依靠技術創新，安全高效發展核電，治理霧霾源頭

周夢君 上海核工程研究設計院

我國大氣污染嚴重，化石能源利用是大氣污染的主要來源，特別是煤炭。在改善煤電燃料鏈環境影響、發展風電水電太陽能的同時，加快發展核電是加快霧霾源頭的徹底治理、減少我國環境污染和溫室氣體排放的現實有效途徑。

1 霧霾的成因及危害

霧霾已經對我們的生活構成了極大的威脅，給民眾健康帶來了嚴重影響。首先，霧霾中的PM2.5 威脅新生兒健康。其次，霧霾天氣是心血管疾病患者的“健康殺手”，霧霾天氣空氣中污染物多，這些粒子進入支氣管、肺部會危害人體健康，引起鼻炎、哮喘、支氣管炎，誘發肺癌或心血管病，導致心肌梗死等。最后，霧霾中的一些化合物在強烈的陽光紫外線照射下， 會產生光化學反應， 嚴重威脅人類生命。因此，根治霧霾已經成為當務之急。

霧霾的成因主要來自兩大因素。一是工業排放的廢氣。我國現在絕大多數使用的還是化石能源，每年消耗35 億t的煤，加上進口有4 億多t的石油，1000 萬m3的天然氣。工業燃燒了以后，放出來的二氧化碳、二氧化硫、氮化物如果沒有經過處理，或者經過處理以后沒有達到標準，容易形成大氣中的細微顆粒。二是火力發電。火力發電占到全國發電能力的70%，產生大量的含硫含硝污染物。[1]此外，還有汽車排放，民用取暖、做飯燒煤，生態破壞導致沙漠化等原因。

2 核電是“零霧霾”的能源

（1）核裂變的科學原理決定了核電的“零霧霾”特性

核發電的原理是：在可控核裂變反應的狀態下有序釋放核能，并通過核反應堆將核能轉化為熱能，再通過透平進而轉化為電能。因此，核電站在發電過程中幾乎不產生煤電帶來的大氣污染物。由于核發電幾乎不產生硫酸化合物、硝酸化合物、有機碳氫化合物等“霾粒子”，也不產生二氧化碳等溫室氣體，更不產生煙灰塵埃；故而核電是貨真價實的 “零霧霾”能源，是名副其實的低碳能源。從這個意義上說，核電也是一種清潔能源。

（2）核電鏈與煤電鏈對環境危害比較

上世紀90年代中期，我國對煤電鏈與核電鏈產生的環境的危害進行研究分析比較[2]，其結果是：從大氣污染物排放來看，正常情況下，燃煤發電向環境排放的二氧化硫、氮氧化物、有害顆粒物等大氣污染物會直接導致酸雨、降塵等影響，造成人體健康、森林、農作物、生態系統等明顯危害；而核發電不產生任何大氣污染物，對環境的影響很小。再從放射性流出物排放來看，煤中含有天然存在的原生放射性核素，通過燃煤電廠的氣載煙塵排放煤中的天然放射性核素到環境中。而核電鏈向環境排放經審管部門批準的遠低于天然本底輻射水平的氣態和液態流出物，產生數量很少的固體廢物作封閉處理，沒有外排。煤電鏈的放射性流出物排放對公眾產生的輻射劑量比核電鏈高約40倍。燃煤電廠的放射性排放及其對公眾的輻射照射遠遠高于核電站的貢獻。由于煤渣中放射性活度含量高于其他天然建材等材料，居住在含煤渣建材住房中的居民所受輻射劑量也明顯偏高。總的來說，煤電鏈對公眾產生的輻射照射約為核電鏈的50倍。

（3）核電鏈與煤電鏈的溫室氣體排放比較

2011年，中國工程院開展了對不同發電能源鏈溫室氣體排放研究項目的調查，其主要結果是：當前我國核燃料循環前段（包括鈾礦采冶、鈾轉化、鈾濃縮、元件制造、核電站）的實際溫室氣體歸一化排放量為6.2g·（CO2）/kWh（二氧化碳的排放量為6.2g/kWh），考慮了核燃料循環后段（乏燃料后處理和廢物處置）的總排放量為11.9g·（CO2）/kWh。對煤電鏈，項目組調查了煤炭生產、煤炭運輸、燃煤電站建造、運行、退役和電力輸配環節4個生命周期階段中溫室氣體的直接和間接排放，其結果為1072.4g·（CO2）/kWh。從溫室氣體排放來看，核電鏈僅約為煤電鏈的1%。核能發電本身不會產生溫室氣體排放，但在建造核電廠和制造核電廠所需燃料與設備過程中需要消耗能源和材料，生產這些能源和材料需要排放溫室氣體，而我國能源主要來自燃煤電站，所以，也可以說核電鏈排放的溫室氣體也是來自煤電廠。事實上，在各種發電能源鏈中，核能鏈溫室氣體歸一化排放量也是很低的。其他電鏈的這一結果分別為水電鏈在（0.81～12.8）g·（CO2）/kWh；風電鏈在（15.9～ 18.6）g·（CO2）/kWh；太陽能在（56.3～89.9）g·（CO2）/kWh之間。核電是減排效應最大、因而也是治理霧霾源頭的清潔能源之一。一座100萬kW電功率的核電廠和燃煤電廠相比，每年可以減少二氧化碳排放600多萬t，是減排效應最大的能源之一。

3 發展核電是徹底治理霧霾源頭的戰略性舉措

（1）治霾要治本，治本先清源

治理霧霾，樹立生態文明理念，強調科學、綠色、低碳發展。如果不改變能源結構，那么，霧霾會隨時卷土重來。治理霧霾的根本出路是轉變發展方式，調整能源結構，加快發展清潔能源。一是加快從一次能源為主向二次能源為主轉變，從以煤為主向以電為主轉變。電力相對于一次能源更高效、更清潔、更方便，要更多地以電代煤、以電代油。二是加快電源結構優化調整，減少煤電比例，大力發展核電、風電、太陽能等清潔能源，實現電源結構由以煤電為主向以核電等新能源為主轉變。

（2）核電是我國未來最重要的非化石能源

長期以來，核電都是我國清潔能源發展的主力軍。與水電、風電、太陽能等清潔能源相比，核電可以克服、氣候等障礙，能夠高質量、穩定地提供基本負荷。核電是高負荷因子、大功率密集型能源，目前我國核電的發電成本已經低于負荷中心煤電成本[3]。以每kWh發電煤耗300 g標煤計算，1億kW核電每年可以提供折合2.25億t標煤的一次能源，可以代替3.15億t煤炭，減排7.41億t二氧化碳。核電單機容量大，發電時間穩定，負荷因子高，成本具有競爭力。由于水電、風電、太陽能發電等可再生能源的間歇性，對電網安全穩定運行提出新的挑戰。核電運行穩定，可起到基礎載荷作用，穩定電網的運行。核電和可再生能源電力的協調發展，也是保障電網安全運行的一個有效手段。預計到2030年以后，核電和可再生能源發電將占總發電量的40%～45%，而核電將占到其中的1/3。目前，我國核電已具備規模化發展的能力。未來，核電在調整能源結構、實施節能減排、轉變經濟發展方式和推進產業升級換代中，將發揮越來越重要的作用。

（3）發展核電必須始終堅持安全、高效

2011年日本福島核事故以后，盡管國內對于核電的發展曾一度爭論不休。但是，大家對“安全高效發展核電”的基本方針始終堅定不移。歷經3年的反思和比較，學術界和業界已經取得了共識：核電總體上還是一個高效、清潔、可持續的能源。清華大學核能專家何建坤在2014年5月題為《我國能源變革戰略與核能發展》的報告中強調：在確保安全的基礎上，我國核能仍需要大規模發展，到2050年有可能達4億kW左右，年發電量約占屆時電力需求的1/4，可替代煤炭10億t以上，在一次能源供應比例中占10%以上，減排CO2達25億t以上。我國實施國內生產、海外開發、國際貿易3條渠道并舉的天然鈾保障體系，鈾資源不會成為我國中長期核能持續發展的制約因素。我國規模化發展核電，對我國能源安全保障體系的建設將起積極促進作用。能源專家林伯強指出：現在看來，水電受到潛能限制，清潔能源如風電太陽能是發展方向，但是由于基數太小，相當長一段時間內不能對改變能源結構起很大作用。核電是一個可以大規模替代煤炭的能源品種，沒有核電的中國清潔發展是很難想象的[4]。

（4）國家重視核電的發展

習近平主席和李克強總理相繼表示，在采取國際最高安全標準、確保安全的前提下，抓緊啟動東部沿海地區新的核電項目建設。2014年4月李克強在北京主持召開的新一屆國家能源委員會首次會議上說，為使國家經濟持續增長，核電將在中國確保能源安全的努力中占重要位置。中國能源研究會常務副理事長、原國家發改委能源所所長周大地最近表示，發展核電是中國重要能源戰略，2030年爭取核電發電達到2億kW，2050年要達到4億～5億kW。

（5）全球核電呈現復蘇趨勢

2011年日本福島核事故以后，全球核電曾一度轉入低潮。但近年來又開始出現復蘇的趨勢。英、日、東歐、拉美和阿拉伯部分國家紛紛制定新的核電發展規劃，并著手付諸實施。最新發布的聯合國IPCC第五次評估報告，在進一步強化人為活動溫室氣體排放是造成當前氣候變化主要原因的科學結論基礎上，強調了實現全球地表溫升不超過2℃目標下的減排路徑。國際能源署（IEA）預測：為確保2050年實現全球清潔能源體制，需要2050年前每年必須增加新核電裝機容量約22 GWe（即22臺100kW的核電機組）[5]。

（6）確保核電安全高效發展，加快先進核電技術創新步伐

核裂變的科學屬性在賦予核電優勢的同時，也不可避免地伴隨著風險。克服核電風險的對策有多種多樣，其中最重要的就是，淘汰老舊的核電技術，采用先進的核電技術。令人鼓舞的是，我國“大型先進壓水堆核電站”重大專項研發工作已經取得決定性的勝利，具有自主知識產權的CAP1400設計已經通過國家能源局組織的審查，CAP1400（見表1）示范工程已在山東石島灣做好全面開工的準備。

表1 CAP1400 主要性能指標參數[6]

CAP1400參考國際先進標準，采用非能動理念和嚴重事故應對措施，吸取項目經驗反饋與福島事故應對措施，在AP1000三代非能動技術的基礎上，創新設計了反應堆、主系統、輔助系統及所有主設備，相比于AP1000，不但功率增大，效率提高，而且安全性、可靠性進一步提升。

[1] 李毅中：“霧霾圍城彰顯我國能源結構問題”，《廣西電業》2013.3（總第155 期）

[2] 潘自強 姜子英：“核電：不可忽視的低碳價值”，《中國科學報》2014-05-12

[3] 王信茂：“治理霧霾需要重視的幾個問題”，中國電力網，2014年7月7日

[4] 《環球時報》2014年2 月1 日

[5]《上海核電》第14期，總第570期，2014年8月5日