發展核能 助力建設美麗中國

張航源，胡世杰，楊 強

(成都理工大學 核技術與自動化工程學院,成都 610059)

1 發展核能的必然趨勢

回顧我國社會發展進程，在能源利用上和西方有許多相似的地方。西方發達國家發展過程中的經驗和教訓都值得我們借鑒學習。Bruce Podobnik在《全球能源變化：動蕩時代的可持續發展》書中提出從了“能源變化體現能量轉型”的觀點，他認為能源轉型經歷了從煤炭到石油，再從天然氣、水電和核能到風能、太陽能等可再生能源這樣幾個階段。[1]要了解主要發達國家能源利用發展趨勢，就需要重點關注能源轉型的關鍵時間節點，這樣才能更準確把握發展生產力與能源革命之間相互影響的客觀發展規律。

18世紀60年代，蒸汽機拉開了第一次工業革命的帷幕，人們通過使用煤，實現了利用蒸汽機作為動力進行大量生產，極大地提高了生產力，人類從此進入“蒸汽時代”。隨著工業革命的開展，英國、荷蘭、德國、美國等國家煤炭能源在能源消耗中占的比中越來越大。到 1938 年時，煤炭在英國能源結構中的比重達到歷史峰值( 97.7% )[1]。

19世紀60年代后期，人類在新能源的探索方面不斷取得突破，以煤氣和汽油為燃料的內燃機誕生，同時石油也開始作為國家能源消耗的重要組成部分登上歷史舞臺。

前兩次工業革命中，煤炭、石油在工業生產和日常生活中大規模的應用，使人類社會從農耕文明步入工業文明，但隨之而來的是環境遭受嚴重污染。數以十萬計的煙囪、蒸汽機釋放出大量煙塵和二氧化硫。隨著工業革命的擴展深入，污染也在德國、美國、日本等國家出現。由空氣污染帶來了一系列的生態環境問題，嚴重影響了生物圈的生態平衡甚至危及人類自身生命健康。當這些發達國家意識到這個嚴峻的問題后，便立即加大投入發展新型清潔能源。以美國為例，盡管能源結構仍然以傳統能源為主，但由于傳統能源的不可再生性、對環境污染嚴重等原因，使得新能源政策在美國能源政策中占據越來越重要的比重[2]。不僅對于美國，在世界上的主要國家中，發展綠色、低碳、高效的新能源已經成為一種趨勢。

表1 部分國家(地區)核電現狀(截至2017年7月1日)

注：數據來源國外核新聞：世界核電現狀

截至2017年7月1日，全球運轉中的核電機組447臺，有59臺正在建設中。其中美國在運機組最多，為99臺。法國、日本、俄羅斯分別為58臺、42臺、35臺，中國為36臺(包括中國臺灣地區的6臺核電機組，2016年的核發電量為30.5 TWh，占臺灣地區總發電量的16.3%)[3]。2016年核電發電量占全球發電量10.6%，其中全球核發電量最多的國家是美國，核發電量為805.3 TWh，占美國總發電量的19.7%，其次為法國，核發電量為384 TWh，占法國總發電量高達72.3%，中國核發電量為210.5 TWh，僅占中國總發電量3.6%。因此，在全球來看，雖然我國核發電量比較高，但在我國總發電量中所占的比例卻很低，相比美國、法國等發達國家，核電在我國發展空間廣闊、發展潛力巨大。

2 我國能源可持續發展的思路

從我國能源消費總量趨勢圖中可以明顯看出，我國能源消費一直保持增長趨勢，尤其是自2000年以來，都保持高速增長。盡管2012年以后，增長速度放緩，但也一直保持增長勢頭，能源消費總量在2016年達到了43.6億噸標準煤。而煤炭消費在能源消費總量中一直占據主導地位。但自2014年開始，煤炭消費量開始連續3年下降，這是自1999年連續15年增長后的首次下降。

根據圖2的2016年能源消費總量及構成，可以看出能源消耗結構仍以煤炭、石油為主，分別占62%、18.3%[4]。天然氣、一次電力及其他能源所占的比例還較低，分別為6.4%、13.3%。

表2 中國能源消費總量及煤炭消費量(2000-2016)

注：數據來源國家統計局.中國能源統計年鑒

圖1 能源消費總量趨勢圖(1980-2016)Fig.1 Trend map of total energy consumption (1980-2016)

圖2 中國能源消費總量及構成(2016)Fig.2 Total energy consumption and its composition in China (2016)

圖3 一次電力及其他能源占能源消費總量百分比趨勢Fig.3 Trend map of percentage of electricity and other energy consumption in total energy consumption

但從縱向比較來看，在近幾年，風能、一次電力及其他能源占能源消耗總量的比重越來越大。尤其是2011年以來，一次電力及其他能源在能源消費總量中所占的比重逐年上升。這與我國推動綠色發展，積極發展清潔、低碳能源的努力是分不開的。

在《能源發展“十三五”規劃》中明確要求到2020年，我國的煤炭消費占一次能源消費的比重要下降到58%以下，而低碳能源的比重上升到25%。在《能源生產和消費革命戰略(2016-2030)》中進一步提出了能源革命目標，要求到2030年 “可再生能源、天然氣和核能利用持續增長，高碳化石能源利用大幅減少”。低碳能源占比繼續上升，達到35%[5]。到2050年，“能源消費總量基本穩定，非化石能源占比超過一半”[5]。從中可以看出我國進行能源革命的思路，也可以看到我國正朝著建成綠色、低碳的現代化的能源體系的方向發展。發展核能正是順應了世界能源轉型發展的趨勢和我國能源革命的必然要求。

3 核能開發利用的必要性

3.1 環境的迫切要求

隨著城市工業化和城鎮化的快速發展，環境污染等問題也日益嚴重，環境問題已成為制約國民經濟與社會發展的重要問題之一，空氣質量的好壞也已成為影響人民生活幸福指數的重要因素。煤炭、石油等傳統能源雖為發展生產力、提高國民生活水平做出重要貢獻，但在人們生產生活中不斷釋放出大量的有毒有害物質，破壞了生態環境。不僅影響了人們的正常生活，還嚴重威脅著人民的身心健康。

表3 廢氣中主要污染物排放(2012-2016)

注：數據來源國家統計局.國家數據

煤炭的大量使用導致我國大氣污染中主要呈現煤煙型污染特征，主要污染物是煙塵和二氧化硫,我國二氧化硫排放量在逐年減少，但基數較大。在2017年6月5日環保部發布的《2016中國環境狀況公報》中顯示，2016年，全國388個地級及以上的城市中，僅有84個城市空氣質量達標，占全部城市數的24.9%，338城市發生重度污染2464天次、嚴重污染784天次，以PM2.5為首要污染物的天數占重度及以上污染天數的80.3%[4]。

由煤炭、石油能源帶來的環境污染問題迫在眉睫，大力發展清潔能源，推動核能等清潔能源成為能源增量主體，是實現綠色發展的重要途徑。

3.2 我國電力需求

社會經濟的快速發展，人民生活水平和質量全面提高，必然會帶來能源消費增加的問題。我國已然成為能源生產和消耗大國。分析表4電力消費量，可以得出我國電力需求大而且并將保持持續增長態勢。有專家指出，綜合多方面因素考慮，預計于2020年和2030年社會用電量分別達到7.3萬億kW·h和10萬億kW·h，今后中國電力需求仍會保持中低速增長[6]。

核電廠、風電廠等使用清潔能源生產電力的電廠生產電力量在明顯增長。2016年，我國風力發電量達到2410億kW·h，成為我國第四大電源[7]。然而對于風電廠、水電廠廠址的選擇，受自然條件如地理位置的限制，這就決定了當風電廠、水電廠達到一定數量時就會面臨飽和的狀況。其發電量也很不穩定，受氣候季節影響。而發電量最穩定可靠的就是火電廠和核電廠，但火力發電存在環境污染和溫室氣體排放問題，原料價格的上漲也帶來成本問題。在技術開發層面，其他可再生能源的利用也正處于創新試驗的階段，在傳統能源不斷減少情況下，遠遠不能滿足我國持續增長的能源需求。

注：數據來源國家統計局.國家數據

在今后很長一段時間內，中國的電力需求還會持續增長。在本著保護生態環境的原則以及建設美麗中國的要求，核電作為安全、清潔、高效能源，加快發展核能無疑是解決環境保護與不斷上升的電力需求之間矛盾最為現實的途徑之一。

3.3 核能的突出優勢

雖然水電廠、風電廠、光伏發電廠、核電廠等電廠在發電過程中我們認為是清潔低碳的，但如果把電廠的前期建設、中期運行、后期維護等考慮在內，那么這些發電廠就都會有一定量的碳排放。生產相同的電量，假設燃煤電廠的碳排放量為100g，那水電廠的碳排放量為18g，風電廠的碳排放量為3.7g，光伏發電廠的碳排放量為21.4g，而核電廠的碳排放量僅僅為1.6g，并且幾乎沒有任何有害氣體排放。

截至2017年7月1日，我國在運核電機組凈裝機容量有3263.7MWe，假設負荷因子為80%，那么每年就可減少二氧化碳排放量大約2.33億噸，相當于每年9.3～18.6萬平方公里的森林吸收的二氧化碳。相比較煤炭，發展核電，不僅大大降低了煤炭運輸成本，還解決了發電過程中環境污染和溫室氣體排放的問題。

1公斤鈾完全分裂產生的能量相當于3300噸優質煤的發熱量。同理，核電廠和燃煤電廠產生同樣的功率，煤的重量要比核的重量大300萬倍以上[8]。如果考慮采礦、加工、運輸、尾礦、發電整個環節，相比于燃煤電廠在整個過程中，人群中平均每個人接受的當量劑量總計57.9 Sv·MW-1，而核電廠只有13.19 Sv·MW-1。從健康風險角度來看，燃煤電廠致死率為2.893人·MW-1，核電廠也比燃煤電廠低得多為0.660人·MW-1[9]。

國家推動發展新能源電動汽車，在新能源電動汽車代替燃油汽車的過程中，利用核能等清潔能源發電可以防止出現以燃煤代替燃油的現象，間接減少燃油機動車向空氣中排放尾氣。

杜祥琬院士認為，我國的煤炭消耗一半是用來直接燃燒，另外一部分是散燒煤。核能供暖技術的不斷成熟為北方地區冬季供暖提供了新思路，未來可以解決人們冬季用散燒煤進行取暖帶來的污染等一系列問題。

3.4 核能安全性

與其他國家相比，我國核電起步較晚， 1991年我國第一座自主設計建造核電廠投入運行。國務院在2005年提出了“積極發展核電”的方針后，中國核電開始快速發展。在2011年日本發生福島的核事故，有關部門立即組織了專家對我國在建和在運的核設施進行全面綜合的安全檢查。檢查的結果是我國核電廠的安全有保障，不會發生類似日本福島核事故的事件，風險是可掌控的[10]。

在綜合分析前幾次國外重大核事故發生的原因之后，我國核電工作的科技工作者、建設部門決策者認真吸取經驗教訓，一直把核安全作為我國核能發展的生命線和重要保障。目前，我國采用的是國際最新的安全標準，正在安全高效發展核電。

從核電廠排入環境的放射性流出物及對公眾產生的劑量看，盡管核電廠內有大量放射性物質，但這些放射性物質被嚴密地在包含在經過嚴密設計的安全殼等多層防護的屏障中。在正常運行甚至出現事故的情況下，排除的放射性物質都不會對周圍居民產生急性輻射效應。截至目前，我國從沒有一起因輻射致死的事故發生。

在2016年，我國環境中天然放射性核素濃度處于本底水平附近，并且人工放射性核素濃度亦未出現異常。全國范圍內，環境電離輻射水平、地區實時連續空氣吸收劑量率及累積劑量均處于本底漲落范圍之內[4]。核電廠周圍環境的輻射水平也一直處于天然本底漲落范圍內。

4 結論

在中國特色社會主義進入了新時代的背景下，經濟發展進入由高速度向高質量轉型的關鍵期，能源供給側結構性改革是一項重要內容。傳統能源污染嚴重且不可持續，電力需求不斷上升，要解決這些問題，要求我們必須盡快完成能源轉型發展，逐漸增加可再生能源與核能在能源消耗總量中的比重，考慮到核能在發電方面穩定、更加清潔、安全性高等的突出優勢，尤其應該繼續大量發展核電。

大力推進生態文明建設，建設美麗中國。 在新發展理念的引領下，綠色、低碳、高效的核能必然成為中國能源轉型重要組成部分。