福岛六年祭:我们还需要核电吗?

发布日期:2017年03月14日   文章来源:果壳网   作者:橡树村

  今天距离日本福岛第一核电站事故已经六年。这次与前苏联切尔诺贝利核电站事故同列为7级的核事故的发生对核电工业影响深远,改变了不少人对核电安全性的看法。反核电风潮一时间风靡全球,从2007年开始的世界新一轮核电建设高潮又陷入了低谷。德国索性宣布提前弃核,不仅当年就停掉了17个反应堆中的8个,还宣布在2022年停掉境内所有的核电设施。

  然而六年过去,德国的应对似乎成为了例外。经历了福岛核事故后的低谷后,新建核电项目数量已经重新开始增加。目前全世界有15个国家的60个新建核电项目正在建设中,此外计划中的核电项目已经超过160个,正在认真研究的项目更是多达300多个,目前运行的核电站也有很多扩容项目。

 

运行中的日本伊方核电站。图片来源:wikimedia

震后世界的核电面貌

  眼下,核电仍然是世界范围内电力的重要来源,全世界有31个国家和地区拥有核电站,总装机能力达到385GW,年总发电量超过2.4万亿度,占世界总发电量的11%。目前核电主要集中在美国、法国、俄罗斯、中国和韩国,除中国之外,核电在这些国家都贡献一成以上的电力,其中核电站到法国发电量的七成多。甚至已经启动了弃核计划的德国,2015年核电仍然贡献了14%的电力[1]。

  至于日本,虽然震后民间弃核声音可以理解地在各国中最强,但各反应堆的先后停车主要原因还是出于技术问题——一些是在地震中停车,需要定损和改造才能符合标准;另一些则是到期维护和安全改装。真正因为民意而停车的并不多。而且,六年过去, 42个仍然可以运行的核电机组已经有4个成功重启(3个目前运行中),9个机组可能在今年恢复发电,另外有12个正在申请重启过程中。震前正在筹备和建设的6个机组,位于福岛县的3个建设中止,但另外3个未受影响。即使经历了福岛核事故,日本也并没有放弃核电,只是下调了预期的核电的占比。

  很显然,除了个别国家之外,世界并没有放弃核电。世界上的电力消耗大国大多仍然视核电为未来的一个重要能源——特别是,福岛核事故之后,日本人直接感受到了没有核电所带来的问题。

核电比例降低的代价

  关掉大部分核电的2012年,日本每度电的碳排就达到487克,远高于2011年3月的每度电350克的水平,2013年的日本总碳排更是超出1990年碳排水平的10.8%,持续二十多年的碳减排努力化为泡影[2]。大量化石能源的进口也给日本带来不小的财政问题,2013年底,日本因为停止核电导致349亿美元的财富外流,日本家庭平均能源支出则增加近14%。这样的背景下,安倍政府成为重启核电的支持者就很可以理解了。

震前日本的发电比例。核电多年来始终占据着重要位置。图片来源:EIA

  而加速弃核计划的德国,不仅仍然需要时不时地从法国进口核电,演示了一例国际上的邻避效应,而且也加大了化石能源的比例。实际上德国核电减少空出来的电力缺口超过八成由化石能源填补,使得正在进行中的发电减碳排计划倒退。虽然这两个国家都加大了新能源项目的建设力度,但是很显然两个国家的经历都表明能够可靠替代核电的仍然只有火电。

  实际上这也不是第一次核电从危机中恢复起来。1979年美国的三哩岛核事故以及1986年前苏联的切尔诺贝利核事故之后,核电都曾陷入低谷。但是由于对于空气质量和气候变化问题的关注,核电这一清洁能源形式始终维持着吸引力。福岛核事故之后,国际上仅用的三四年的时间就重新恢复了对新建核电项目的兴趣,实际上这耽误的几年也大多是为了根据福岛事故的经验补充更加安全的设计,多数原计划的项目仍然保留。在多数能源消耗大国眼中,核电仍然是清洁能源的一个重要选择。

为何核电难以被其他能源替代?

  核电很清洁,特别是与火电比较优势非常大。有很多研究表明[3][4],即使使用清洁煤炭发电技术,核电仍然是更加环保的一个选择。目前很多人关注的温室气体排放方面,几乎零碳排的核电遥遥领先火电自不用说,在放射性物质排放方面核电也优于燃煤电厂。煤炭里面含有一定的放射性物质,这些放射性物质有一定比例未经过任何处理就排放在大气里面。美国的研究表明[5],一个一百万千瓦的燃煤电厂,厂区所在地的辐射是核电站厂区的一百倍;距离八十公里之外比较,燃煤电厂的辐射程度也超过核电站三十多倍。而且,火电站排放的二氧化硫、氮氧化物、颗粒物等等都是雾霾的元凶,对空气质量会造成很大影响。核电站就完全没有这些问题。

  而与其他清洁能源相比,核电的电力供应稳定可靠,这一优势更加关键。

  诚然,新能源里的太阳能光伏发电和风电,本身的碳足迹也很低,全周期的污染物排放也非常少,但是发电能力完全是靠天吃饭,气候条件适合的时候就能多发,气候条件不合适的时候发电量就少甚至不能发电。对气候条件的依赖,使得光伏发电和风电完全无法与用电需求相对应,这就限制了这些能源在电网中所占的比例;甚至为了应付极端天气情况,电网仍然需要保留足够的常规发电能力来弥补光伏发电和风电可能造成的不足。

  因此,新能源占大比例的区域,往往需要有相当的常规能源与之配套,承担调节的任务。水电可以起到调节作用,但是完全使用水电进行调峰极为困难。虽说发电与用电错峰的问题在技术上可以用储能技术来解决,但是大规模的储能技术目前只有抽水蓄能可行,而抽水蓄能对地理条件要求相当苛刻。其他的电池等储能技术在大规模应用上仍然不具有可行性。使用火电调节也很常见,但这样的调节意味着强迫火电长期在低负荷状态下运行,其基础上的光伏发电和风电的廉价,都是以更低效更昂贵的火电为代价的。

  核电本身可调节性不佳,调节周期比较长,只有法国由于核电比例很高也发展了按需发电的核电技术,其他国家核电并不承担调峰任务。但是核电自身可靠性高,能够为基地负荷持续贡献电力。这一特点是光伏发电和风电无法替代的。

  新能源里面也有技术拥有基底供电的潜力,那就是太阳能集热发电,或者叫光热发电。光热发电是通过大量的镜片反射太阳光,把热量集中起来加热传热介质,然后把高温的介质进行存储,在需要的时候加热水蒸汽推动蒸汽轮机发电。最近几年光热发电技术发展也很快,世界范围内有很多新建的示范项目,特别是中国近期有很大规模的商业示范,相关技术已经趋近成熟。不过光热发电的成本仍然偏高,是新能源里面比较贵的一种,而且需要存储的时间越长,成本也就越高。目前的光热发电项目实际上主要是对白天和前半夜的用电高峰进行补充,通过享受偏高的上网电价提高项目的经济可行性,完全将光热用于基底供电的成本还是太高。

  此外,太阳能利用都需要一定的气候环境,也需要很大的面积,所以很多光热项目都是在干旱的沙漠地区建造的,偏离人口稠密的地区,这又有一个可能距离市场太远的问题。虽然目前有研究认为光热可能成为替代核电进行基底供电的一个选择,在日照资源非常好的地区甚至在经济上具有竞争性,但是至少在短期内还无法实现。

  因此,以电网的需求而言,要放弃核电,除了改回火电之外还没有其他可行选择。日本和德国的实践都很清楚的表明,火电是唯一可靠的核电替代者。

核电依然比火电和水电更加安全

  然而,作为基底负荷,核电不但远比火电清洁,甚至比火电更加安全——即使计入了历史上全部三次重大核事故,也是如此。1982年,美国全年燃煤造成的放射性物质排放,是美国三哩岛核事故释放的放射性物质的155倍[6]。世界核能组织估算,比较各种能源形式所造成的伤亡,考虑原料开采、运输、转化、废料处理等各个过程的整个生命周期,1970年至1992年间,每太瓦年(8.76万亿度)发电量的死亡人数,水电是885人,燃煤是342人,天然气85人,核电8人——该数字计入了这期间的切尔诺贝利事件以及三哩岛事件[7]。福岛核事故虽然吸引了全世界关注,但并未直接导致任何人的死亡,预期的癌症发病率对于新生儿也仅提高了1%。在采取了正确的应对措施之后,福岛核事故造成的健康危害非常有限。

2011年3月20日无人机航拍的海啸后的福岛第一核电站,从右至左分别是第1、2、3、4机组。冒出的白烟是水蒸气。图片来源:Air Photo Service Co. Ltd., Japan

  福岛事故发生于灾难性的2011年日本大地震的背景下,这场9.0级地震掀起了最高达40.5米的海啸,造成15894人死亡,6152人受伤,2562人失踪,228863人流离失所,127290幢建筑完全垮塌。然而即便是在震后日本政府和东电的种种应对不力之下,福岛核事故依然没有造成任何直接伤亡;反而是对核物质的恐惧、各种谣言与不负责任的报道带来了更大的影响。受福岛核事故影响最大的日本已经开始了核电的重启计划,一些核电站所在地的居民甚至主动要求重启核电站,日本旅游价格也毫不下降,都能说明即使在日本,多数民众对核电的危险并不担心。所有的决策都有风险,虽然竭尽全力回避某一风险看起来是谨慎和安全的,但是极力夸大较小的风险,将意味着把自己置入替代方案的更大风险和代价之中。

【责任编辑:闫泽茹】