核能開發利用現狀及對環境的污染
唐 浩
【關鍵詞】：能源危機 核能發展 開發利用現狀 核電 環境污染
【摘要】：面對日益加劇的能源危機以及化石能源的利用產生的溫室效應、環境污染等問題，世界各國都對能源的發展決策給予極大重視。核能是一種清潔、安全、技術成熟的能源，開發利用核能成為能源危機下人類做出的理性選擇。本文著重闡述了核能的發展歷程、核能的開發利用現狀以及核能的開發利用對環境造成的影響，分析了核能、核電相對于傳統能源的明顯優勢，指出了大力開發利用核能、發展核電是實現人類社會和經濟可持續發展的必然選擇，清潔、高效的核能有著廣闊的發展前景。
能源是人類社會和經濟發展的保障性資源，同時能源問題也是世界性的問題。目前人類所使用的能源主要是化石能源，自19世紀70年年代產業革命以來，化石燃料的消費量急劇保持增長，90%以上的世界經濟活動所需的能源都依靠化石能源提供，由于大量消耗，這類資源正趨于枯竭；同時化石燃料的大規模利用也帶來了嚴重的環境污染，導致了溫室效應和全球氣候變暖等一系列環境問題。能源危機與環境危機日益緊迫，尋找新的清潔、安全、高效的能源是人類所面臨的共同任務。
現代社會中，除了煤炭、石油、天然氣、水力資源外，還有許多可利用的能源，如風能、太陽能、潮汐能、地熱能等等，但是由于技術問題和開發成本等因素，這些能源很難在近期內實現大規模的工業生產和利用；而核能是一種經濟、安全、可靠、清潔的能源，同各種化石能源相比起來，核能對環境和人類健康的危害更小，這些明顯的優勢使核能成為新世紀可以大規模使用的安全和經濟的工業能源。從20世紀50年代以來，前蘇聯、美國、法國、德國、日本等發達國家建造了大量的核電站， 由于核電具有巨大的發展潛能和廣闊的利用前景，和平發展利用核能將成為未來較長一段時期內能源產業的發展方向。
1 能源危機與發展核能的必然性
由于人類對化石能源的大規模開發利用，可供開采的化石能源日益衰竭，在世界一次能源供應中約占87.7% , 其中石油占37.3%、煤炭占26.5%、天然氣占23.9%。非化石能源和可再生能源雖然發展迅猛、增長很快, 但仍保持較低的比例, 約為12.3%。根據《2004年BP 世界能源統計》, 截止到2003年底, 全世界剩余石油探明可采儲量為1565.8億噸, 2003年世界石油產量為36.79億噸, 即可供開采年限大約42 年。煤炭剩余可采儲量為9844.5 億噸, 可供192 年，天然氣剩余可采儲量為175.78 萬億立方米, 可供67 年?；剂显谑褂眠^程中也造成了嚴重的環境污染，溫室效應、酸雨和全球氣候變暖等全球性的環境問題不斷加劇，資源危機和環境危機使人類文明的可持續發展受到制約和挑戰。
在已知的可再生新能源中，由于技術上的困難和經濟性等因素，已開發的太陽能、風能、沼氣等均未能大規模利用，只有水電資源已大規模開發利用，盡管尚可繼續開發，但僅靠水電資源難以滿足經濟和社會發展的需求，由此看來 ，要使可再生能源達到全面應用并足以支持經濟持續發展的水平，還需要相當一段進一步開發的時期。由于新的可再生清潔能源目前面臨技術和成本的問題，只有核能是一種既清潔、又安全可靠且經濟上具競爭力的最現實的替代能源。
根據國際原子能機構的一位專家發表的報告，一座裝機容量為100萬KW 的燃煤電廠，每年要耗煤250萬噸，所排放的廢物有：二氧化碳650萬噸（含碳200萬噸），二氧化硫1.7萬噸，氮氧化物4000噸，煤灰28萬噸（其中含有毒重金屬約400噸）。而同樣規模的一座壓水堆核電站，每年才消耗低濃鈾25噸（相當于天然鈾150噸），所排放的廢物為：經處理固化的高放廢物9噸（體積約3立方米），將被存放于地下深層與環境隔絕的巖井中，另有中放廢物200噸、低放廢物400噸。核電廠不排放二氧化碳、二氧化硫或氮氧化物，且1kgU-235裂變產生的能量相當于200噸標準煤。據有關報告顯示，現在世界每年因燃燒化石燃料所排放的二氧化碳已達55億噸（以碳計）之多，而截止1993年的統計，由于使用核能發電已使世界二氧化碳的排放減少了8%。所以在未來相當一段時期內，發展利用核能將成為21世紀人類應對能源危機和實現經濟可持續發展的必然選擇。
2 核能的發展歷程與開發利用現狀
2.1 核能發展的簡單歷程
人類對核能的現實利用始于戰爭。核能的戰爭用途在于通過原子彈的巨大威力損壞敵方人員和物資, 達到制勝或結束戰爭的目的, 目前人類對核能的開發利用主要是發展核電, 相對與其他能源, 核能具有明顯的優勢。核電站的開發與建設開始于20世紀50年代，1954年，前蘇聯建成電功率為5000kW 的實驗性核電站；1957年，美國建成電功率為9萬kW 的希平港原型核電站；這些成就證明了利用核能發電的技術可行性。國際上把上述實驗性和原型核電機組稱為第一代核電機組。
20世紀60年代后期以來，在試驗性和原型核電機組基礎上，陸續建成電功率在30萬kW 以上的壓水堆、沸水堆、重水堆等核電機組，它們在進一步證明核能發電技術可行性的同時，使核電的經濟性也得以證明：可與火電、水電相競爭。20世紀70年代，因石油漲價引發的能源危機促進了核電的發展，目前世界上商業運行的四百多座核電機組大部分是在這段時期建成的，稱為第二代核電機組。
第三代核電設計開始于20世紀80年代， 第三代核電站按照URD或EUR 文件或IAEA 推薦的新的安全法規設計，但其核電機組的能源轉換系統（將核能轉換為電能的系統）仍大量采用了第二代的成熟技術，預計一般能在2010年前進行商用建造。從核電發達國家的動向來看，第三代核電是當今國際上核電發展的主流。
與此同時，為了從更長遠的核能的可持續性發展著想，以美國為首的一些工業發達國家已經聯合起來組成“第四代國際核能論壇”（GIF），進行第四代核能利用系統的研究和開發。第四代是指安全性和經濟性都更加優越，廢物量極少，無需廠外應急，并具有防核擴散能力的核能利用系統，其目標是到2030 年后能進行商用建造。
2.2 世界核能的利用現狀與核電的發展
1954年前蘇聯世界建成第一座發電功率為5000KW 的試驗性核電站, 美國則在1957年12月建成了發電功率達90000KW的希平港壓水堆核電站。20世紀60年代到70年代, 是世界各國經濟快速發展時期, 電力需求也以十年翻一番的速度迅速增長, 此時, 核電的安全性和經濟性得到驗證, 相對于常規發電系統的優越性鮮明地顯現出來, 給核電發展提供了一個廣闊的市場。核電迅速實現了標準化、批量化的建設和發展。
國際原子能機構公布的一份報告顯示, 立陶宛核能發電在全國發電總量中所占的比重接近80%, 這一比重在世界上是最高的。在世界主要工業大國中, 法國核電的比例高, 核電占國家總發電量的78%, 位居世界第二, 日本的核電比例為40%, 德國為33% , 韓國為30% , 美國為22% , 而我國僅為2%右, 發展空間很大。
由于三里島核電站事故尤其切爾諾貝利核電站事故, 核能在上世紀90年代發展速度明顯放緩, 核恐懼和高成本使得核能利用較高的發達國家重新審視核電的利弊, 美國90年代一直致力于核電站的維護而不是新建; 在歐洲, 許多國家也在討論如何迅速關閉其核電廠。但進入新世紀核電又受到世界各國的重視，出現了較快的發展勢頭。截至2007年12月, 全世界正在運行中的反應堆有439座, 相比2002年的444座微量下降, 但發電能力穩步上升, 總發電量達到37117GW , 全世界核電供應已經達到總供電量的16%, 許多國家達到總供電量的1/3。
隨著國際能源價格的進一步飆升, 2000年以來發達國家正在轉變其原有的核電發展態度, 調整原有的核電發展計劃。美國2005年通過能源政策法, 聯邦政府開始積極鼓勵建設新的反應堆。英國政府在2008年2月宣布將投巨資發展核電,在2020年以前, 新建反應堆6個, 使英國的電力供應提高18%。據國際原子能機構預測, 到2030年, 全球核電所占份額將增加到27%。正在崛起的發展中國家能源需求旺盛, 其核能增長最快, 1999到2020年間將增長417% , 尤其是發展中的亞洲, 據世界原子能機構的統計, 未來65座正在興建或正在立項的核電站中, 2/3分布在亞洲各國。中國目前運行核電機組11個,核電比例為119 % , 核電裝機容量900萬千瓦, 計劃到2020年提高到4000萬千瓦。印度運行核電機組17個, 核電比例為216% , 計劃到2020年增加20至30個新核電機組，所以目前核電的擴展以及近期和遠期的發展前景仍集中在亞洲，亞洲地區尤其是發展中國家發展核電的勢頭強勁。
2.3我國能源的利用特點與核能的開發利用現狀
3 核能的利用對環境造成的影響
雖然核能具有來源豐富、安全、清潔、高效等明顯的優點，但是核能仍然可能對環境造成嚴重的污染，對人類社會和經濟的可持續發展造成重大損害。核能的利用對環境造成的污染主要是放射性污染。核能利用上的任何疏忽、無知、差錯，其結果并不亞于爆發一場小型核戰爭，有時甚至遺患無窮，給人類的生活乃至生存，投下可怕的陰影。目前核陰云主要來自核廢料的嚴重污染，使用核能所產生的核廢料會產生危險的輻射，并且影響會持續數千年。
到目前為止，全世界核能民用的歷史上僅發生過兩起重大核安全事故。1979年3月，美國三哩島核電站二號堆發生了一次嚴重的失水事故，幸好由于堆的事故冷卻緊急注水裝置和安全殼等設施發揮了作用，使排放到環境中的放射性物質含量極小，雖然并沒有造成大的人員傷亡但在經濟上卻造成了10到18億美元的損失，事故的危害尚在進一步觀測調查中。1984年4月，前蘇聯基輔附近的切爾諾貝利核電站發生事故，造成大量的發射性物質泄漏，30km范圍內的居民被迫撤離，歐洲不少國家也受到輕微的核污染，引起了強烈的國際反響。據報道，有31人死亡，203人受傷，135000人被疏散。
當前對環境造成污染的放射性核素大多來自核電站排放的廢物，核電可能產生的放射性廢物主要是放射性廢水、放射性廢棄和放射性固體廢物。1座100萬KW的核電站1年卸出的泛燃料約為25t，其中主要成分是少量未燃燒的鈾、核反應后的生成物钚等放射性核素，核廢料中的放射性元素經過一段時間后會衰變成非放射性元素。此外，還有鈾礦資源的開發問題，由于鈾礦資源的開發造成的廢棄、廢水、廢渣等污染也不可忽視，對鈾尾礦也必須進行妥善處理，如果處理不好，將會覆蓋農田、污染水體，甚至對自然和社會都造成嚴重影響。一旦發生核事故或核泄漏，對人類和環境造成的影響都是災難性的，只有加強核安全和輻射安全的管理，處理好放射性核廢料，合理科學地利用核能，才能保證核能安全的開發利用。
3 展望未來，4 核能有廣闊的發展前景
21 世紀初人類面臨發展的能源瓶頸, 傳統能源存量不足, 效率低, 污染大。目前“三足鼎立”的核能、水能、燃氣能中核能優勢明顯, 核電具有資源豐富、高效、清潔而安全的相對優勢, 水電資源的開發取決于長遠生態影響的評估和科學論證, 燃氣能受制于資源的存量, 其他可再生新型能源如風能、生物質能特別是太陽能由于成本高、效率低, 短期內難以成為能源供應主力, 因此, 未來2030 年核電將會迅速發展以緩解人類能源需求的燃眉之急。
21 世紀的能源格局是核能、水能、燃氣能“三足鼎立”, 核電的開發和利用給生態資源、環保護、社會生活以及經濟發展帶來巨大利益, 也對人類的安全和可持續發展形成潛在威脅, 從可持續發展的角度對核電開發和利用進行分析, 能更好地保護環境和促進人類利益。
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