核能发电的未来

  发布时间: 2020年05月22日 06:07:53   作者: 广丰能源网

美国核能发电不但能消除核战的威胁,还能应对另一大世界问题:气候变化。核能发电产生的二氧化碳更少。根据美国哥伦比亚大学气象学家分析,核能发电虽然在美国发电总量中只占20%,但是却减少了640亿公吨的温室气体排放。核能发电也不会像燃烧煤炭的火电厂一样烟雾滚滚,造成其他空气污染,可能也因此拯救了180万条生命。

简易版的核电站工作原理图。图片来源:wikicommons

核能发电技术,是我们抵御灾难性气候变化的关键。我们不能把所有化石燃料都烧了。但是我们也要知道,只要化石燃料还是最廉价的能源,人类就仍会拿它来燃烧发电。煤炭燃烧产生的温室气体,在全球排放量中几乎占了一半。如果我们能把这些火电站换成现代安全的核反应堆,我们很快就能减少污染。

历史上温室气体排放量出现的最大下滑,发生于上世纪七八十年代的法国。当时法国正逐步由燃烧化石燃料发电过渡到核反应发电,每年都能减少大约2%的温室气体排放。科学家预测,全球变暖污染物的排放量每年至少应减少6%,我们才能阻止“危险的”气候变化。从全球范围来看,除了使用核能之外,我们不知道还有什么方法能达成这一目标。现在我们面临的唯一问题是:我们的核反应堆还不够多。

核能引领未来

中国在建设新型核反应堆上已占据世界领先地位。根据世界核能协会的统计,目前在中国全境有29座核反应堆正在建设之中,还有59座已经提交方案。中国建设的核反应堆,还不仅仅局限在一般的那种使用水和铀燃料棒的反应堆,还包括最初由加拿大设计的重水反应堆,以及尚处于测试阶段的小型快速反应堆。

但我们也要知道,就算中国准备建设的所有核电站都能顺利完工,该国仍有50%的电能要通过烧煤获得。而且在核电站建成之后,中国全部核反应堆最多能提供的电能总量,和美国现役的核电站提供的电能总量其实相差不大。另外,核电站在建设过程中也少不了要用钢铁和水泥,还有制造核燃料必须的浓缩铀,或者如“兆吨换兆瓦”计划那样,将核武器的高浓铀转化成低浓铀,用于核能发电。这些材料在其本身的制造过程中,都会产生温室气体。根据美国能源部国家可再生能源实验室的说法,这相当于在核电站服役期间,它每生产一千瓦时电能,就会排放大约相当于12克二氧化碳的温室气体——和风能漩涡发电机一样(它在建设过程中也要用到钢铁、塑料、稀土等材料),比太阳能光伏板略少。

但在世界其他地方,核能发电产业已逐渐萎缩。在2011年地震和海啸导致日本福岛第一核电站发生核泄漏之后,日本就再没启用核电站。那一悲剧事件也在世界其他地区掀起舆论巨浪。德国计划终止核能发电;就连法国政府也宣布,该国计划减少核反应堆的数量。美国即将建成5个新的核反应堆,来代替4个年事已高、在今年退役的反应堆。但其他旧反应堆也被纷纷关闭,比如新泽西州的奥伊斯特河核电站和佛蒙特州的扬基核电站。所以美国现役核反应堆的数量其实也在减少。

其中一个很大的原因是财政压力。建设大型核反应堆,需要花费大把金钱,来保证其安全性和可靠性。比如说,美国如果想把核能发电提供的电量提升到其发电总量的四分之一,就需要再建设1000座新型核反应堆(增设,或者替换旧反应堆)。从现在的物价来看,要在乔治亚州建设两座AP-1000型反应,需要投资7万亿美元——虽然因为工程浩大,总价可能有所下调,但仍无疑是个相当可观的数目。

解决方法之一,是建设所谓“模块化设计”的小型核反应堆。田纳西流域管理局希望能在田纳西克林奇河核电站建设一个这样的反应堆,以此来推动小型核反应堆的发展。美国政府曾试图在克林奇河核电站建设自己的商用快速反应堆,可惜以失败告终。

那个未能完工的增殖反应堆,是美国已告结束的新型反应堆研发计划留下的遗产。同类反应堆还包括“实验性增殖反应堆”,它在爱达荷州成功运转了将近30年。

新开端?

也就是说,核能发电正越发受到科学界的关注——至少在冷战结束之后,这还是头一次。科学家正在研发使用新型反应堆,用替代冷却液来取代水——比如美国核能转换公司的熔盐冷却反应堆,以及美国洁净能源应用技术开发公司的液态铅铋反应堆。这类创新设计,吸引了包括比尔·盖茨在内的许多亿万富翁投资支持。核能转换公司甚至还在今年的美国能源部高级研究规划署年度峰会上,赢得了能源投资人颁发的最高奖项。比尔·盖茨说:“在核能的智能应用方面,只要新设计能符合严格的标准,我们就应该允许大胆创新……核分裂产生的能量,比燃烧碳氢化合物多上数百万倍。我们真应该好好加以利用。”

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