为这两者根本互不相容。有的国家则把核能看为可持续发展战略的关键因素。
核能利用的反对者强调一直没有有效处理高放射性核废料的处理装置。他们认为核能利用给核武器的扩散带来了让人无法接受高风险,反对者用目前引起争议的事件作为例子,即某些国家的核能工程仅仅只是局限在和平用途,还是用于发展核武器。而且,他们认为核能发电不够安全,这使其不能成为可持续发展的组成部分。
核能发电的拥护者主张为后代扩大能源的选择范围。他们强调指出,扩大一切供给能源能让世界上三分之一没有电的人们用上电。拥护者承认,对于农村的穷人来说最好给他们提供离线型可再生能源。但是对于城市的穷人和正在扩展中的大都市来说,这些都需要大型的集中式供电来满足大都市的需求,而核能发电正适合这一角色。拥护者强调,核能发电减少了有害的气体污染和固体废物,而且不会排放出温室气体。拥护者还指出如果把环境成本和公共卫生成本计入电价的话,那么核能发电是优于其它技术的。
核能民用的50年
50年前,即1954年6月26日下午5点30分,在前苏联莫斯科附近的Obninsk镇,世界第一座核电站首次连接到电网为当地居民和工业供电。从此,核能技术应用分成军用和民用两大部分。
1939年,科学家首次揭示了核裂变现象。1942年,作为二战时期美国曼哈顿工程的一部分,核裂变链式反应在美国芝加哥实现。1945年,美国在新墨西哥州的Alamagordo进行了全世界第一次核武器试验。1951年12月,美国在爱达荷国家反应堆试验中心使用实验增殖反应堆(EBR I)第一次产生了电流,EBR I的电功率为100kW,足够满足这座小反应堆中的设备用电需要。1954年开始运行的Obninsk反应堆的电功率为5MW,可以实现2000户现代家庭的电力需求。目前,典型的核电机组电功率为1000MW,相当于40万现代家庭的用电需求。
核能发电在二十世纪70年代至80年代早期发展迅速。从1970年至1975年,核电装机容量每年以30%的速度增长,同最近的风能发展速度一样快(1998-2001)。截止到1987年,世界核发电量占到全球总发电量的16%。
核能发电在80年代后期发展缓慢,制约核电发展的因素很多,包括环境保护者的反对、高利率、1973年和1979年石油震荡引起的能源消耗下降,以及受到1979年美国三里岛和1986年前苏联切尔诺贝利两起核事故的影响。三里岛核事故是核能民用的第一次重大核事故,虽然没有对公众和环境的产生放射性影响,但是增强了公众对核能发电的反对,同时巨大的经济损失打击了新核电项目的投资。切尔诺贝利核事故比三里导事故严重的多。这起事故进一步增加了社会对核能发电的反对,也使得前苏联停止了进一步扩大核电发展。核能发电的世界发展速度就降低到同其它综合电力使用速度一样的地步。这样1987年以后的17年间核电比重就平稳保持在16%左右。(古新萍编译)
责任编辑:古新萍