用切尔诺贝利和福岛事故来判断核电的安全性,就像用特拉班特的标准来判断现代汽车的安全性一样。

大多数人第一次想到核能时,往往会直接跳到整个世界末日部分,人普遍认为运行核电站很危险,核电被认为是一个复杂的、紧密耦合的过程,难以控制。即使我们确实有很多安全措施,错误率也很低,但认为“尾部风险”相当大。如果发生什么事,那是相当灾难性的。除了福岛和切尔诺贝利,还有很多较小的事故。有些人认为它们是风险管理效果很好的例子。其他人则更加相信这项技术并不是真正可控的。恐惧让人们忽视了核能的日常作用。其实早在 1950 年,核能就被认为是人类能源需求的最终解决方案,大多数拥有技术专长的国家都开始开发它。核能虽然目前尚未实现人们寄予的最高期望,然而,它已经成为许多工业化国家的重要动力来源。

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截至2020年,核电占该国总发电量最多的是法国,高达78.3%,而中国为4.2%,但中国已经是第三大核电生产国(仅次于美国和法国),还有另外 50 吉瓦的核电在建或规划中。

作为核电占比最大的国家,法国的大部分能源来自核电,而法国的核电基本上由法国政府控制,法国已经证明,在政府支持下,标准化、模块化的核装置可以消除繁文缛节,可以提供非常清洁、价格合理且安全的电力。

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核电有什么优势?

1.成本相对较低

核电站的初期建设成本巨大。最重要的是,当发电厂刚建成时,我们还要承担浓缩和处理核燃料(例如铀)、控制和清除核废料以及工厂维护的成本。之所以处于优势地位,是因为核能具有成本竞争力。核反应堆发电比石油、天然气和煤炭发电便宜,更不用说可再生能源了,2008 年美国的一项研究发现,建造 75 座核电站的预算为 891 亿美元,但实际建设成本为 2833 亿美元。但很多人误以为它太贵了。他们困惑的根源在于初始工厂的成本很高。但是核电站运营成本和燃料成本非常低,所以平均超过25年,它可以与煤炭相媲美。几乎所有关于“平准化成本”的研究都表明了这一点,这就是为什么中国正在大力推行它。

2.基本负荷能量

核电站提供稳定的能源基本负荷,这可以与风能和太阳能等可再生能源协同工作,当有良好的风能和太阳能资源时,可以降低发电厂的发电量,并在需求高时提高发电量。

3.低污染

在大多数情况下,就气候危机而言,用核能取代我们今天使用的其他能源利用方法更有益。与核电相比,核电对环境的影响相对较小,然而,核废料对人类和环境都有潜在的危害。

4.钍
报告显示,以当今核电站每年的燃料消耗量计算,我们拥有足够使用 80 年的铀,当目前我们可以使用铀以外的其他燃料类型为核电站提供燃料,钍是一种更环保的替代品,最近受到越来越多的关注。中国、俄罗斯和印度已经计划在不久的将来开始使用钍为其反应堆提供燃料。,如果我们将不同类型的核燃料储备结合在一起,看起来核燃料的可用性很好,换句话说,希望有足够的时间让我们找到具有成本竞争力的绿色能源利用方式。

5.可持续?
核能是可再生的还是不可再生的?这是一个很好的问题。根据定义,核能不是可再生能源。正如我上面提到的,可用于核电的燃料数量有限。另一方面,通过使用增殖反应堆和聚变反应堆,核能具有潜在的可持续性。核聚变是利用能源的圣杯。如果我们能学会控制原子聚变,也就是为太阳提供燃料的那些反应,我们实际上拥有无限的能量。但目前,如果我们要开始更大规模地使用它们,这两种方法都面临着严重的挑战需要解决。

6.高能量密度
据估计,核裂变反应释放的能量是燃烧化石燃料原子(例如石油和天然气)释放的能量的千万倍。因此,与其他类型的电厂相比,核电厂所需的燃料量要少得多。注:不应将核容量与太阳能或风能容量混淆。核电站几乎每天都在接近容量运行。根据它们的选址情况,太阳能和风能通常平均为铭牌容量的 25-33%,在实际情形中,1GW 的核电容量相当于 4GW 的风能或太阳能。

既然核能具有如此多的优势,为什么不大力发展安全性更强,效率更高的核能反应堆,而是去把太阳能和风动力发电作为绿色能源呢?

核电有什么缺点

1.建造核电站的周期长、成本大

建造核电站是昂贵的。没有捷径可走,材料必须是高质量的,并且必须进行大量测试以确保一切安全,它在相当长的一段时间内不会完全投入使用,这意味着所有受过高等教育的人都在接受培训和工作,但没有盈利。建造一座核电站至少需要10年时间。而等效的风能和太阳能发电场可以在一年内部分投入运营,并在两年内全面投入运营。您可以通过安装太阳能甚至风能来更快地替代化石燃料,而不是试图建造足够多的核电站来满足我们的能源需求。

2.发生灾难的代价过于昂贵

历史表明,我们永远无法真正 100% 保护我们免受灾难的影响。核电站事故时有发生,这是当今最重要的问题,旨在摧毁核电站的恐怖袭击威胁也加剧了这种情况。

如果出现问题,放射性物质从闭环反应堆中逸出,可能会污染大量的水和土壤。去污是非常成问题的、昂贵的并且有时是不可能的。受污染的地区通常数年、数十年甚至数百年都无法居住。这限制了您可以建造的反应堆的位置和类型,因此一旦发生事故,后果不堪设想。

在切尔诺贝利事故之后,大约有 15000 至 30000 人丧生,超过 250 万乌克兰人仍在与核废料相关的健康问题作斗争。日本福岛核电站虽然伤亡人数没有切尔诺贝利事故那么严重,但对环境的影响却是灾难性的,切尔诺贝利造成 2500 亿美元的经济损失,福岛造成 10000亿美元的损失。大多数国家面临的一个大问题是核事故的风险(或感知风险)。福岛、切尔诺贝利和三里岛都对公众的认知产生了巨大影响,虽然前两次的实际影响和成本要大得多,但据说三里岛的核灾难使公众舆论反对核电,即使没有人因暴露而死亡(仅限于对那些靠近的人进行几张胸部 X 光检查)。大多数国家的舆论会轻易阻止新的核电站的建设。公众舆论和监管环境将阻止该测试在任何发达经济体中进行。德国实际上正在退役其现有的反应堆(在一项广受批评的决定中),尽管它们已经安全运行并且其成本远低于其他能源。

3.高活性核废料的长期储存

当前形式的核电(核裂变)在运行安全方面取得了惊人的进步,但不幸的是,积累的核废料将成为核电最大的不利因素。当您发现核燃料棒裂变燃料在必须移除之前用完的比例不到 2% 时,情况会变得更糟。这与核燃料铀分解循环有关,该循环会产生干扰正常中子链反应的其他元素。如果中子繁殖和捕获没有处于正确的能量水平,那么尽管具有很强的放射性,反应堆也会失去其临界质量。因此,即使核电没有二氧化碳足迹,它也会留下更危险的废物,如果不小心锁起来,这些废物将对环境造成数千年的致命伤害。

基本上从核反应堆出来的所有东西,包括反应堆退役后的所有组件,都必须存放在安全的地方,免受人为干扰数十年到数千年,但这很难保证,这些废料会在 10 万年内保持致命的污染性,当前的核废料储存设施只是临时解决方案,而不是永久性的,它们不能不受控制,需要人为干预。许多科学家认为,唯一安全的方法是将其埋在深部地质矿藏中,一些国家正在为此努力,但尚未完成。解决将废物放在哪里是建设新发电厂的一个限制性问题,并且经常受到政治和相对较低预算的阻碍,已经有整个研究计划致力于弄清楚如何以象形文字向后世界末日的人类传达他们不应该打开生锈的鼓,因为核废料可能比文明更持久。从绝对值或相对值来看,目前的核废料并不多,而且比燃煤电厂废物二氧化碳排放更易于管理,但它仍然是人类尚未弄清楚的事情。

自 1954 年以来,人类建造和使用核电站(商业能源生产,非试验性)。从那时起,芬兰只为高活性废物建造了一个储存设施。这些废物是退役的核反应堆、烧毁的燃料棒。这些材料含有高活性、长时间辐射的同位素。为了安全地容纳这些同位素,他们需要一个坟墓,这是一个石层中的洞穴,地质稳定,没有裂缝(与土壤水隔绝)并且稳定至少 100.000 年。废物被绝缘封装并深埋在地层中。目前芬兰 Onkalo 世界只完成了高活性废物储存装置,但目前根据封装材料出现了怀疑,因为显示出比之前计算的更高的腐蚀率。因此,目前还没有关于长期处理核废料的效果的经验,同时其数量还在不断增加。

4.难以投保

责任也是一个问题。核电站在其使用寿命结束时需要退役,并且需要投保。由于核灾难的最坏情况不太可能发生并且成本如此高,因此私人保险几乎不可能完全覆盖福岛型灾难。在最坏的情况下,这通常会导致相关公司破产,政府支付清理费用。

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5.难以适用于现在及未来的电力场景

过去的电力系统是集中的、有计划的、政府指导的,并以大型发电厂为基础。目前及未来的系统将更加分布式、智能/多向、消费者驱动,并基于众多参与者。简而言之:它的周期将更加复杂和快速。核电需要多年规划和建设,寿命长达几十年,根本不再适合未来的能源世界。它是一只恐龙。这也是为什么当前虽然电力紧缺,却无法通过大力发展核电来解决这个问题。

未来的道路在哪

全球目前有超过 400 座反应堆在运行,它是一种可行的能源。任何碳基能源的替代品都将应对迅速逼近的气候变化阈值。除了一些明显的问题,例如不能在海啸区等不稳定环境中建造反应堆(切尔诺贝利事故是人为错误,本不应该尝试出错的实验。福岛是异常海啸的结果,这在欧洲或美国不会成为问题)。核电是否可行的问题取决于核废料的极端毒性和废料的极长半衰期。我认为目前没有任何令人满意的核废料储存解决方案,而且大多数发电厂都将废料储存在现场。超过 400 个站点。需要重新审视极端毒性和极长的半衰期。大量的数字往往会掩盖人们的眼睛,所以我使用了极端这个词,如果有一项资助计划,让轨道炮能够将核废料有效载荷准确无误地送入太阳,我就会加入。对此,我会笑得很开心。

聚变或许是一条可行之路,人类已经成功地产生了不受控制的聚变反应来制造氢弹,其中所有反应的巨大能量以极具破坏性的方式一次释放。如果相同数量的能量可以在受控的聚变反应中逐渐释放出来,就像在太阳中发生的那样,这可能成为地球上能量的最终形式,聚变反应堆产生的能量密度远远高于当今运行的任何传统核反应堆。在聚变反应堆运行期间,发生核链式反应的危险较小,但聚变反应堆的弱点是它们非常复杂,工作温度会立即熔化固体材料。这种反应堆需要力场来限制、压缩反应晕并限制随机能量的损失。这些反应堆的美妙之处在于,一旦有可用的工作反应堆,它们就会燃烧非常常见的轻氢同位素。他们甚至可以使用来自福岛失败反应堆的有害氚。与传统核反应堆相比,燃烧的燃料量小得离谱,从燃料转化的能量是 100% 而不是 2%。核废料副产品是微量的氦气

客观地说,在核聚变发展之前,没有像核能这样的能源。每克物质或每平方码设施可以产生的能量是无与伦比的。风能和太阳能很棒,但不一致并且需要大面积的土地才能发挥作用。所有的能源生产方法都有其副作用,包括风能、太阳能、水力发电。当然,我们应该在适当的时候使用它们,但是如果你算一算,你会发现依靠它们来完全取代化石燃料来满足所有能源需求是不可能的。这包括加热、冷却、照明、运输、工业过程等。

当前由于其他几种能源选择,包括可再生能源和不可再生能源,实施起来更便宜、更简单,核电不太可能成为解决气候变化或满足中期世界电力需求的“惊喜”(15-25年),核技术的新创新、钍反应堆、工厂的新设计或核聚变等更奇特的东西可能会有所帮助,但就目前而言,核能只是许多国家更大的能源组合的一部分,也许新的第四代核电站消耗其他核电站的废物作为燃料,看起来即将出现,这将解决存储问题,但不会解决恐惧因素,并且在此之前它会太昂贵。中国正在寻求标准化的第四代技术,以实现更高效的建设、物流和劳动力发展以及非常高的安全边际。如果中国的核设施能生产世界上最便宜的清洁能源,那么许多其他国家就会跟上这一潮流,如果核能依旧像许多批评者所担心的那样昂贵和危险,那将是一次失败的实验,教会所有其他国家走向另一个方向。

支持和反对核电的论据很多。总而言之,核电的未来看起来很有希望,但目前无法解决电力紧缺的困境,随着新一代反应堆的出现,核聚变等潜在的重大突破,我们有望利用核能将世界在未来几年变得更好。