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未來核能發電技術

生活 更新时间:2024-11-24 10:25:40

目前,從歐洲的搶氣大戰到英國的油荒,能源問題成為市場關注的高頻詞彙,相對于煤炭、石油等大宗商品,天然氣一躍成為今年年内漲幅最大的品種,英國天然氣的價格年内漲幅已經超過250%,而歐洲天然氣和電價的飙升已經引發了當地民衆對能源危機的恐慌情緒。當然,很多人也有疑問,全球電力緊缺,為什麼不大力發展核電呢?我們從排放、成本、安全、廢物處理4大原因告訴你答案。#電力緊缺為什麼不大力發展核電#

未來核能發電技術(為什麼不大力發展核能)1

核電的二氧化碳排放—似乎是最佳選擇

一個家庭消耗一千瓦時電量,用核能發電所排放的二氧化碳量是12克,而火電廠排放的二氧化碳量為820克,這也是人們支持核電的主要原因之一。

IPCC對各種燃料進行的生命周期評估表明,核電生産的平均二氧化碳排放量與可再生能源的平均排放量相當,與天然氣和煤炭相比,核電碳排放要低很多,因此,作為天然氣和煤炭的替代品,核電肯定排放量較小,并且可能是一種可行的低碳能源選擇。但這不一定意味着核電是世界能源需求的長期最佳解決方案,除了要考量碳排放外,成本、安全和廢棄物處理,才是阻礙核能發展的最大問題。

未來核能發電技術(為什麼不大力發展核能)2

核電廠建設—速度緩慢且成本高昂

核電的成本極其高昂,而且建設速度非常緩慢。當然,核電廠在建成後,能源成本看起來似乎很低,這主要是因為核電在運行過程中,使用到的物理燃料很少,但實際建設和退役成本卻是巨大的經濟負擔。

據統計,建設一個核電廠需要大約500億左右的支出,而且在核電廠建成後,30年内的運行費用大概要占據2000億的運營費用,這對于單個工廠來說,顯然是一個不同尋常的數字,而且,你還必須要考慮一些超出計劃的預算。

在全世界,隻有法國核電發展得最為成熟,其能源消耗的75%主要是靠核電來提供的。但不幸的是,不是每個國家都和法國一樣,在很早就提出強有力的核電計劃。同時,對于其它國家而言,使用核能作為太陽能和風能的過渡燃料的機會已經過去,從安全和廢棄物處理這兩點,要讓核能站穩腳跟,似乎并不存在如此巨大的動力。

未來核能發電技術(為什麼不大力發展核能)3

安全因素—最安全和超強破壞力

核電站建設緩慢而代價昂貴的主要原因來自于安全問題。在核能的曆史上,發生過三次核洩漏事故,分别是1979年的美國三裡島、1986年烏克蘭的切爾諾貝利以及2011年日本的福島核洩漏事故,其中,後兩次屬于大量核輻射洩漏事故。

在切爾諾貝利事故中,有31人死亡,預計至少還有4000人因輻射而患上緻命癌症。福島事故由于控制得當,隻有2人死亡且都與輻射無關,但預計也至少有120人因患癌而死亡。由于持續輻射,人類無法在這一地區生存,至今,這些發生過核洩漏的核電廠仍然被設為禁區,這造成數十萬人不得不搬離,永遠無法返回家園。

未來核能發電技術(為什麼不大力發展核能)4

切爾諾貝利事故發生地

切爾諾貝利事故造成的經濟損失預估接近萬億,遠超烏克蘭的GDP,與此同時,福島災難發生在一個人口更多,更發達的地區,估計讓日本的損失超過3萬億,占其GDP的10%左右,盡管美國三裡島沒有人員傷亡,但僅清理費用就花費了數百億。

當然,這似乎更多的是公衆認知的産物。其實,人均核電危害實際上是最小的,根據福布斯統計,與煤炭、天然氣、甚至風能和太陽能相比,核電造成的死亡人數要少很多,但是,這種低死亡率的主要原因是已經對核電站實施了嚴格的安全法規。當然,這就好比飛機和汽車,其實汽車導緻的事故遠比飛機嚴重得多,但飛機失事更能引起人們的注意,因為它的破壞力很強,核事故也是如此。

此外,核反應堆中的鈾,并非無限供應,按照目前的提煉方法,僅剩下大約230年的鈾供應量。

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廢棄物處理—目前仍沒有完美解決方案

核能的最大風險不是熔毀的風險,不是鈾的供應,而是核廢料。目前所有的商業核電站都是通過核裂變過程工作的。随着放射性元素衰變,單個原子分裂成多個,但與此同時也會釋放能量。不同的核反應堆處理方法大同小異,一般都是通過将水加熱成蒸汽來捕獲釋放的能量,蒸汽流經渦輪旋轉機發電。

在核電站使用大約6~8年後,它會釋放出足夠的能量,不再用于核反應堆,但這并不意味着它已經完成了能量釋放,燃料棒将保持足夠的放射性,在移除後的數萬年或數十萬年内仍然會釋放放射性物質,所以問題是,核廢料該如何處理?

答案似乎很簡單,把它們放在一個它們可以留下來的地方,不受幹擾,永遠孤立,但這并不是那麼容易。目前對核廢料的處理方式主要有三種:現場儲存、後處理乏燃料以用于其它核電站或長期深度儲存。

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首先我們來說說現場儲存,簡單說就是在當前核電站進行儲存。當從反應堆中取出燃料時,會将其直接投入水中并留在那裡,由于水在屏蔽輻射方面做得很好,所以這是一種廉價且簡單的儲存方法。由于燃料棒仍在釋放能量,因此得繼續加水,通過冷卻系統和泵将水保持在沸點以下。但要做到這一點,工廠需要電力,如果電源或發電機出現故障,泵和冷卻系統将停止工作,因此水會變熱并可能沸騰。水是阻擋輻射的東西,所以如果沒有水,輻射就會直接進入環境。

事實上,福島核洩漏就是這樣發生的,主電源和備用電源都出現故障,因此乏燃料池的泵和冷卻系統無法運行,從而使得水升溫,幸運的是,在足夠的水蒸發後将大量輻射釋放到環境中之前,情況就得到了控制,但如果不是這樣,數千人可能會因此而喪生。

一旦核廢料在儲存池中冷卻10~20年後,它們通常會被裝進桶中,然後用混凝土和鋼制容器隔離起來,這樣會阻擋輻射,但這種解決方案遠非永久性的。它必須不能發生地震,也不能承受海嘯,而且這些隔離物也需要維護,如果沒有人類,随着時間的推移,它們很容易被損壞或破壞,并向環境釋放輻射。

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日本福島核電站

其次是後處理乏燃料用于其它核電站,這聽起來是一個完美解決方案,但事實并非如此。據科學家稱,後處理乏燃料的後果之一可能是核武器擴散,這種回收過程的副産品是更多的钚,可以很容易被用來制造武器,此外,隻有一小部分經過再處理的廢物可以被再次使用,仍然會留下大量放射性物質。最重要的是回收這些廢料需要大量成本,因此,最終對于我們當前核廢料的唯一較優解決方案是長期儲存。

不幸的是,目前唯一建設長期儲存設施的國家是芬蘭,其餘的都隻是在現場儲存核廢物,沒有長期儲存的選擇或前景。據介紹,芬蘭正在波羅的海沿岸的一處建設核廢料永久儲存場所,該地區基本上沒有自然災害,沒有地震、沒有海嘯,沒有遇到任何可能損壞核廢料儲存的自然現象。因此,他們在500米以下的穩定基岩中建造世界上第一個永久性核廢料儲存設施,目前剛剛完成挖掘工作,到2120年,它們将用核廢料來填充設施,它們會挖掘帶有小孔的長隧道,在其中放置核廢料桶後,用黏土回填隧道,以便永久保留,有了這個系統,核材料洩漏到地下水中的風險幾乎為零,一旦被填滿,就可以永遠留在那裡了。

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總之,核電是一種有争議的能源,由于公衆的想象力和其系統的複雜性,核能需要大量的初始資金和時間才能成為“清潔”能源的可行來源。在擺脫化石燃料的過程中,使用核能不失為一種比較理想的過渡方案。

但其實,目前太陽能和風能等可再生能源還遠未發揮其潛力,尤其是在我們解決了電池的存儲問題之後,與核能相比,可再生能源不僅便宜,而且還可以快速生産并以分散的方式在大多數地區廣泛傳播,雖然核能确實具有巨大的功率輸出的好處,但它是一種緩慢而笨重的野獸,如果我們要迅速有效地擺脫依賴化石燃料的能源網絡,我們仍得探索其他能源選擇。

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