核能发电的优点及世界核电发展动向_史永谦

收稿日期:2006-10-12作者简介:史永谦(1940-),男,河南获嘉人,研究员,从事反应堆物理,核临界安全及洁净核能研究。

核能发电的优点及世界核电发展动向史永谦(中国原子能科学研究院,北京102413)摘　要:首先介绍了核电在资源、环境和经济性方面的情况,指出核电用的核燃料在地壳和海洋中的储藏量在相当长的时间内不会因为一定规模的核动力应用而出现资源紧张的状况;核电是各种能源中温室气体排放量最小的发电方式,核电与其他发电方式在经济方面具有可比性。

然后介绍了世界各国和我国核电的发展趋势,最后提出面对发展核电的大好局面应注意的问题。

关键词:核电;核燃料;环境保护;核电发展趋势中图分类号:TM 623 文献标识码:A 文章编号:1004-3950(2007)01-0001-06B enefits of nuclear po w er generati on and status of worl dnuclear po wer develop mentS H I Y ong -qi an(Ch i na Instit u te A to m ic Ene rgy ,Beijing 102413,China )Ab strac t :The paper g ives t he st a t us o f nuc l ea r pow er abou t nuc l ear fuel resource ,environ m en t a l protec tion and gene ra -tion econo m y ,w hich is t o say ,nuclear fue l re sou rce is abundan t for nuc l ea r pow er .The e m issi on of CO 2,which leads to green house e ffect ,is m ini m u m in a ll t ype s o f g enerati on and the gene ra tion is compe titi ve w it h o t he rs i n electric price .Then nuc l ea r pow er develop ment t endency i n t he w or l d is a lso pre sen t ed and som e prob l em s t ha t s houl d be paid att enti on t o in t he period o f deve l oping nuc l ea r pow er are g iven .K ey word s :nuc l ea r pow er ;nuc l ea r f ue l re source ;env iron m enta l protec tion ;nuc lear po w e r deve l op m ent t endency0　引　言随着世界人口的持续增长及发展中国家人民生活水平的逐步提高,化石燃料的消耗将会加快,加强可再生能源的利用得到强烈响应,风能、太阳能、水能及生物质能等越来越受重视。

但这些能源或多或少尚有问题,如风能、太阳能的持续供电问题,水能及生物质能的资源有限问题等,因此核能理所当然地为人们所重视。

目前,世界核电的供应已达到总电力供应的16%。

有不少国家核电已占总供电量的1/3;全球正在运行的反应堆核电站为441座,正在建设的反应堆核电站为107座,总装机容量为351.2GW ,反应堆运行史为8800堆年。

在今后5年内,加拿大、中国、印度、伊郎、巴基斯坦、俄罗斯、南非以及欧共体的一些国家将建设和更新近20座核电站,美国和英国政府在2007年之前有可能接到15座反应堆的订单。

20世纪,核能首先是应用在作为武器的军事方面,后来才作为一种新能源用于民用核动力工业,从而开辟了发展能源工业的一条新路,改变了全球燃料资源有限的状况,改善了化石燃料燃烧时所造成的环境污染。

核电作为清洁能源目前已被世界大多数人们所认识。

核电厂本身既不排放SO 2,NO x 和烟尘,也不排放形成温室效应的CO 2等气体,只要能确保安全运行,核电站对环境的影响是极小的,排放到环境的反射性气体在严格的监督和控制之下,周围的居民由此受到的辐射剂量小于来自天然本底的1%。

核能在经过了1979年美国三哩岛核电站2号机组发生严重事故和1986年苏联切尔诺贝利核电站4号机组发生严重事故的低潮后,现在又迎来核电建设的新高潮,这正是体现了人们生活在一个理性的、开放的、公平的世界中。

1　核能发电的优点各种能源技术的发展和它们在世界能源领域的地位主要由燃料资源及其对环境的影响所决定,但根据其经济效果,一些能源的可接受性也会受到影响。

下面就燃料资源、环境影响和经济性对核能进行初步分析。

1.1　核能资源核能包括重核的裂变能和轻核的聚变能。

目前已经商用化的裂变能是热中子反应堆,将要实现商用化的是快中子反应堆。

将来聚变能一旦实现商用化,那将为人类提供无穷无尽的洁净的核能。

裂变能的核燃料在地壳和海洋中的储藏量,即使比较保守的估计,在相当长的时间内不会因为一定规模的核动力应用而出现资源紧张的状况。

世界已勘探的开采成本低于130美元/kg的铀资源为3.95×106t,低于80美元/kg的铀资源为3.00×106t,低于40美元/kg的铀资源为1.25×106t。

目前开采的均为20～40美元/kg低生产成本铀[1]。

现在地球上还有很大部分地区未经勘探,其铀资源可望扩大上述估计量的4～5倍。

而低品位的铀矿储量则要提高几个量级。

按20世纪末的核电发展速度,可供轻水堆75a或快中子增殖堆5000a需用。

总之,如果为了减少温室气体排放而大规模地利用核能发电,即使是应用当前的燃料循环工艺,铀资源也不会成为一个限制因素,何况还有丰富的钍资源。

1.2　环境影响核电是各种能源中温室气体排放量最小的发电方式。

国际原子能机构(I A EA)1998年公布的从1992年会同其他8个国际组织一起进行的各种发电能源比较研究项目,对于不同能源作了包括发电厂上游和下游在内的能源链的温室气体排放量估计,核电的CO2当量排放量只有现行化石燃料发电的1/100～1/40。

图1给出了该研究项目各种类型能源温室气体排放量的估计[2]。

核能温室气体排放源大部分来自于核燃料-铀的提取、加工、富集过程以及建筑材料钢和水泥生产过程而消耗的化石燃料。

从图中可看出,核电温室气体排放量甚至小于水电、风力或生物质能。

这是因为水电站除了水库中腐烂植物分解产生的C H4外,水坝所用大量建筑材料的生产也会造成很大的CO2排放量;而风力和太阳能发电的分散性要求使用大量的建筑材料,为弥补其间歇性所需要的备用电厂将导致产生附加的CO2排放量;生物质能如果不是利用稻草、路边草、锯末等副产品,而需要另行栽培植物,则肥料生产和作物收割均引起可观的温室气体排放量。

图1　整个能源链的温室气体排放比较1.3　核电的经济性发电的成本由三部分组成,即投资费、燃料费和运行费,它们在核电、煤电和气电中各不相同,表1给出了几种发电成本的比较。

可以看出核电的投资费比重(约60%)几乎等于煤电的燃料费比重,而核电的燃料费比重(25%)则等于或小于煤电的投资费比重。

这就意味着,投产后核电厂的发电成本受燃料价格波动影响远小于煤电厂,而天然气发电成本受燃料价格波动影响最大。

根据OECD/N E A-I EA估计核电厂基础价(一般指在项目可行性研究阶段作经济分析时测算的基建投资,未计入物价上涨因素和建造期间利息。

这里按1996年7月1日美元汇率计)约为1500～2200美元/k W,煤电厂为1100～1350美元/k W,气电厂为600～800美元/k W。

当然各国由于劳动工资、材料和设备价格、管理体制、基础设施、厂址条件的差异等会有一定的差别,这里只是一个参考。

为了减少核电厂基础价,核电工作者采取一厂建设多套装置,可节省前期工程费和公用设施费,采用标准化、系列化和国产化等措施,可减少投资15%～20%。

需要指出的是估计核电厂基础价时不包括“外部成本”,即不由电力公司承担的环境与健康损害代价,它是伴随能源利用的人与自然生态系统、人类环境影响的社会费用,由于不反映市场价格,所以称为外部成本(外部代价,外部性)。

例如由于酸雨气体排放造成的农产品歉收、由于污染物排放造成的居民额外医疗费用等等。

而核电的很多环境损害代价已内部化,即包括在核电成本以内。

表1　标准化发电成本的组成1)%核电站煤电站气电站投资费43～7023～4513～33燃料费13～3035～6553～84运行维修费17～316～283～19合计100100100 注:1)在5%贴现率的条件下。

而欧洲委员会2003年9月3日发表的《外部成本:关于电力和输电对社会环境损害的调查结果》中指出:以外部成本进行比较时,欧盟15个成员国中核电在基本负载中社会环境(外部)成本最低,当然英国和德国的风力发电除外。

在德国1k W h电量的外部成本分别是:核电0.22欧分,风力发电0.06欧分,天然气发电1.1～2.2欧分,生物质发电3.4欧分,煤炭及褐煤发电3.4～6.7欧分,石油发电5.6～9.0欧分。

而法国和比利时为无风力发电的国家,核电的外部成本最低。

值得一提的是,在考虑经济性时,目前各国对化石能和核能的政策是不公平的。

对于核电,多数国家的电费中已包括了核燃料的储藏、处理和最终处置核废物的费用。

而对于化石能源,这些国家的政府却允许废物自由排放到环境中。

在考虑经济性时,另一个值得注意的是所谓的“碳值”(Ca r bon V alue)问题。

碳值就是指排放CO2应付出的代价或不排放CO2所具有的价值。

世界能源机构报告表明,当“碳值”为20美元/t 时,利用煤炭、重油和天然气发电的综合成本将分别增加36%、12%和11%。

2　国际核能发展动向2005年3月21-22日在法国巴黎召开世界核能部长级会议,会议组织者是国际原子能机构(I A EA)和经济合作与发展组织,有29个国家的负责能源和原材料的部长、74个国家的代表团和10个国际组织的成员代表参加。

法国工业部部长德维让在致开幕词时说:“由于安全、可靠和良好的公众认知,核能将在未来世界能源中扮演持续角色。

”与会代表一致认为世界必然将面对能源的快速增长、能源供应不平衡、成本的暴涨、将来石油和天然气的枯竭和气候变化等问题,并一致认为21世纪核能的增长是必然的。

与会者还认为虽然核电不是解决能源短缺和气候变暖的唯一方式,但它是清洁的、成本具有竞争力、能够满足工业需求并可24h连续供电。