发展核能 助力建设美丽中国

张航源，胡世杰，杨 强

(成都理工大学 核技术与自动化工程学院,成都 610059)

1 发展核能的必然趋势

回顾我国社会发展进程，在能源利用上和西方有许多相似的地方。西方发达国家发展过程中的经验和教训都值得我们借鉴学习。Bruce Podobnik在《全球能源变化：动荡时代的可持续发展》书中提出从了“能源变化体现能量转型”的观点，他认为能源转型经历了从煤炭到石油，再从天然气、水电和核能到风能、太阳能等可再生能源这样几个阶段。[1]要了解主要发达国家能源利用发展趋势，就需要重点关注能源转型的关键时间节点，这样才能更准确把握发展生产力与能源革命之间相互影响的客观发展规律。

18世纪60年代，蒸汽机拉开了第一次工业革命的帷幕，人们通过使用煤，实现了利用蒸汽机作为动力进行大量生产，极大地提高了生产力，人类从此进入“蒸汽时代”。随着工业革命的开展，英国、荷兰、德国、美国等国家煤炭能源在能源消耗中占的比中越来越大。到 1938 年时，煤炭在英国能源结构中的比重达到历史峰值( 97.7% )[1]。

19世纪60年代后期，人类在新能源的探索方面不断取得突破，以煤气和汽油为燃料的内燃机诞生，同时石油也开始作为国家能源消耗的重要组成部分登上历史舞台。

前两次工业革命中，煤炭、石油在工业生产和日常生活中大规模的应用，使人类社会从农耕文明步入工业文明，但随之而来的是环境遭受严重污染。数以十万计的烟囱、蒸汽机释放出大量烟尘和二氧化硫。随着工业革命的扩展深入，污染也在德国、美国、日本等国家出现。由空气污染带来了一系列的生态环境问题，严重影响了生物圈的生态平衡甚至危及人类自身生命健康。当这些发达国家意识到这个严峻的问题后，便立即加大投入发展新型清洁能源。以美国为例，尽管能源结构仍然以传统能源为主，但由于传统能源的不可再生性、对环境污染严重等原因，使得新能源政策在美国能源政策中占据越来越重要的比重[2]。不仅对于美国，在世界上的主要国家中，发展绿色、低碳、高效的新能源已经成为一种趋势。

表1 部分国家(地区)核电现状(截至2017年7月1日)

注：数据来源国外核新闻：世界核电现状

截至2017年7月1日，全球运转中的核电机组447台，有59台正在建设中。其中美国在运机组最多，为99台。法国、日本、俄罗斯分别为58台、42台、35台，中国为36台(包括中国台湾地区的6台核电机组，2016年的核发电量为30.5 TWh，占台湾地区总发电量的16.3%)[3]。2016年核电发电量占全球发电量10.6%，其中全球核发电量最多的国家是美国，核发电量为805.3 TWh，占美国总发电量的19.7%，其次为法国，核发电量为384 TWh，占法国总发电量高达72.3%，中国核发电量为210.5 TWh，仅占中国总发电量3.6%。因此，在全球来看，虽然我国核发电量比较高，但在我国总发电量中所占的比例却很低，相比美国、法国等发达国家，核电在我国发展空间广阔、发展潜力巨大。

2 我国能源可持续发展的思路

从我国能源消费总量趋势图中可以明显看出，我国能源消费一直保持增长趋势，尤其是自2000年以来，都保持高速增长。尽管2012年以后，增长速度放缓，但也一直保持增长势头，能源消费总量在2016年达到了43.6亿吨标准煤。而煤炭消费在能源消费总量中一直占据主导地位。但自2014年开始，煤炭消费量开始连续3年下降，这是自1999年连续15年增长后的首次下降。

根据图2的2016年能源消费总量及构成，可以看出能源消耗结构仍以煤炭、石油为主，分别占62%、18.3%[4]。天然气、一次电力及其他能源所占的比例还较低，分别为6.4%、13.3%。

表2 中国能源消费总量及煤炭消费量(2000-2016)

注：数据来源国家统计局.中国能源统计年鉴

图1 能源消费总量趋势图(1980-2016)Fig.1 Trend map of total energy consumption (1980-2016)

图2 中国能源消费总量及构成(2016)Fig.2 Total energy consumption and its composition in China (2016)

图3 一次电力及其他能源占能源消费总量百分比趋势Fig.3 Trend map of percentage of electricity and other energy consumption in total energy consumption

但从纵向比较来看，在近几年，风能、一次电力及其他能源占能源消耗总量的比重越来越大。尤其是2011年以来，一次电力及其他能源在能源消费总量中所占的比重逐年上升。这与我国推动绿色发展，积极发展清洁、低碳能源的努力是分不开的。

在《能源发展“十三五”规划》中明确要求到2020年，我国的煤炭消费占一次能源消费的比重要下降到58%以下，而低碳能源的比重上升到25%。在《能源生产和消费革命战略(2016-2030)》中进一步提出了能源革命目标，要求到2030年 “可再生能源、天然气和核能利用持续增长，高碳化石能源利用大幅减少”。低碳能源占比继续上升，达到35%[5]。到2050年，“能源消费总量基本稳定，非化石能源占比超过一半”[5]。从中可以看出我国进行能源革命的思路，也可以看到我国正朝着建成绿色、低碳的现代化的能源体系的方向发展。发展核能正是顺应了世界能源转型发展的趋势和我国能源革命的必然要求。

3 核能开发利用的必要性

3.1 环境的迫切要求

随着城市工业化和城镇化的快速发展，环境污染等问题也日益严重，环境问题已成为制约国民经济与社会发展的重要问题之一，空气质量的好坏也已成为影响人民生活幸福指数的重要因素。煤炭、石油等传统能源虽为发展生产力、提高国民生活水平做出重要贡献，但在人们生产生活中不断释放出大量的有毒有害物质，破坏了生态环境。不仅影响了人们的正常生活，还严重威胁着人民的身心健康。

表3 废气中主要污染物排放(2012-2016)

注：数据来源国家统计局.国家数据

煤炭的大量使用导致我国大气污染中主要呈现煤烟型污染特征，主要污染物是烟尘和二氧化硫,我国二氧化硫排放量在逐年减少，但基数较大。在2017年6月5日环保部发布的《2016中国环境状况公报》中显示，2016年，全国388个地级及以上的城市中，仅有84个城市空气质量达标，占全部城市数的24.9%，338城市发生重度污染2464天次、严重污染784天次，以PM2.5为首要污染物的天数占重度及以上污染天数的80.3%[4]。

由煤炭、石油能源带来的环境污染问题迫在眉睫，大力发展清洁能源，推动核能等清洁能源成为能源增量主体，是实现绿色发展的重要途径。

3.2 我国电力需求

社会经济的快速发展，人民生活水平和质量全面提高，必然会带来能源消费增加的问题。我国已然成为能源生产和消耗大国。分析表4电力消费量，可以得出我国电力需求大而且并将保持持续增长态势。有专家指出，综合多方面因素考虑，预计于2020年和2030年社会用电量分别达到7.3万亿kW·h和10万亿kW·h，今后中国电力需求仍会保持中低速增长[6]。

核电厂、风电厂等使用清洁能源生产电力的电厂生产电力量在明显增长。2016年，我国风力发电量达到2410亿kW·h，成为我国第四大电源[7]。然而对于风电厂、水电厂厂址的选择，受自然条件如地理位置的限制，这就决定了当风电厂、水电厂达到一定数量时就会面临饱和的状况。其发电量也很不稳定，受气候季节影响。而发电量最稳定可靠的就是火电厂和核电厂，但火力发电存在环境污染和温室气体排放问题，原料价格的上涨也带来成本问题。在技术开发层面，其他可再生能源的利用也正处于创新试验的阶段，在传统能源不断减少情况下，远远不能满足我国持续增长的能源需求。

注：数据来源国家统计局.国家数据

在今后很长一段时间内，中国的电力需求还会持续增长。在本着保护生态环境的原则以及建设美丽中国的要求，核电作为安全、清洁、高效能源，加快发展核能无疑是解决环境保护与不断上升的电力需求之间矛盾最为现实的途径之一。

3.3 核能的突出优势

虽然水电厂、风电厂、光伏发电厂、核电厂等电厂在发电过程中我们认为是清洁低碳的，但如果把电厂的前期建设、中期运行、后期维护等考虑在内，那么这些发电厂就都会有一定量的碳排放。生产相同的电量，假设燃煤电厂的碳排放量为100g，那水电厂的碳排放量为18g，风电厂的碳排放量为3.7g，光伏发电厂的碳排放量为21.4g，而核电厂的碳排放量仅仅为1.6g，并且几乎没有任何有害气体排放。

截至2017年7月1日，我国在运核电机组净装机容量有3263.7MWe，假设负荷因子为80%，那么每年就可减少二氧化碳排放量大约2.33亿吨，相当于每年9.3～18.6万平方公里的森林吸收的二氧化碳。相比较煤炭，发展核电，不仅大大降低了煤炭运输成本，还解决了发电过程中环境污染和温室气体排放的问题。

1公斤铀完全分裂产生的能量相当于3300吨优质煤的发热量。同理，核电厂和燃煤电厂产生同样的功率，煤的重量要比核的重量大300万倍以上[8]。如果考虑采矿、加工、运输、尾矿、发电整个环节，相比于燃煤电厂在整个过程中，人群中平均每个人接受的当量剂量总计57.9 Sv·MW-1，而核电厂只有13.19 Sv·MW-1。从健康风险角度来看，燃煤电厂致死率为2.893人·MW-1，核电厂也比燃煤电厂低得多为0.660人·MW-1[9]。

国家推动发展新能源电动汽车，在新能源电动汽车代替燃油汽车的过程中，利用核能等清洁能源发电可以防止出现以燃煤代替燃油的现象，间接减少燃油机动车向空气中排放尾气。

杜祥琬院士认为，我国的煤炭消耗一半是用来直接燃烧，另外一部分是散烧煤。核能供暖技术的不断成熟为北方地区冬季供暖提供了新思路，未来可以解决人们冬季用散烧煤进行取暖带来的污染等一系列问题。

3.4 核能安全性

与其他国家相比，我国核电起步较晚， 1991年我国第一座自主设计建造核电厂投入运行。国务院在2005年提出了“积极发展核电”的方针后，中国核电开始快速发展。在2011年日本发生福岛的核事故，有关部门立即组织了专家对我国在建和在运的核设施进行全面综合的安全检查。检查的结果是我国核电厂的安全有保障，不会发生类似日本福岛核事故的事件，风险是可掌控的[10]。

在综合分析前几次国外重大核事故发生的原因之后，我国核电工作的科技工作者、建设部门决策者认真吸取经验教训，一直把核安全作为我国核能发展的生命线和重要保障。目前，我国采用的是国际最新的安全标准，正在安全高效发展核电。

从核电厂排入环境的放射性流出物及对公众产生的剂量看，尽管核电厂内有大量放射性物质，但这些放射性物质被严密地在包含在经过严密设计的安全壳等多层防护的屏障中。在正常运行甚至出现事故的情况下，排除的放射性物质都不会对周围居民产生急性辐射效应。截至目前，我国从没有一起因辐射致死的事故发生。

在2016年，我国环境中天然放射性核素浓度处于本底水平附近，并且人工放射性核素浓度亦未出现异常。全国范围内，环境电离辐射水平、地区实时连续空气吸收剂量率及累积剂量均处于本底涨落范围之内[4]。核电厂周围环境的辐射水平也一直处于天然本底涨落范围内。

4 结论

在中国特色社会主义进入了新时代的背景下，经济发展进入由高速度向高质量转型的关键期，能源供给侧结构性改革是一项重要内容。传统能源污染严重且不可持续，电力需求不断上升，要解决这些问题，要求我们必须尽快完成能源转型发展，逐渐增加可再生能源与核能在能源消耗总量中的比重，考虑到核能在发电方面稳定、更加清洁、安全性高等的突出优势，尤其应该继续大量发展核电。

大力推进生态文明建设，建设美丽中国。 在新发展理念的引领下，绿色、低碳、高效的核能必然成为中国能源转型重要组成部分。