福岛核事故启示:重视核安全 核电发展趋势不改变

处理核电厂严重事故的关键是早期采取有效措施，防止事故扩大。福岛第一核电厂从堆芯失去冷却到氢爆，放射性物质从压力壳到安全壳再释放到大气，持续了几到十几小时的时间，东京电力在事故早期没能采有效措施缓解事故后果。以后的发展每况愈下，直到放射性物质充满整个建筑物，高放废水淹没多间厂房，氢爆和火灾毁坏安全壳和建筑物，大量放射性物质直接释放到大气和海水中，状况越来越不可收拾。

防止氢爆是缓解严重事故的关键环节。事故早期，要密切监测关键部位的氢气氧气浓度，达到燃爆点前，采取包括人工排放在内的有效措施防止燃爆。诚然，在堆芯熔毁的情况下，氢气混在含有大量放射性物质的蒸汽中，向大气排放会造成环境污染。这可以和发生氢爆摧毁安全屏障而释放的放射性物质量评估比较，定性结论是前者小于后者。

在今后的核电厂安全特性改进中，要特别防止三道安全屏障在短时间被穿透的故障树。福岛核事故显示：在某些条件下，堆芯熔毁和放射性物质贯穿三道安全屏障向大气排放的概率几乎在一个数量级上，而此前核电厂概率风险评价的结论是两者相差10倍以上。这显示，有必要进一步改善核电厂安全特性设计，根据福岛核事故教训调整概率风险评价的故障树假设;在二代改进型和三代核电设计中，要采取措施缓解发生堆芯熔毁严重事故后的进程，就像三代核电AP1000所做的那样，我们会在下文讨论。

在这次核事故中，乏燃料水池暴露了问题，发生了福岛第一核电厂几个乏燃料水池失冷、熔毁、氢爆、放射性物质释放的严重事故。这表明，核电厂设计者、运营者和核安全管理当局过去关注不够，看来核电厂严重事故似乎应该追加乏燃料熔毁工况。乏燃料水池应该设置在密封厂房例如安全壳中，冷却系统的可靠性安全性也要大幅度提高。

切尔诺贝利和福岛两次7级核事故敲响了警钟，自从人类和平利用核能以来，已经给地球造成了两块“伤疤”，谁也不想看到第三块“伤疤”的出现，让我共同努力制止吧。

核电发展趋势不会改变

发展核电是一个国家能源结构的重大决策，一旦确定就不能轻易改变。核电是当今世界唯一可以大规模取代化石燃料的清洁能源，具有较大的单机容量，在电网中承担基本负荷，年运行可达7000小时以上。相比之下，风能、太阳能等新能源属于间歇性、随机性的电源，有风就发没有风就不发，年运行也就在2000-3000小时，可调性较低，大规模接入会对电网有较大影响。目前，核电占世界总发电量的16%，无法用风能、太阳能等新能源所代替。

历史上两次严重核事故对世界能源发展是灾难。三里岛核事故使公众对核电产生了恐惧，美国行政当局采取了弃核政策。取消了全部计划建造项目，停止了绝大部分在建项目，直接经济损失巨大。从长期看，美国之后的30年间没有新建核电投产，电力缺口是用化石燃料弥补的，多消耗了大量的石油、天然气和煤炭。这就回答了我们前边提到的问题，为什么美国要执行延寿工程，延缓七十年代投产已经接近设计寿命的老旧机组，增添了核电的潜在风险。切尔诺贝利核事故以后，在欧洲形成反核和弃核运动。当时西德绿党靠反核起家，迫使政府放弃了核电政策，只保留接近完工的和已投产的机组，运行到寿命终了。东欧国家停建了全部前苏联援建的440兆瓦的核电机组，到货的设备扔得满山遍野。当时正值我国大亚湾核电建设初期，香港发生了54万市民的反核活动，经过有关方面大量工作，才得以平息。

事情总是一分为二的，人类也从事故中汲取了教训，改进核安全，取得了全方位的进展。国际原子能机构发布了一整套核安全法规，形成了国际标准，组织新一代核能研究开发。美国在核安全和先进核电方面做了大量工作，14家核电业主组织了第二代核电改进和第三代核电研发。先后推出三代堆型先进沸水堆ABWR和非能动安全压水堆AP1000。ABWR在日本已经成功运行多年，我国从美国引进AP1000，在世界上率先开工建设。法国和德国合作研制推出欧洲先进压水堆EPR，有4台机组在法国、芬兰和我国开工建设。第三代核电对二代安全薄弱环节做了针对性的改进，以AP1000为例，它采用了重力、温差和膨胀等自然力来驱动应急冷却安全系统，通过蒸发、冷凝、对流、自然循环等物理过程带走堆芯余热。非能动安全系统不需要任何水泵驱动流体，取消了核安全级的应急柴油机组。AP1000将乏燃料水池布置在安全壳以内，提高了乏燃料冷却系统的可靠性。水池中的水还可以靠重力向下流动冷却压力壳外壁，在堆芯熔化的严重事故工况下，这些水可以防止压力壳底部熔穿，将堆芯熔融体保持在压力壳内;当堆芯熔毁的时候，压力壳会升温升压，一部分蒸汽带有氢气和放射性物质通过卸压阀排放到安全壳中，造成后者升温升压， AP1000设有非能动安全壳冷却系统，靠重力把安全壳顶部大水池中的水浇到安全壳的外壁，形成自然循环冷却通道;考虑到氢气在安全壳内的积累，为避免氢爆，设置了氢气自动复合系统。AP1000与二代/二代改进型核电厂相比，堆芯熔化概率、大量放射性物质向环境释放的概率都降低100倍。并且两者相差10倍，这是因为AP1000具有全面完善的预防和缓解严重事故的措施，与上述福岛第一核电厂严重事故工况下三道安全屏障几乎同时穿透而向环境释放放射性物质情况相比，有很大改进。

通过多年的努力，世界核能发展的路线图已经明朗：当前正是从二代改进型向三代过渡的转折期，三代的大规模部署除ABWR外尚需等待示范电厂的建成和运行。另外，三代核电的造价还比较贵，大概是二代改进型的两倍，也要等待经济性的改进。接下来是研发第四代核能系统，从根本上改善核安全、核燃料资源和核废料处置以及核扩散的问题。四代核能甚高温气冷反应堆运行在850℃以上，直接将水分解成氢气和氧气，氢气可以驱动汽车。制氢排出的500-600℃介质用于发电，再低温(80-120℃)的能量可以淡化海水。二三代核电严重事故都是和燃料棒包壳的锆合金有关，高温下锆合金融毁，燃料中的放射性物质释放到压力壳中，同时产生氢气，引起氢爆。锆合金是核物理特性最优秀的包壳材料，目前还找不到代用的。甚高温气冷堆用碳化锆将核燃料微粒包履起来，等同于锆合金包壳，然后把微粒粘结成球形或柱状的核燃料元件，可以运行在1200℃以上。人们关心核电的另一个问题是核燃料的资源，铀矿也会像石油、天然气一样枯竭。第四代核能中的快中子增殖反应堆就能解决这个问题，它消耗一份核燃料发电以后，还可以生产出1-1.3份核燃料，做到核燃料增值。另外，这种反应堆还有一个功能，就是可以把人们头痛的长半衰期的核废料“烧掉”。

可以预测，核电发展基本上会按路线图走下去。当前，有的国家新建项目直接选择三代建设，如美国、法国;有的国家建设二代改进型，然后转入建造三代，如中国、韩国。四代核能在我国进展喜人，甚高温气冷堆进入工程示范阶段，快中子增殖堆处于工程实验阶段。在国际上，四代核能预计在本世纪四五十年代进入工程建设阶段。

我国“十二五”能源规划是围绕提高非化石能源比重和二氧化碳减排，这两个目标展开的。中国向世界承诺：到2020年，非化石能源占一次能源总量比重达到15%，单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40-45%。福岛核事故以后，国外出现了一些小的民间反核情绪，也有的国家宣布弃核，多数国家在检讨核电政策，制定加强核安全的措施。总的来说，负面影响小于三里岛和切尔诺贝利核事故。我国出现了一些民间的核恐惧，在互联网上可以看到削减核电规模，以风能、太阳能代替核电的言论。我们前边已经提到，因为核电当前的发电规模、在未来电力增长承担的份额以及它优良的特性，在可以预见的将来，是不可代替的。风能、太阳能可以按其自身的特点，在我国能源结构中承担应有的份额。

日本福岛核事故以后，3月16日温家宝总理主持召开国务院常务会议。会议强调，要充分认识核安全的重要性和紧迫性，核电发展要把安全放在第一位。会议做出：立即组织对现有核设施进行安全检查，切实加强正在运行的核设施的安全管理，全面审查在建核电站，严格审批新上核电项目等四项决定。会议要求抓紧编制核安全规划，调整完善核电发展中长期规划。我们相信，通过这次会议，定将发动一场长期持久的、技术深入的、整改见效的加强核安全运动。在核安全规划和核电发展规划的指导下，打造我国更加合理的能源结构，达到我国对全球环境的承诺。核能和平利用是20世纪人类智慧的结晶，相信核能领域的科学家、工程师、工人通过三次严重核事故的洗礼，会使核能走上更加安全地造福人类的道路。