核电——绿色经济的希望

田佳树，王 闯(环境保护部核与辐射安全中心，北京 100082)

核电
——绿色经济的希望

田佳树，王 闯(环境保护部核与辐射安全中心，北京 100082)

介绍了全球核电发展现状，通过对比火电与核电对环境的影响以及火电与核电的发电成本，论证了加大核电建设对发展绿色经济的重要性。在分析目前我国核电产业发展现状的基础上，提出我国核电中长期发展规划的目标任务及核与辐射安全监管的发展目标。

核安全;绿色经济;发展战略;安全监管;发展目标

1 引言

国际能源署 (International Energy Agency)于2010年6月16日称，核能发电量至2050年可能会占全球发电量的25%，这对减少温室气体排放将做出巨大贡献，根据国际能源机构的计算结果，届时，全球二氧化碳的排放量将可减少50%。

2 全球核电发展现状

自20世纪50年代中期国际上第一座商业核电站投产以来，核电发展已历经50多年。图1给出2008年世界电力装机比例，根据IAEA的数据，截至2008年底，全世界运行核电机组436台，总装机容量3.7亿kW，核电年发电量占世界总发电量的17%，累计运行超过1万堆·年。

据统计，在役核电机组超过30台的有美、法、日、俄4个国家，图2列出主要核能发达国家核电情况，其中美国104座核电机组，占总发电量的19.4%;法国59座核电机组，占总发电量的78%;日本55座核电机组，占总发电量的30%;俄罗斯31座核电机组，占总发电量的17%。各国核电装机容量的多少，很大程度上反映了各国经济、工业和科技的综合实力和水平。核电与水电、火电一起构成世界能源的三大支柱，在世界能源结构中有着重要的地位。

图1 2008年世界电力装机比例

图2 主要核能发达国家核电情况

我国是世界上少数几个拥有比较完整核工业体系的国家之一，目前共有11台在役核电机组，总装机容量为906.8万千瓦，占我国电力总装机容量的1.1%，图3给出了2008年我国电力装机比例。

图3 2008年我国电力装机比例

从图1和图3可以看出，法国、美国、英国和日本等发达国家使用核能这样清洁能源的比例远远高于中国。鉴于中国热能生产以高污染的煤炭为主要原料，而石油和天然气又不可能大规模进口被用于电力生产，因此，2007年国务院批准核电中长期发展规划，到2020年，我国核电总装机容量将达到4000万千瓦，在建核电容量1800万千瓦左右，共5800万千瓦，占电力总装机容量的4%［1］。

3 核能的优越性

能源是人类社会发展的支柱。能源包括化石能、太阳能、核能、地热能、水能和风能，其中化石能源是支撑现代社会发展的主要能源。随着能源需求量的日益增长，未来社会面临着能源枯竭的危险，同时，由于化石能源含有烟尘、产生气体 (CO2、SO2等)，其直接排放使得人类环境日益恶化，因此，寻求新的清洁能源是当今世界的主攻课题，表1中列出了各种能源的优缺点对比。

由于水能、风能、地热能和太阳能的作用或利用有限，满足不了日益增长的能源需求，因此，大力发展核能，势在必行。

表1 能源种类及优缺点

4 核电——发展绿色经济的重要途径

4.1 核电与火电对环境的影响

我国一次能源以煤炭为主，长期以来，煤电发电量占总发电量的70%以上。大量发展火电厂给煤炭生产、交通运输和环境保护带来巨大压力。随着经济发展对电力需求的不断增长，火力发电对环境的影响也越来越大。2004年，火电厂 SO2排放约1200万t，占全国排放总量的53.2%，2005年，我国发电用煤已达10.75亿 t。2010年1月26日，中国电力企业联合会 (中电联)发布《全国电力供需与经济运行形势分析预测报告》(2009～2010年度)，预计2010年我国电煤需求在16亿t左右，电力工业减排污染物，改善环境质量的任务十分艰巨。以一座百万千瓦级火电厂为例，每年要耗煤200～300万 t，每年向大气排放数百万吨 CO2、SO2、烟灰等有害物质，表2是百万千瓦级火电厂和核电厂对环境影响的比较。

表2 火电厂和核电厂对环境影响的比较

从表2可以看出，与火力发电相比，百万千瓦级核电厂每年少向大气排放烟灰、CO2、SO2、氮氧化物等有害物数百万吨，同时，也大大减轻了相应的交通运输压力。

有学者对我国20世纪90年代中期的煤电链和核电链对环境的影响进行了比较研究［2］。煤电链是指从采煤、洗煤、运输、发电到废渣的利用和处置;核电链是指从铀的开采、水冶、转化、浓缩、元件制造、发电、后处理到废物处置。煤电链是基于20世纪90年代中期的全国平均值，核电链中天然铀开采和提取的数值是基于全国的平均值，比较研究结果如下。

(1)对公众健康的影响。从对公众产生的辐射照射看，煤电燃料链为420人·Sv/GWa，核电燃料链为8.39人·Sv/GWa，煤电燃料链约为核电燃料链的50倍。就非辐射而言，采用健康危害评价方法，煤电链为12人·Sv/GWa，核电链为0.67人·Sv/GWa，煤电链比核电链高1个数量级。

(2)对环境的影响。在正常情况下就可观察到排放SO2和NOx等对森林、农作物等的明显影响。研究表明，1993年酸雨和SO2对江苏等东部七省农作物造成的经济损失为37亿元、森林为60亿元，1995年排放SO2的酸沉降对全国农作物和森林造成的经济损失为993亿元，如果加上对人体、建筑物、桥梁和设备等造成的危害，损失则更大。

根据环境保护部、国家统计局和国家发改委发布的《2009年上半年各省、自治区、直辖市主要污染物排放量指标公报》结果显示，全国SO2排放总量1147.8万t，化学需氧量排放总量657.6万t。相比之下，核电向环境排放的废物要少得多，大约是煤电的几万分之一。它不排放SO2、苯并芘，也不产生粉尘、灰渣，是排放温室气体最少的能源，也是减小温室气体排放经济有效的手段。

(3)对气候的影响。煤电燃料链温室气体排放系数约为1302g等效CO2/kWh，核电燃料链为13.7g等效CO2/kWh，煤电燃料链为核电燃料链的95倍。

相对于常规火电产生的大量温室气体和废渣来说，核电厂的废物排放量非常低，可以认为是零排放。但是需要说明的是核电并非严格意义上不排放，电厂需要排放放射性的废气、废水和废渣，只不过这些废弃物排放前会经严格的处理，保证其放射性和数量对于环境的影响在安全限值之下。核电厂在运行的过程中，设置了一套完善的“三废”处理系统，实际上，核电厂向外排放的放射性三废是很少的，仅为允许排放限制的0.01%～50%或更少。从美国一些压水堆核电厂在1970～1979年间的排放量和从欧洲几种堆型的核电厂在1974～1978年间的气态和液态排放量的平均值来看，由此给居民造成的最大剂量大约为本地辐射剂量的10%以下，对居民造成的平均剂量仅为0.01mSv/a左右，表3是各种液体放射性水平的一个比较。

表3 各种液体的放射性水平

中国核工业30年辐射环境质量评价表明:核工业对评价范围内居民产生的集体剂量小于同一范围内居民所受天然辐射剂量的1/10000。核设施周围关键居民组 (指所受剂量中的最大者)所受剂量基本上均小于天然本底的 1/10。秦山、大亚湾核电厂小于1/100。由此可见，核能是一种环境友好的绿色清洁能源。

4.2 核电的经济性

核电的发电成本由运行费、基建费和燃料费三部分组成，虽然其基建费高于火电，但核电厂运行可靠，燃料费要比火电低得多，同时极大地减少了运输费用，折算到每度电的发电成本，核电是具有一定竞争力的。

在美国建造一套100万千瓦核电机组的建设费用是20～60亿美元，平均造价为3000美元/千瓦。专家认为，只要核电的造价 (基础价)降至1500美元/千瓦，核电就能有经济竞争性。

根据最近各种机构对2000年后开始建造的核电厂经济性研究表明，除德国、英国外，100万千瓦核电厂的基础价均低于1500美元/千瓦:韩国为1495美元/千瓦，美国为1237美元/千瓦 (APWR)，法国为1179美元/千瓦，完全可以与火电竞争［3］。

目前对于我国核电的经济性来说，在影响核电价格的诸要素中，降低核电站造价是提高核电竞争力的重要措施，而核电国产化是降低核电造价的一个重要途径，以大亚湾和岭澳一期为例，表4列出这两座核电站与火电厂发电成本之间的比较。

表4 核电与火电发电成本比较(单位:元/MW·h)

由表4可以看出，核电与火电的发电成本目前还存在一定差距，随着国产化比例的提高，核电发电成本明显降低，在国产化达到50%时，核电较火电高出约10%;在国产化达到70%时，核电已较火电略低，并且核电发电成本在国产化比例继续提高以及我国核电形成规模效应后还有较大下降空间［4］。

同时，核电具有不排放温室气体、不污染环境的优势，有原料供应、价格稳定和电厂运行安全的优点，建设核电已成为解决世界能源短缺的最佳选择。因此，核能的利用不仅可以节省大量的煤炭、石油，而且极大地减少了运输量，大力发展核能是解决人类长远能源问题的重要出路。

5 核电的安全性

5.1 核电站不会象原子弹那样爆炸

核反应堆运行的安全性历来是公众对核能疑心和担忧的核心问题之一。其实，核电站在任何情况下 (包括被炸弹命中或飞机坠毁撞击)都是不会爆炸的。这是由于:

(1)核能的释放方式不同。核电站的反应堆是一种可以人工控制的、缓慢而有节奏地放出核能的装置;而原子弹是一种不受控制、已是不可控制的裂变反应，一旦引爆纯核燃料、超过临界体积就瞬间发生无控制的链式反应，发生核爆炸，这是核武器与核电站的根本区别。

(2)裂变物质浓度和装置方式不同。原子弹中的裂变物质235U或239Pu是高度浓集的(93%)，后面紧衬高效烈性炸药，配有引爆装置，一旦引爆就被迅速转变成精确而紧密的形状而引起不可控制的链式反应产生核爆炸;而反应堆中的核燃料含235U仅3%左右，被制成手指粗细的陶瓷丸，分散装在一根一根的金属管内，用控制棒控制链式反应速度，管外有冷却水循环流动带去裂变反应产生的热量。

核电站跟原子弹相比就像啤酒跟酒精的对比，酒精可以燃烧，而啤酒是无法点燃的。因此，无论在什么情况下，核电站也决不会发生原子弹那样的爆炸。

5.2 放射性物质外泄的可能性极小

核电站从设计上采取了所能想到的最严密的纵深防御措施，如核电站设置了“多道屏障”，可以有效地防止放射性物质泄漏。

(1)第一道是燃料包壳。燃料芯块叠装在诸合金管中，把管子密封起来，组成燃料元件棒 (一般称为元件包壳管)，它能够使98%的放射性物质密封在里面。

(2)第二道是压力容器 (一个耐高压的大型密闭容器)。燃料包壳密封万一破坏，放射性物质漏到水中，但仍然在密闭的一回路系统中 (也称为反应堆冷却剂压力边界)，主要包括壁厚为200mm左右的压力容器和不锈钢管。

(3)第三道是安全壳。安全壳是一个顶部为球形，四周为圆柱形封闭式的主厂房。外壁厚度达1m左右内衬碳钢的预应力混凝土，壁内呈负压。安全壳内对可能泄出的放射性物质设有专门的喷淋装置把泄出气溶胶放射物包裹在安全壳内。

所以可以说，放射性物质泄出这三道安全“屏障”的可能性是极小的，核电是安全清洁的能源。其实核电站一点都不可怕，它的辐射量比飞机辐射小，比常常看电视的影响还小。

5.3 多重保护

在出现可能危及设备和人身安全的情况时:(1)进行正常停堆;(2)因任何原因未能正常停堆时，控制棒自动落入堆内，实行自动紧急停堆;(3)如因任何原因控制棒未能插入，高深度硼酸水自动喷入堆内，实现自动紧急停堆。对一切重要设备都采取了类似的多种保护措施，如设置了两路独立的可靠的外电源，当一路外电源因事故停电时，可自动切换到另一路供电。万一两路外电源同时断电怎么办?不要紧，核电站里还有由柴油发电机提供的紧急备用电源。

专设安全设施人们常用“万无一失”来形容一件事物的安全可靠，而核电站为这极不可能出现的“一失”作出了周密准备，这就是专设安全设施。我们可以设想这“一失”是管壁很厚的一回路主管道断裂了。这时专设安全设施投入工作，首先向堆内高压注水，防止堆内“烧干”;压力降低后，低压注水系统工作，继续向堆内注水冷却。与此同时，安全壳与外界自动隔离;安全壳顶的喷淋系统自动喷淋冷水，降低安全壳的温度和压力;消氢系统投入工作，除去可能引起爆炸的氢气。

5.4 消除共因故障

若干装置或部件的功能可能由于出现单一特定事件或原因而失效，这就是共因故障。

核电厂在设计中尽实际可能采取适当的措施，如应用多重性、多样性和独立性等，使共因故障的影响降低到最小程度。

为完成一项特定安全功能而采用多于最少套数的设备，即多重性，它是达到安全重要系统高可靠性和满足单一故障准则的重要设计原则。在运用多重性原则的条件下，至少一套设备出现故障或失效是可承受的，不致于导致功能的丧失。例如，在某一特定功能可由任意两台泵完成之外，设置3台或4台泵。为满足多重性要求，可采用相同或不同的部件。

多样性应用于执行同一功能的多重系统或部件，通过多重系统或部件中引入不同属性而实现。获得不同属性的方式有:采用不同的工作原理、不同的物理变量、不同的运行条件或使用不同制造厂的产品等。

为提高系统的可靠性可在设计中保持多重系统部件之间的独立性和安全重要物项与非安全重要物项之间的独立性。

5.5 质量保证体系

核电站有着严密的质量保证体系。对选址、设计、建造、调试和运行等各个阶段的每项具体活动都有单项的质量保证大纲。另外，还实行内部和外部监查制度，监督检查质量保证大纲和初稿情况以及是否起到应有的作用。质量保证体系对参加核电站工作的人员的选择、培训、考核和任命有着严格的规定。以操纵员为例，要求选择基本素质好，有一定学历和工作经验的人员，经过课堂、核电站模拟机和核电站实际运行培训，再通过国家级的考试领取操纵员执照，然后才能上岗。上岗工作以后，还要进行再培训和定期考核，不合格都将被吊消执照。

5.6 发达国家对待核电的态度

在前苏联切尔诺贝利核电站事故后，国际原子能机构召开了几次大型国际会议，中、美、俄、法、日等许多国家的科学家再次冷静、客观地对核能进行了全面的分析和评价，他们都指出，与煤、石油等常规能源相比，核能的确是一种清洁、经济和安全的能源。在切尔诺贝利核事故后，人们重新总结了经验教训，并在更加重视设备先进性和管理科学性的前提下，积极发展核电，事实上，由于核电站成熟的技术和充分的安全保证，使得一向谨慎的西方政治家敢于把核电站放在纽约、巴黎等国际大都市附近。

在人口稠密的欧洲，包括美丽的塞纳河畔，星罗密布着一百多座核电站。面积和广东省差不多的法国就有58座，据这些地区监测表明，核电站对公众个人所致的辐射剂量，平均0.75mSv/a，还不到乘飞机从旧金山到北京往返一次所受的宇宙线照射剂量，比照一次X光胸透剂量的1/10还小。

6 中国核电发展规划

6.1 世界核电复苏

进入新世纪以来，在全球经济社会发展对能源需求不断增长、温室气体排放导致全球变暖的大背景下，世界核电发展出现明显的复苏。

奥巴马总统上任后表示，美国已经准备好在应对气候变化的全球发挥“带头”作用，计划在10年内建立一个清洁能源经济，支持建设新的核电机组，到2020年新增核电装机5000万千瓦。

普京在世界千年峰会上发出“大规模发展核能的倡议”，并在不久前提出，俄罗斯将大幅提高核电比重，计划在2030年前建设26座新的核电站，使核电发电量在总发电量中的比例达到25%～30%。

日本为削减CO2的排放，于2006年8月制定了核电发展计划，将核电的比重提高至2030年的40%;韩国也于近期宣布，其核电发展目标由目前的 38%提高到 2030年的65%;目前印度、乌克兰等都有大规模建设核电站的计划，英国正鼓励核电建设，意大利表示对建设新核电厂感兴趣，一些发展中国家发展核电的呼声高涨，已有10多个国家或地区有计划或有意向发展核电，只要世界经济社会发展对电力增长的需求不改变，全球气候变暖对减少温室气体排放的需求不改变，核电复苏发展的大趋势就不会改变。

6.2 中国核电中长期发展规划

2009年9月21日，胡锦涛主席在联合国气候变化峰会上，向国际社会承诺，争取到2020年中国非化石能源占一次能源消费比重达到15%左右;温家宝总理于2009年12月26日出席在哥本哈根召开的联合国领导人气候峰会时，表示到2020年中国单位国内生产总值CO2排放比2005年下降40%～45%。这意味着可再生能源和核能将成为未来中国能源发展的一个重要战略选择。

根据保障能源供应安全，优化电源结构的需要，统筹考虑我国技术力量、建设周期、设备制造与自主化、核燃料供应等条件，2007年，国务院批准了我国核电中长期发展规划，到2020年，核电运行装机容量争取达到4000万千瓦，在建核电容量1800万千瓦左右，共5800万千瓦，占电力装机的4%。

在核电自主化方面，实现先进百万千瓦级压水堆核电站的自主设计、自主制造、自主建设和自主运营，全面建立与国际先进水平接轨的建设和运营管理模式，形成比较完整的自主化核电工业体系。

在运行业绩及核安全方面，确保已投运核电站安全可靠运行，主要运行指标达到世界核电运行组织 (WANO)先进水平。2020年以前新开工核电站的主要设计指标接近或达到美国核电用户要求文件 (URD)或欧洲核电用户要求文件(EUR)的同等要求。

随着各核电建设项目的纷纷上马，目前我国核电厂发展情况见表5。

表5 我国核电厂发展情况

由表5可见，我国核电厂机组共计60台 (包括运行、在建、待批)，核电装机容量约为6000万千瓦，已超过《核电中长期发展规划 (2005～2020年)》中2020年预计的4000万千瓦。由此可见，目前我国正处于核电快速发展时期。

目前国家正在开展《核电中长期发展规划(2005～2020年)》 (2007年10月国务院颁布)调整研究工作，预计2020年装机容量将达到7500万千瓦以上，在建4000万千瓦以上，“十二五”和“十三五”期间，平均每年将新开工建造8台百万千瓦级核电机组，在未来相当长时间内，我国将是世界在建装机容量最大的国家。

7 核与辐射安全监管

7.1 我国核与辐射安全监管机构和监管职责

我国的核安全监督机构是国家核安全局，其基本职能是依照我国的法律、法规，对民用核设施实行独立的安全审评和监督。其职责包括:

(1)制定核与辐射安全规章和技术标准;

(2)实行安全许可管理。开展深入的技术审查和验证，颁发或吊销核设施、核技术利用、放射性废物处置设施、核安全设备、放射性物品运输等项目 (或活动)的安全许可证件;

(3)审查和批准环境影响报告书;

(4)核与辐射安全监督检查;

(5)组织开展辐射环境质量监测，建立国控网;开展核设施周围环境监测;

(6)开展核与辐射事故应急、反核恐怖;

(7)核与辐射事故的调查和处理;

(8)调解和裁决核与辐射安全纠纷;

(9)核与辐射安全的科研、宣传教育及国际合作;

图4为我国的核与辐射安全监督管理组织体系。

图4 我国的核与辐射安全监督管理组织体系

核与辐射安全监管不同部门的职能不同。国家核安全局的职能主要是政策制定、行政许可、行政执法和重大问题的决策;核安全与环境专家委员会的职能是决策咨询;地区核与辐射安全监督单位的职能是现场监督检查;而核与辐射安全中心作为环境保护部 (国家核安全局)全方位的技术支持机构，负责核与辐射安全技术法规编制、安全审评、试验验证、运行安全、研究开发、事件和事故处理和应急响应、人员培训、公共宣传及技术咨询等各方面的技术支持。

7.2 核与辐射安全监管所面临的挑战

随着国家中长期核电规划的提出，核工业的蓬勃发展，我国的核与辐射安全监管工作也面临着新的挑战，主要体现在:

(1)多种核电技术共存，包括二代改进型、EPR、AP1000、CANDU、高温气冷堆以及自主设计的30万、60万千瓦机组;核电多国引进、多种堆型、多类标准和多种技术，造成工艺不同、系统不同、运行和管理模式不同，给监管工作带来了新的挑战。

(2)法规标准规范滞后。我国已建成的11台核电机组中，存在美国、法国、加拿大、俄罗斯等多种规范标准，很难强求一致，法规标准体系的建设是我们面对的现实难题，制定出我国自主化的核电设备设计制造标准体系，是实现核电设计自主化、核电生产批量化和国产化的基础。

(3)核能快速发展造成短期内核工业界人才稀释和能力不足，包括高素质工程技术和工程管理人才的稀释，核设备制造能力、核岛建设安装能力以及研发设计能力的不足，整个行业的核安全文化和质量保证有待提高。

(4)安全监管机构、人力和能力不足。我国现阶段的监管力量与核电发展形势不匹配，监管人员、监管经费以及核安全监管技术能力不足。图5是我国与其他国家监管力量的对比。

7.3 核与辐射安全监管发展目标

根据我国的实际情况，提出到2020年我国核与辐射安全监管发展目标:

(1)核与辐射安全与核能核技术同步发展，使我国核与辐射安全总体水平达到国际核能核技术发达国家的平均水平;

图5 我国与其他国家监管力量对比

(2)建立比较完整的核安全、辐射安全、辐射环境监测的法规体系;

(3)独立于发展、与核能核技术发展相适应的组织体系，监管人员数量与监管工作需要相适应;

(4)相对独立和较为完整的核与辐射安全监管技术能力体系。掌握核与辐射安全技术规范、技术审查、分析评价、实验验证的核心技术;

(5)加强核电厂运行安全监督管理，完善运行经验反馈，建立安全评价指标体系;

(6)加强新建核电厂和核设备制造厂的监督检查，提高核电工程公司的准入条件，确保建造质量;

(7)促进放射性废物管理的技术进步，建成低中水平放射性废物区域处置场，建成高水平放射性废物的地下实验室;

(8)建立全国联网的放射源监管系统，实施对危险放射源的远程监控，大幅度降低辐射事故;

(9)完善全国辐射环境监测网络体系;

(10)建立和完善公众参与和信息公开制度。

8 结语

我国从核电技术引进、消化、吸收、自主创新，到核电大规模建设，经历近30年，很快将成为核电机组数量上的大国;但是，要成为核电强国还需要潜心努力;因此，必须远近结合，科学规划、系统布局、积极实干，力争在较短时间内能与国际先进水平并驾齐驱，走在前沿。

应该并相信核工业能够像胡锦涛总书记寄予的那样:又好、又快、安全发展!

积极、安全和稳健地开发核电，是对发展经济、调整结构、保护环境、和谐发展的有力支持。

［1］叶奇蓁.中国核电发展战略研究.电网与清洁能源，2010.26(1)

［2］潘自强，马忠海等.我国煤电链和核电链对健康、环境和气候影响比较.辐射防护，2001，21(3)

［3］赵仁恺.中国核电发展的现状及展望.国土资源，2004，3

［4］陈衬兰.基于工程造价及发电成本的核电与火电研究.科技与管理，2005，4

Nuclear Power-The Hope of Green Econom y

TIAN Jiashu，WANG Chuang
(Nuclear and Radiation Safety Center，MEP，Beijing 100082，China)

The thesis introduces the current situation of nuclear power development and developed countries’attitude towards nuclear power as the demand for energy consumption is continuously increasing with the global economic and social development and the green house gas emission leads to global warming.By comparison of the impact to the environment and the generating cost between thermal power and nuclear power，it is of great significance to strengthen nuclear power development to carry out internatio-nal cooperation on low-carbon economy and to enhance self-innovation for developing the green economy and dealing with climate change.Based on the analysis of nuclear industry development in China，the Mid-Long Term Development Plan for Nuclear Power has been set up，and challenges and objectives of nuclear and radiation safety regulation have been brought forward.

nuclear safety;green economy;development strategy;safety regulation;development goal