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核能发电偏好轻水堆 |
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| http://cn.newmaker.com
4/26/2007 10:39:00 AM
佳工机电网
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核能发电始于20世纪50年代，70年代进入大发展阶段。今天，核能已成为主要工业国能源结构的重要组成部分，在世界能源格局多样化中占有重要地位。然而，自1979年美国三里岛事故、1986年苏联切尔诺贝利核电站灾难以来，许多国家中止了核电计划，使世界核电发展一度陷入前所未有的低谷。进入21世纪，由于石油、天然气和煤的成本不断攀升，全球能源供应日趋紧张；同时，使用化石燃料产生的温室气体，导致全球气温变暖，严重威胁人类生存的自然环境。而核电从获取的方式来说是最经济、最环保、最有保障的一种能源方式，是“后石油时代”能源供应的重要组成部分。全球最大的核电巨头阿海珐公司预测，在未来25年中，全球将兴建90座至300座1600兆瓦的反应堆，核电站建设将迎来新的高峰。
美欧引领全球核电复苏
2006年，美国北卡罗莱纳州的杜克电力公司宣布，将在南卡罗莱纳州选址建造一所新的核电站，这是自1973年以后30多年来首次新发核电营业执照。这意味着核能发电大国——美国开始重新关注核能发电的重要性。
一些欧洲国家也开始转变态度。芬兰似乎是欧洲第一个重新接纳核电的国家。2003年12月，芬兰决定邀请阿海珐集团为其建造一座压水堆核电站。法国政府决定在2015年到2020年以新一代的核电站代替目前的核电站。俄罗斯更是雄心勃勃，计划在2010年前兴建并投产23座核电站。捷克、匈牙利和波兰都希望在未来10年内建设新的核电站，目前正在寻找合作伙伴。英国正处于观望中：英国有27座老的核电站需要更新，同时其北海油田已接近枯竭，这迫使英国不得不重新考虑新的能源来源渠道。
在亚洲，世界原子能机构的统计显示，未来65座正在兴建或正在立项的核电站中，超过2/3都将分布在亚洲各国，总容量为2029．6万千瓦。印度目前有至少8台机组正在兴建中，这将使该国的核电装机容量从目前的250万千瓦达到2012年的760万千瓦，而印度的目标是在2020年使核电装机容量超过2000万千瓦。韩国已计划在整个电力生产结构中，将核能发电的比重由1995年的36．3％提高到2015年的46．3％。另外，泰国、印度尼西亚、菲律宾和马来西亚等都有发展核电的明确计划。
先进轻水堆仍是主力
经过半个世纪的发展，核电技术不断得到改进和完善，上世纪50年代和60年代建造的核电站属于第一代；70年代和80年代批量建设的核电站为第二代；90年代经过改善燃料技术、提高安全性的先进轻水堆属于第三代。为了进一步加强核电站的安全性，保持核电技术的竞争优势，目前对第四代反应堆的研发正在紧锣密鼓的进行中。但许多专家认为，在未来20年里，世界核电发展的堆型技术仍将是先进轻水堆，尤其是先进压水堆技术。因为这种堆型技术已经非常成熟，经过了多次验证和实验，是当代最具有竞争力的堆型。
通常所称的轻水堆是用普通水（轻水）为慢化剂和冷却剂的核反应堆，包括压水堆和沸水堆，如果不允许水在堆内沸腾，称为压水堆，如果允许水在堆内沸腾，则称为沸水堆。轻水堆中绝大部分是压水堆，因为水如果在堆内沸腾，将会产生一系列较复杂的问题。由于水的慢化能力及载热量能力都好，所以压水堆的结构紧凑，堆芯体积小，堆芯的功率密度大,因而体积相同时，压水堆功率较高；或者在相同功率下，压水堆比其它堆体积小。这是压水堆的主要优点，也是它的基建费用低、建设周期短的主要原因。
另外，从核燃料燃烧的方式来看，许多专家也认为，未来10年内开放式燃料系统将是核反应堆的主要类型。核反应堆的燃烧循环有两种，一种是开放式的，燃料铀在反应堆中一次性燃烧后，残余的放射性废料被运走处理。另外一种是把在第一次燃烧后的核废料中的放射性物质钚，通过化学方法提取出来，再转化成反应堆的燃料。这种方式称为封闭系统。比如，在法国广泛使用封闭式燃烧方式。这样的多次循环，几乎可以清除所有的放射性核素。这种方法的优点非常鲜明：获得同样的电能，却使用了少量的燃料，并对解决核废料的过程简化了。但这样的方式伴随着一系列技术和经济成本问题：对核废料的再加工比原始的铀成本要高；目前铀资源的含量，即使核电站的数量增加2倍也足够用50年；从长远来看，使用开放式系统比较环保，对核废料的再加工也具有一定的风险；从封闭系统中生产的钚，可用于研制核武器，存在核扩散的威胁。
降低成本 才能有利可图
尽管继续发展核电的现实性和紧迫性得到了社会的共识，但一些专家通过调查研究认为，根据现有核电运转的数据，目前新建核电站的成本将高于新建的燃煤和燃气电站。2003年美国马萨诸塞技术大学的一项调查发现，正在计划建设的轻水堆核电站生产每度电的成本为6．7美分；而同样的新燃煤电站生产每度电的成本是4．2美分，新的燃气电站每度电的成本是5．8美分。因此，降低核电建设的成本将是未来核电发展的重要一环。如果将核电建设中的消耗降低25％，生产每度电的成本将达到5．5美分；如果再将建设的时间从5年缩短到4年，还能降低0．4美分的成本。因此，能否降低核电生产成本理所当然的受到各国法律和政策的影响。
另外，专家认为，如果执行《京都议定书》中的二氧化碳可出售排放政策，经济上也有利于发展核电。因为这将使燃煤和燃气电站的成本大大提高。2006年初，欧洲市场上出售1吨一氧化碳的价格在100美元左右（二氧化碳27美元），现在虽然降低了一半，但仍具有吸引力。如果将这种政策改为税收，对于燃煤电站，排放1吨一氧化碳的税为50美元时，生产每度电的成本为5．4美分；如果税增加到200美元，每度电的成本将达9美分，燃气电站生产每度电的成本达7．9美分。燃煤和燃气电站如果要降低二氧化碳的排放，就得使用二氧化碳捕捉和封存技术（CCS），这也将大大增加生产成本。
核废料永久处理迫在眉睫
目前，大多数国家将核废料储存在安全的掩体中，这只是临时性的措施，还没有找到一个足够安全的、能够长期储存核废料和其他放射性物质的可靠系统。比较公认的是将核废料用储存器掩埋在地下几百米的深处。这样的思想基础是希望借助于特殊的储存器和自然变化来保证放射性物质不泄漏。尽管对这种方法的研究已经进行几十年了，理论上已经具有可靠性，但在实践上还难把握。比如，科研人员对在美国内华达沙漠的亚卡山淹没核废料的研究已经持续了20多年，但不久前发现，这里地下水的含量比以前预测的要大得多，从而对这里长期淹没核废料产生了怀疑。因此，目前还不清楚美国原子能委员会是否能批准在这里建核废料淹没基地。
值得高兴的是，世界第一个长期处理核废料的基地将出现在芬兰。芬兰人在奥尔基鲁奥托已经开始设计和建设地下淹没核废料基地。核废料将被装在一个巨大的容器中淹没在经过深度钻探的地下500米深处。盛装核废料的容器由内层具有高强度的钢容器和防止腐蚀的厚铜外层组成，最后再用黏土填充容器的四周，以防水流冲击。根据计划，从2020年起，芬兰的两座核反应堆废料将被运到这里淹没，到2130年该基地库将被填满，届时，整个基地也将被永久封闭。
在美国，所有商业核电站产生的废料暂时存放在联邦储藏库，等待着永久性的安全基地的建成。这种100年之内的阶段性储存方法将是未来长期处理核废料的重要组成部分，同时也给科研人员足够的时间来找到最终的解决方案。
另外，目前，全球在核废料处理上有着约定俗成的规定：那些像美国、俄罗斯、英国和法国提供核燃料的国家，向使用核燃料的国家出售燃料后，再从这些国家运回使用后的核废料处理。这种方式大大降低了核武器扩散威胁。因此，人们期待一种能够永久保存核废料的处理技术，该问题迟迟不能解决，必将影响核电的大力发展。
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