第30卷第3期 2008年9月湘潭师范学院学报(自然科学版) JournalofXiangtanNormalUniversity(NaturalScienceEdition) Vol.30No.3
Sep.2008
核电发展与环境保护
金杰坤
(湖南省环保局辐射环境监督站,湖南长沙410007)¹
摘 要:以相同装机容量的核电和煤电对环境产生的影响进行比较,充分说明了核电是较清洁的能源,是未来可开发和利用能源的主要方向。文中还简述了开发新能源的途径和核电发展的前景。
关键词:核电;火电;节能;新能源
中图分类号:X591 文献标识码:A 文章编号:1671-0231(2008)03-0073-02
联合国预测,到2050年全球人口从现在的60亿增至90亿,到2100年,达150亿。人口的剧增,生产和生活水平的日益提高,刺激着对能源需求的猛增。2050年全球能耗将是现在的3.5倍,能源紧张,不可缓解。如何做到既开发能源,又保护环境,是关系到社会能否持续发展的重大课题。当今世界五大能源)石油、天然气、煤、水力和核能,其中煤能是污染环境之最,核能是较清洁的能源。
1 采煤、燃烧煤对环境的影响
世界上有10个国家拥有全球92%储量的煤,中、美、前苏占57%。采煤、燃烧煤在增加GDP的同时,也在毁损环境质量和公众的健康,其主要表现在以下10个方面:
(1)矿工死亡:1983年,在美国5可再生能源6一书中,估计当时中国的煤矿工人每年死亡1.5~2万人。采同样数量的煤,美国矿工死亡人数是中国的3%~4%。在我国,为满足装机容量为100万kW煤电厂所需的煤(200~300万t),每年约有35名矿工为之付出生命。
(2)地表塌陷:采掘出供应装机容量为100万kW(以下均以100万KW电厂为例)煤电厂一年所需的燃煤,平均发生1050亩左右的地表塌陷。
(3)煤渣占地面积:每年产生矿渣约20万t,占地3.15亩。
(4)采矿工患尘肺:年均21.6人。
(5)排出烟灰:每年2~3t。
(6)有毒金属:Pb、As、Cd、Hg和放射性核素等,年均排放约400t。
(7)222Rn的扩散:燃煤加速了氡的扩散,年均最终(即若干年后)因吸入氡而致病、致死约300人。
(8)排出CO2和造成温室效应:碳燃烧后主要形成CO2,其重量是碳的3.7倍。电厂CO2年均排放量600~700万t。CO2使全球发生/温室效应0,按现在的排放速度,100年后,地球气温升高1.5~3.5e,两极冰山、冰层大量融化,海平面上升1m左右。
(9)排出CO2:年排量3~6万t。
(10)排出SO2和氨氧化物并造成酸雨,硫燃烧后形成SO2,增重1倍。电厂年均排放SO25~10万t。煤中的铵盐和有机物,燃烧后形成氨氧化物(它又是致癌物质),年排量2~3t。两者都是强酸性气体,导致降落酸雨。
1992年,多国首脑在巴西召开的世界环境与发展大会上,共同签署了5气候变化框架条约6,要求各国减少CO2排放量。1997年,防止全球气候变暖国际会议,签署了5京都议定书6,要求发达国家在2008~2010年,把温室气体排放量比1990年减少6%~8%。最近,我国也立法规定了各地区、各企业,应有计划地逐年减少COD(水中化学耗氧量)和CO2、SO2的排放量,并将对其量化检查、监督和考核。
2 核电是较清洁的能源
为保护环境,正大力倡导/清洁生产0;生产过程中所排出的废气、废水、废渣的量和其中所含的有害物质,以及放射性、电磁波、光(可见光是波长380~780nm的电磁波)、声、热、震动等物理量都在国际或国家标准所规定的限值以下。利用核能发电,与燃烧化石燃料(石油、天然气、煤)、尤其是燃煤发电相比,属于¹收稿日期:2008-06-19
作者简介:金杰坤(1974-),男,工程师,湖南岳阳人,研究方向:放射性监测与管理。
清洁生产。慢堆、快堆、核聚变发电,其清洁水平,将一代比一代进步。提高核电在供能中的比重,可以有效地减少环境污染。前面列举了煤电污染环境的10个方面,以此作参照系,装机容量为100万kW的压水堆核电站,对环境影响显然要小得多。
(1)矿工死亡:年均0.6人,是煤电的1.7%。
(2)地表塌陷:2.4亩,是煤电的0.22%。
(3)废物占地面积:1.5亩,是煤电的48%。
(4)矿工尘肺:4.4人,是煤电的20%。
(5)排出烟灰:近于零。
(6)有毒金属:核岛中有不高于本底的放射性核素排放。
(7)222Rn扩散:其排放量约为煤电的1/3。
(8)CO2:6~7万t,为煤电的1%。
(9)CO:零排放。
(10)SO2和NxOY:零排放。
以上10对数据表明,核能发电属清洁生产。诚然,这些数据是基于核反应堆的正常运转。
3 节能降耗,开发新能源
发展循环经济,推行资源节约型、环境友好型的生产技术,可确保社会持续发展。提高资源利用率,不仅仅是减少浪费、降低成本,更重要的是有助于环保。因为凡生产和生活中被抛弃的物质,都增加了环境的负担。
/节能优先,降低能耗0、/能源结构多元化0、/煤炭的清洁高效利用0等,以及发展核电在国家中长期(2006~2020)科技发展纲要中,分别列为/优先专题0和/前沿技术。0用天然气替代石油,煤的气化(制水煤气和氢)和液化(煤转化为石油),都是提高能源利用率和减少污染的重大技术举措。大力开发可再生的能源)太阳能、水能、风能、潮汐能和生物质能等,是既可再生而又清洁的能源。这一切,都是/能源结构多元化0的重要内容。但化石燃料不可再生,其耗尽有日。可再生能源,因自然条件等因素而地域和规模受到限制。在当今科学技术的基础上,核能应是改善能源结构的首选。
4 当今核电和未来核电发展
核电的原料也不可再生,但核能潜力巨大。等质量的U-235的核裂变能量是碳燃烧所释出的化学能的250万倍;1kg的U-235核裂变能相当于280万吨标准煤所释出的能量。所以,地球上可以裂变和聚变的核素所存储的能量,足以供人类消耗几百亿年,这里没有包括将来有可能被开采、利用的月球上的He-3。
三代核电)热中子堆(慢堆)、快中子增殖堆(快堆)、核聚变堆,一代胜过一代地/清洁0和更充分地利用自然资源。
目前世界上已有近500座核电机组,其堆型几乎都是慢堆;只有法国有5座快堆,其中超凤凰堆电功率达124.2万kW。慢堆只能利用天然铀中丰度仅0.72%的U-235,而且,发电后还有一小部分U-235残留到乏燃料中。不能被利用的以U-238为主的锕系元素中,一部分的半衰期达10亿年以上,处理这些核废料是地质、地理的沉重负担。
快堆中,U-238俘获1个中子,经两次B衰变转化为Pu-239,Pu-239也是核燃料,从而可使铀资源的利用率提高60~70倍,同时大大减轻了处理核废料对环境造成的压力。在法国,快堆早已投入商业发电,美国等10国的新能源发展计划中,把快堆列为重点发展堆型,我国计划于2018-2020年实现6.5万kW快堆的并网发电。
核聚变堆:慢堆和快堆,都是重原子核裂变时释放能量;核聚变堆是轻原子氘(H-2)和氚(H-3)核聚合时放出能量:
2H+3Hy4He+中子+能量
质量相等的两种核燃料,核聚变能是核裂变能的4倍。
1m3海水中含34g氘。氚可以由Li-6转换得到。1m3海水中含Li170mg;高原盐湖中锂也较丰富。Li在地壳中的丰度为10-5级,它只有两个同位素)Li-6和Li-7,Li-6占Li总量的7.5%。由于地球上氘和氚蕴藏量丰富,所以,如果核聚变反应可以被控制、并用于发电后,人类将/永远0解决了能源供应的难题。核聚变反应几乎不产生有害的废物,核聚变发电比水力发电更清洁。最近,我国已签署参加由中、欧盟、俄、美、韩、日、印度加盟的国际热核聚变实验反应堆建设计划,该组织设在法国,计划实施时间30年,我国投资1/10,从而我国正式成为国际热核聚变研究行列中的重要一员。20世纪,科学家们利用核聚变制造氢弹用于核威慑,21世纪核聚变将为人类造福)用于发电。
第30卷第3期 2008年9月湘潭师范学院学报(自然科学版) JournalofXiangtanNormalUniversity(NaturalScienceEdition) Vol.30No.3
Sep.2008
核电发展与环境保护
金杰坤
(湖南省环保局辐射环境监督站,湖南长沙410007)¹
摘 要:以相同装机容量的核电和煤电对环境产生的影响进行比较,充分说明了核电是较清洁的能源,是未来可开发和利用能源的主要方向。文中还简述了开发新能源的途径和核电发展的前景。
关键词:核电;火电;节能;新能源
中图分类号:X591 文献标识码:A 文章编号:1671-0231(2008)03-0073-02
联合国预测,到2050年全球人口从现在的60亿增至90亿,到2100年,达150亿。人口的剧增,生产和生活水平的日益提高,刺激着对能源需求的猛增。2050年全球能耗将是现在的3.5倍,能源紧张,不可缓解。如何做到既开发能源,又保护环境,是关系到社会能否持续发展的重大课题。当今世界五大能源)石油、天然气、煤、水力和核能,其中煤能是污染环境之最,核能是较清洁的能源。
1 采煤、燃烧煤对环境的影响
世界上有10个国家拥有全球92%储量的煤,中、美、前苏占57%。采煤、燃烧煤在增加GDP的同时,也在毁损环境质量和公众的健康,其主要表现在以下10个方面:
(1)矿工死亡:1983年,在美国5可再生能源6一书中,估计当时中国的煤矿工人每年死亡1.5~2万人。采同样数量的煤,美国矿工死亡人数是中国的3%~4%。在我国,为满足装机容量为100万kW煤电厂所需的煤(200~300万t),每年约有35名矿工为之付出生命。
(2)地表塌陷:采掘出供应装机容量为100万kW(以下均以100万KW电厂为例)煤电厂一年所需的燃煤,平均发生1050亩左右的地表塌陷。
(3)煤渣占地面积:每年产生矿渣约20万t,占地3.15亩。
(4)采矿工患尘肺:年均21.6人。
(5)排出烟灰:每年2~3t。
(6)有毒金属:Pb、As、Cd、Hg和放射性核素等,年均排放约400t。
(7)222Rn的扩散:燃煤加速了氡的扩散,年均最终(即若干年后)因吸入氡而致病、致死约300人。
(8)排出CO2和造成温室效应:碳燃烧后主要形成CO2,其重量是碳的3.7倍。电厂CO2年均排放量600~700万t。CO2使全球发生/温室效应0,按现在的排放速度,100年后,地球气温升高1.5~3.5e,两极冰山、冰层大量融化,海平面上升1m左右。
(9)排出CO2:年排量3~6万t。
(10)排出SO2和氨氧化物并造成酸雨,硫燃烧后形成SO2,增重1倍。电厂年均排放SO25~10万t。煤中的铵盐和有机物,燃烧后形成氨氧化物(它又是致癌物质),年排量2~3t。两者都是强酸性气体,导致降落酸雨。
1992年,多国首脑在巴西召开的世界环境与发展大会上,共同签署了5气候变化框架条约6,要求各国减少CO2排放量。1997年,防止全球气候变暖国际会议,签署了5京都议定书6,要求发达国家在2008~2010年,把温室气体排放量比1990年减少6%~8%。最近,我国也立法规定了各地区、各企业,应有计划地逐年减少COD(水中化学耗氧量)和CO2、SO2的排放量,并将对其量化检查、监督和考核。
2 核电是较清洁的能源
为保护环境,正大力倡导/清洁生产0;生产过程中所排出的废气、废水、废渣的量和其中所含的有害物质,以及放射性、电磁波、光(可见光是波长380~780nm的电磁波)、声、热、震动等物理量都在国际或国家标准所规定的限值以下。利用核能发电,与燃烧化石燃料(石油、天然气、煤)、尤其是燃煤发电相比,属于¹收稿日期:2008-06-19
作者简介:金杰坤(1974-),男,工程师,湖南岳阳人,研究方向:放射性监测与管理。
清洁生产。慢堆、快堆、核聚变发电,其清洁水平,将一代比一代进步。提高核电在供能中的比重,可以有效地减少环境污染。前面列举了煤电污染环境的10个方面,以此作参照系,装机容量为100万kW的压水堆核电站,对环境影响显然要小得多。
(1)矿工死亡:年均0.6人,是煤电的1.7%。
(2)地表塌陷:2.4亩,是煤电的0.22%。
(3)废物占地面积:1.5亩,是煤电的48%。
(4)矿工尘肺:4.4人,是煤电的20%。
(5)排出烟灰:近于零。
(6)有毒金属:核岛中有不高于本底的放射性核素排放。
(7)222Rn扩散:其排放量约为煤电的1/3。
(8)CO2:6~7万t,为煤电的1%。
(9)CO:零排放。
(10)SO2和NxOY:零排放。
以上10对数据表明,核能发电属清洁生产。诚然,这些数据是基于核反应堆的正常运转。
3 节能降耗,开发新能源
发展循环经济,推行资源节约型、环境友好型的生产技术,可确保社会持续发展。提高资源利用率,不仅仅是减少浪费、降低成本,更重要的是有助于环保。因为凡生产和生活中被抛弃的物质,都增加了环境的负担。
/节能优先,降低能耗0、/能源结构多元化0、/煤炭的清洁高效利用0等,以及发展核电在国家中长期(2006~2020)科技发展纲要中,分别列为/优先专题0和/前沿技术。0用天然气替代石油,煤的气化(制水煤气和氢)和液化(煤转化为石油),都是提高能源利用率和减少污染的重大技术举措。大力开发可再生的能源)太阳能、水能、风能、潮汐能和生物质能等,是既可再生而又清洁的能源。这一切,都是/能源结构多元化0的重要内容。但化石燃料不可再生,其耗尽有日。可再生能源,因自然条件等因素而地域和规模受到限制。在当今科学技术的基础上,核能应是改善能源结构的首选。
4 当今核电和未来核电发展
核电的原料也不可再生,但核能潜力巨大。等质量的U-235的核裂变能量是碳燃烧所释出的化学能的250万倍;1kg的U-235核裂变能相当于280万吨标准煤所释出的能量。所以,地球上可以裂变和聚变的核素所存储的能量,足以供人类消耗几百亿年,这里没有包括将来有可能被开采、利用的月球上的He-3。
三代核电)热中子堆(慢堆)、快中子增殖堆(快堆)、核聚变堆,一代胜过一代地/清洁0和更充分地利用自然资源。
目前世界上已有近500座核电机组,其堆型几乎都是慢堆;只有法国有5座快堆,其中超凤凰堆电功率达124.2万kW。慢堆只能利用天然铀中丰度仅0.72%的U-235,而且,发电后还有一小部分U-235残留到乏燃料中。不能被利用的以U-238为主的锕系元素中,一部分的半衰期达10亿年以上,处理这些核废料是地质、地理的沉重负担。
快堆中,U-238俘获1个中子,经两次B衰变转化为Pu-239,Pu-239也是核燃料,从而可使铀资源的利用率提高60~70倍,同时大大减轻了处理核废料对环境造成的压力。在法国,快堆早已投入商业发电,美国等10国的新能源发展计划中,把快堆列为重点发展堆型,我国计划于2018-2020年实现6.5万kW快堆的并网发电。
核聚变堆:慢堆和快堆,都是重原子核裂变时释放能量;核聚变堆是轻原子氘(H-2)和氚(H-3)核聚合时放出能量:
2H+3Hy4He+中子+能量
质量相等的两种核燃料,核聚变能是核裂变能的4倍。
1m3海水中含34g氘。氚可以由Li-6转换得到。1m3海水中含Li170mg;高原盐湖中锂也较丰富。Li在地壳中的丰度为10-5级,它只有两个同位素)Li-6和Li-7,Li-6占Li总量的7.5%。由于地球上氘和氚蕴藏量丰富,所以,如果核聚变反应可以被控制、并用于发电后,人类将/永远0解决了能源供应的难题。核聚变反应几乎不产生有害的废物,核聚变发电比水力发电更清洁。最近,我国已签署参加由中、欧盟、俄、美、韩、日、印度加盟的国际热核聚变实验反应堆建设计划,该组织设在法国,计划实施时间30年,我国投资1/10,从而我国正式成为国际热核聚变研究行列中的重要一员。20世纪,科学家们利用核聚变制造氢弹用于核威慑,21世纪核聚变将为人类造福)用于发电。