我国核电未来发展展望

李伟哲，吴兴伟

(沈阳工程学院a.能源与动力学院;b.学报编辑部，辽宁沈阳110136)

自福岛核事故发生至今已将近3年的时间，此次重大事故给全球人民带来的心理创伤还未痊愈，对全球生态环境的影响还在持续.但是随着福建福清电厂和辽宁红沿河电厂的核电机组在去年上半年投入运行，我国核电事业已悄然地回到了自己的发展道路上，不过其发展速度已然不如21世纪初那么迅猛.我国经济目前正处于高速发展的时期，对能源的需求不断增加，而环境的污染问题却日趋严重.

从“十二五规划”来看，未来电力的发展方向主要集中在核电、天然气发电、风电和太阳能发电4个领域.其中核电装机容量将从2010年的1 082万kW，提高到2015年的4 000万kW，预计年均增加29.9%;天然气发电将从2010年的2 642万kW，提高到2015年的5 600万kW，预计年均增加16.2%;风电将从2010年的3 100万kW，提高到2015年的1万万kW，预计年均增加26.4%;太阳能发电将从2010年的86万kW，提高到2015年的2 100万kW，预计年均增加89.5%.

1 我国对能源的需求为核电迎来发展机遇

随着我国工业化的高速发展，对能源的需求也不断增长.据统计，2010年我国能源消费量达32.5亿t标准煤，年均增长6.14%.2011年一次能源生产总量达到31.8亿t标准煤，居世界第一，同时我国能源消耗总量为34.8亿t标准煤，比2010年增长7%，居世界第二.目前，我国已成为世界煤炭消耗量全球第一，石油消耗量全球第二的国家［1］.据统计2010年我国原油、煤炭、天然气等矿产资源需求量分别为4.29亿t、31.8亿t和1 048.4亿m3，而其生产能力分别为2亿t、32.4亿t和948亿m3，需从国外进口才能满足需求.原油从国外进口的比例在2011年为56.5%，而到2030年这个数值将达到70%以上;天然气从国外进口的比例到2015年将达到30%，2030年将上升到50%以上;而尽管煤炭资源储量丰富，但在2010年也从国外进口了1.66亿t，未来这个数量还会增加.我国的一次能源消费量到2015年预计为40亿t标准煤，年均增长4.3%;到2015年一次能源生产能力则为36.6亿t标准煤，居民人均生活用电量也将从2010年的380 kWh上升到620 kWh，年均增长10.3%.因此，能源短缺将成为我国未来发展所面临的巨大难题.我国的能源结构是以化石燃料为主，因此环境污染问题是不可避免的.近期雾霾天气增多，空气污染已经非常严重，因此能源结构的调整势在必行.虽然近几年我国不断地在调节能源消费结构，但效果并不是十分明显.

核电具有效率高、温室气体和烟尘的排放量极少等优势.对于一座百万千瓦的电站，核电站需要的燃料是火电站燃料质量的十万分之一，而CO2、SO2的排放量是火电站的百分之一.核电的开发利用可以在一定程度上解决我国能源紧缺和环境污染等问题.

2 新能源发电技术的特点

依据2009年的统计，我国的一次能源消费总量为30.5亿t煤.在我国总的能源消费量中，煤炭约占70.0%，石油约占17.8%，天然气为3.9%，其他资源，包括水电、核电、风电等，约占总量的7.5%，其他非常规能源，如风能、太阳能、生物质能等占总量的0.8%［2］.新能源技术虽然有一定的优势，但是也存在一些不足.而核电的比例要想有所提高，除了要增强自身的竞争力外，还要看其他能源技术是否有所突破.

2.1 太阳能发电

我国太阳能产业的起步比较晚，随着光伏发电技术的突破，太阳能发电有了更大的发展空间.太阳能发电特点显著，其一就是“可再生”性，只要太阳存在，就会源源不断的产生太阳能，不需要担心“燃料”的问题.太阳能的第二个特点就是储量丰富，太阳一年对地球的辐射量相当于137万亿t标准煤所产生的热量.我国幅员辽阔，接收到的辐射量也比较大，太阳能储量最丰富的地区在西北部.清洁性是太阳能的第三个特点，太阳能的发电过程不会产生三废物质，不会对环境造成污染.

太阳能有很多优势，但是其缺点也很明显.首先，虽然太阳对地球的辐射量很大，不过其利用率并不高，这在一定程度上会影响太阳能发电的经济性.其次，由于电站的占地面积有限，若想并网发电，就必须选择具有较大热流密度的非人口密集地区，这类地区并不是很多，同时还要选择气候稳定的地区以保证太阳的照射时间.另外，虽然太阳能是绿色能源，但太阳能上游的组件和硅原料加工却是高污染行业，太阳能薄膜电池产品在制造过程中，会排出SiCl4、HCl、H2等尾气［3］.这些气体会对环境造成一定的污染，因此即便太阳能利用率很高的欧洲国家也不在本国生产太阳能电池.

2.2 风电

风能与太阳能一样，都属于可再生能源.我国的风能资源也比较丰富，主要集中在北方地区.风电在“十一五”期间发展的比较迅猛，年均增长将近90%.风电的特点也是比较突出的，“可再生”性无疑是其最大的优势.另外，清洁性也是风电的优点，与太阳能发电和核电相比，风电更加清洁，无论在生产过程中、发电过程中还是退役之后，风电都不会对环境造成污染.风电技术应用灵活，既可并网发电，也可离网运行;不仅可以建设在陆地上，也可以建设在海上，具有很大的开发价值.

风电的很多优点是其他能源所不具备的，但是风电同样存在制约其发展的不足之处.其中最主要的也是目前讨论最多的问题就是风电消纳.据统计，2012年全国限制风电出力的弃风电量约20亿kWh，比2011年的弃风电量翻了一番［4］.造成这种弃风现象的原因有两方面:一方面是由于发电量与电网需求量之间的不协调，风电的动力来源于自然，人类无法控制自然风力的大小，而各地的用电量又不是一定的，因此造成风能所产生的电量与电网需求量不匹配;另一方面是风电自身存在的不足，其中最主要的是风电的不稳定性和地域性，不同地区的风能大小在不同时段都是不一样，这就增大了风电并网的复杂程度.

2.3 其他发电技术及特点对比

我国天然气资源比较丰富，而且天然气发电效率高，污染气体排放量比火电少很多，因此天然气发电也是我国在“十二五”期间的主要发展对象.但是其电价缺乏竞争力，发电用气供应短缺，未来供应虽有保障，但对外依存度高，且价格将不断上涨，供气方式与电网调峰不相适应，分布式天然气发电并网困难［5］，这些问题都是目前很难解决的.

除了上述几种能源，我国也在开发一些新的能源技术，如生物质能、潮汐能、地热等.新能源的开发意义重大，但目前这些技术还不是很成熟，还不足以解决我国能源紧缺的问题.

从技术的成熟度及发展现状来看，太阳能发电、风电及核电是最具竞争力的三种技术.太阳能及风能均属于可再生能源，这两种发电技术在“燃料”的储备和安全性方面明显强于核电;不过从稳定性、能源效率、可控性及与电网的配合方面，核电具有很大的优势;而从清洁的角度来看，太阳能及核电对环境都存在潜在的危害，而风电几乎不会对环境造成危害;在选址上，太阳能电站的要求比较高.这几种发电技术的特点对比，如表1所示.

表1 技术特点对比

3 核电自身特点决定其竞争力

我国核电事业起步相对较晚，20世纪末核电机组才正式并网发电.21世纪初，核电事业发展迅速，岭澳、秦山、田湾等地区多台机组相继并网发电，同时还有大量机组处于在建和筹建过程中.然而受福岛核事故的影响，我国暂时停止了核电项目的审批工作，直到2012年下半年，才恢复了审批工作.核电自身特点鲜明，若能够很好的解决安全性的问题，其发展前景十分令人期待.

3.1 核电的优点及存在的问题

高效率是核电最大的优势，它可以用很少的燃料提供很大的能量，这是其他能源无法达到的.一座1 000 MW的核电站，一年所用的铀燃料仅为30 t.但目前压水堆核电站的效率在30%左右，若能在技术上有所突破，提高发电效率，核电将更具竞争力.

清洁性也是核电的一个优点，核电的清洁性主要是指其污染气体的排放量极低，不会对大气环境造成污染.不过很多人也在质疑，核电的放射性会不会污染环境，应该说一座安全稳定运行的核电站不会影响环境的质量，即便发生故障，只要处理得当，也不会危害到公众.

目前轻水堆技术已经十分成熟，可以很好地适应电网的需求，这正是新能源发电技术的发展难题.核电可以根据用电量的变化，调节自身的功率，而且不受外界环境的影响.

我国乃至全球使用最多的是压水堆技术，目前压水堆核电站用的燃料主要是UO2.虽然核电站对燃料的需求量不多，但全球的铀资源毕竟有限.随着核电站数量的日益增多，铀资源和煤炭资源一样，终将有消耗尽的一天，因此开发新的核燃料及更新技术是核电的紧要任务.

核电站在发电过程中虽然不会对环境造成污染，但是核电站产生的核废料会对环境造成放射性危害.目前我国对核废料的关注度并不高，但是核电机组较多的国家早已开始对核废料的处理及退役核电站的管理进行了研究，尤其是核废料的存放问题，将是核电未来发展中比较大的难题.

3.2 核电的安全性

现阶段限制核电发展的最主要原因是核电站的安全性，这也是核电潜在的最大危害.世界核电产业遭受了2次巨大的打击，一次是前苏联的切尔诺贝利核电事故，另一次是日本福岛发生的核事故.这2次最高等级的核事故，使得全球的民众都在质疑核电的可靠性，甚至抵制核电的发展.

切尔诺贝利核电站使用的是早期的技术，无论从设计上还是从安全性方面，都无法与现代的核电技术相比;另外此次核事故在一定程度上还与人为因素有关.而福岛核电站是即将退役的电站，很多设备都已老化，而且在设计上没有考虑到地震及海啸同时发生的情景，在抵抗自然灾害方面考虑的不足;另外事故发生后的应急手段也被很多专业人士质疑，应该说此次事故也有人为因素的影响.

需要注意的是，这两次重大的核事故有2个共性:第一，技术不是很先进，福岛核电站使用的是二代沸水堆技术，但我国使用的是在二代技术基础上改进的压水堆技术，在安全性方面，二代加的压水堆技术强于切尔诺贝利核电站和福岛核电站的技术;第二，表面上看这2次重大事故是和人为因素有关，而本质是由于安全性与经济性之间的矛盾造成的，如果能够舍弃一定的经济性，来提高安全性，就不会再发生类似的重大事故.

总体来说，二代加的压水堆技术已经使用了很多年，积累了大量的经验和数据，这为其安全稳定运行提供了保障.更为关键的是，二代加的压水堆事故还从未发生过严重的核事故.

3.3 我国核电的发展方向

我国运行的核电机组中，绝大部分采用的都是压水堆技术，在新建的核电站中也都采用压水堆技术，不过三门核电站和海阳核电站使用的是三代技术.三代技术在安全性设计方面要比二代加的技术高，但是目前还没有运行的经验，三代技术能否取代二代或二代加的技术目前还不能确定.

我国使用的反应堆技术属于热堆技术，而全球现在研究较多的是四代快堆技术.快堆技术最大的优点是燃料的增殖，这样可以解决铀资源有限的问题，但在控制上比较困难，目前仅处于研发阶段，若要投入商业运行还有很长的路要走.

不论是热堆还是快堆都属于裂变堆，裂变技术的最大缺点就是产生放射性物质，而核能反应还有另外一种形式，就是聚变.我国的核能发展路线是:热堆—快堆—聚变堆.聚变技术的特点更为突出:首先，聚变技术不会对环境造成污染，更不会产生放射性物质;其次，聚变技术所用的燃料主要是氢，氢是地球储量最为丰富的元素，虽然不属于可再生资源，但是也不会为燃料耗尽而担忧;第三，其能源效率比裂变技术要高很多.但令人遗憾的是，聚变技术的研发没有实质性的进展，聚变反应能维持的时间很短.如果聚变技术能够有所突破，全世界都不会再为能源短缺而忧虑.

4 结语

1)我国对能源的需求越来越大，国内的化石能源储量已满足不了未来发展的需求，而环境污染问题近几年又变得非常严重，发展核电可以在很大程度上解决上述问题.

2)太阳能发电、风电和核电技术三者各有优势，同时也存在很多问题.若想有更大的发展空间甚至取代火电的主导地位，还需在技术上有所突破.

3)二代加的压水堆技术安全性比较高，在能源短缺的时代具有很强的竞争力.能够保证安全性的二代及二代加压水堆技术将是我国未来发展的重点.三代压水堆技术还需要时间去考验，而最理想的聚变技术，还有很多技术难关需要攻克.

［1］ 唐雄，李世祥，何通通.我国工业化中的能源问题解决措施研究［J］.理论月刊，2013(1):124－128.

［2］ 苏格.我国能源现状及前景浅析［J］.科技致富向导，2010(17):72.

［3］ 于晓燕，崔爱红.我国太阳能利用的现状、问题与对策［J］.科技信息，2011(3):53－54.

［4］ 高虎，王红芳.2012年我国风电市场发展综述［J］.中国能源，2013，35(4):11－14.

［5］ 张伟波，潘宇超，崔志强，等.我国天然气发电存在问题及对策建议［J］.能源技术经济，2012，24(3):15－17.