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        學術探究
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        福島六年祭:我們還需要核電嗎?

        橡樹村   發表于  2017-03-11 13:11 轉自果殼網

        今天距離日本福島第一核電站事故已經六年。這次與前蘇聯切爾諾貝利核電站事故同列為7級的核事故的發生對核電工業影響深遠,改變了不少人對核電安全性的看法。反核電風潮一時間風靡全球,從2007年開始的世界新一輪核電建設高潮又陷入了低谷。德國索性宣布提前棄核,不僅當年就停掉了17個反應堆中的8個,還宣布在2022年停掉境內所有的核電設施。

        然而六年過去,德國的應對似乎成為了例外。經歷了福島核事故后的低谷后,新建核電項目數量已經重新開始增加。目前全世界有15個國家的60個新建核電項目正在建設中,此外計劃中的核電項目已經超過160個,正在認真研究的項目更是多達300多個,目前運行的核電站也有很多擴容項目。

         運行中的日本伊方核電站。圖片來源:wikimedia

        震后世界的核電面貌

        眼下,核電仍然是世界范圍內電力的重要來源,全世界有31個國家和地區擁有核電站,總裝機能力達到385GW,年總發電量超過2.4萬億度,占世界總發電量的11%。目前核電主要集中在美國、法國、俄羅斯、中國和韓國,除中國之外,核電在這些國家都貢獻一成以上的電力,其中核電站到法國發電量的七成多。甚至已經啟動了棄核計劃的德國,2015年核電仍然貢獻了14%的電力[1]。

        至于日本,雖然震后民間棄核聲音可以理解地在各國中最強,但各反應堆的先后停車主要原因還是出于技術問題——一些是在地震中停車,需要定損和改造才能符合標準;另一些則是到期維護和安全改裝。真正因為民意而停車的并不多。而且,六年過去, 42個仍然可以運行的核電機組已經有4個成功重啟(3個目前運行中),9個機組可能在今年恢復發電,另外有12個正在申請重啟過程中。震前正在籌備和建設的6個機組,位于福島縣的3個建設中止,但另外3個未受影響。即使經歷了福島核事故,日本也并沒有放棄核電,只是下調了預期的核電的占比。

        很顯然,除了個別國家之外,世界并沒有放棄核電。世界上的電力消耗大國大多仍然視核電為未來的一個重要能源——特別是,福島核事故之后,日本人直接感受到了沒有核電所帶來的問題。

        核電比例降低的代價

        關掉大部分核電的2012年,日本每度電的碳排就達到487克,遠高于2011年3月的每度電350克的水平,2013年的日本總碳排更是超出1990年碳排水平的10.8%,持續二十多年的碳減排努力化為泡影[2]。大量化石能源的進口也給日本帶來不小的財政問題,2013年底,日本因為停止核電導致349億美元的財富外流,日本家庭平均能源支出則增加近14%。這樣的背景下,安倍政府成為重啟核電的支持者就很可以理解了。

        震前日本的發電比例。核電多年來始終占據著重要位置。圖片來源:EIA

        而加速棄核計劃的德國,不僅仍然需要時不時地從法國進口核電,演示了一例國際上的鄰避效應,而且也加大了化石能源的比例。實際上德國核電減少空出來的電力缺口超過八成由化石能源填補,使得正在進行中的發電減碳排計劃倒退。雖然這兩個國家都加大了新能源項目的建設力度,但是很顯然兩個國家的經歷都表明能夠可靠替代核電的仍然只有火電。

        實際上這也不是第一次核電從危機中恢復起來。1979年美國的三哩島核事故以及1986年前蘇聯的切爾諾貝利核事故之后,核電都曾陷入低谷。但是由于對于空氣質量和氣候變化問題的關注,核電這一清潔能源形式始終維持著吸引力。福島核事故之后,國際上僅用的三四年的時間就重新恢復了對新建核電項目的興趣,實際上這耽誤的幾年也大多是為了根據福島事故的經驗補充更加安全的設計,多數原計劃的項目仍然保留。在多數能源消耗大國眼中,核電仍然是清潔能源的一個重要選擇。

        為何核電難以被其他能源替代?

        核電很清潔,特別是與火電比較優勢非常大。有很多研究表明[3][4],即使使用清潔煤炭發電技術,核電仍然是更加環保的一個選擇。目前很多人關注的溫室氣體排放方面,幾乎零碳排的核電遙遙領先火電自不用說,在放射性物質排放方面核電也優于燃煤電廠。煤炭里面含有一定的放射性物質,這些放射性物質有一定比例未經過任何處理就排放在大氣里面。美國的研究表明[5],一個一百萬千瓦的燃煤電廠,廠區所在地的輻射是核電站廠區的一百倍;距離八十公里之外比較,燃煤電廠的輻射程度也超過核電站三十多倍。而且,火電站排放的二氧化硫、氮氧化物、顆粒物等等都是霧霾的元兇,對空氣質量會造成很大影響。核電站就完全沒有這些問題。

        而與其他清潔能源相比,核電的電力供應穩定可靠,這一優勢更加關鍵。

        誠然,新能源里的太陽能光伏發電和風電,本身的碳足跡也很低,全周期的污染物排放也非常少,但是發電能力完全是靠天吃飯,氣候條件適合的時候就能多發,氣候條件不合適的時候發電量就少甚至不能發電。對氣候條件的依賴,使得光伏發電和風電完全無法與用電需求相對應,這就限制了這些能源在電網中所占的比例;甚至為了應付極端天氣情況,電網仍然需要保留足夠的常規發電能力來彌補光伏發電和風電可能造成的不足。

        因此,新能源占大比例的區域,往往需要有相當的常規能源與之配套,承擔調節的任務。水電可以起到調節作用,但是完全使用水電進行調峰極為困難。雖說發電與用電錯峰的問題在技術上可以用儲能技術來解決,但是大規模的儲能技術目前只有抽水蓄能可行,而抽水蓄能對地理條件要求相當苛刻。其他的電池等儲能技術在大規模應用上仍然不具有可行性。使用火電調節也很常見,但這樣的調節意味著強迫火電長期在低負荷狀態下運行,其基礎上的光伏發電和風電的廉價,都是以更低效更昂貴的火電為代價的。

        核電本身可調節性不佳,調節周期比較長,只有法國由于核電比例很高也發展了按需發電的核電技術,其他國家核電并不承擔調峰任務。但是核電自身可靠性高,能夠為基地負荷持續貢獻電力。這一特點是光伏發電和風電無法替代的。

        新能源里面也有技術擁有基底供電的潛力,那就是太陽能集熱發電,或者叫光熱發電。光熱發電是通過大量的鏡片反射太陽光,把熱量集中起來加熱傳熱介質,然后把高溫的介質進行存儲,在需要的時候加熱水蒸汽推動蒸汽輪機發電。最近幾年光熱發電技術發展也很快,世界范圍內有很多新建的示范項目,特別是中國近期有很大規模的商業示范,相關技術已經趨近成熟。不過光熱發電的成本仍然偏高,是新能源里面比較貴的一種,而且需要存儲的時間越長,成本也就越高。目前的光熱發電項目實際上主要是對白天和前半夜的用電高峰進行補充,通過享受偏高的上網電價提高項目的經濟可行性,完全將光熱用于基底供電的成本還是太高。

        此外,太陽能利用都需要一定的氣候環境,也需要很大的面積,所以很多光熱項目都是在干旱的沙漠地區建造的,偏離人口稠密的地區,這又有一個可能距離市場太遠的問題。雖然目前有研究認為光熱可能成為替代核電進行基底供電的一個選擇,在日照資源非常好的地區甚至在經濟上具有競爭性,但是至少在短期內還無法實現。

        因此,以電網的需求而言,要放棄核電,除了改回火電之外還沒有其他可行選擇。日本和德國的實踐都很清楚的表明,火電是唯一可靠的核電替代者。

        核電依然比火電和水電更加安全

        然而,作為基底負荷,核電不但遠比火電清潔,甚至比火電更加安全——即使計入了歷史上全部三次重大核事故,也是如此。1982年,美國全年燃煤造成的放射性物質排放,是美國三哩島核事故釋放的放射性物質的155倍[6]。世界核能組織估算,比較各種能源形式所造成的傷亡,考慮原料開采、運輸、轉化、廢料處理等各個過程的整個生命周期,1970年至1992年間,每太瓦年(8.76萬億度)發電量的死亡人數,水電是885人,燃煤是342人,天然氣85人,核電8人——該數字計入了這期間的切爾諾貝利事件以及三哩島事件[7]。福島核事故雖然吸引了全世界關注,但并未直接導致任何人的死亡,預期的癌癥發病率對于新生兒也僅提高了1%。在采取了正確的應對措施之后,福島核事故造成的健康危害非常有限。

        2011年3月20日無人機航拍的海嘯后的福島第一核電站,從右至左分別是第1、2、3、4機組。冒出的白煙是水蒸氣。圖片來源:Air Photo Service Co. Ltd., Japan

        福島事故發生于災難性的2011年日本大地震的背景下,這場9.0級地震掀起了最高達40.5米的海嘯,造成15894人死亡,6152人受傷,2562人失蹤,228863人流離失所,127290幢建筑完全垮塌。然而即便是在震后日本政府和東電的種種應對不力之下,福島核事故依然沒有造成任何直接傷亡;反而是對核物質的恐懼、各種謠言與不負責任的報道帶來了更大的影響。受福島核事故影響最大的日本已經開始了核電的重啟計劃,一些核電站所在地的居民甚至主動要求重啟核電站,日本旅游價格也毫不下降,都能說明即使在日本,多數民眾對核電的危險并不擔心。所有的決策都有風險,雖然竭盡全力回避某一風險看起來是謹慎和安全的,但是極力夸大較小的風險,將意味著把自己置入替代方案的更大風險和代價之中。



        作者:橡樹村
        鏈接:http://www.guokr.com/article/442050/
        來源:果殼
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