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核電——現(xiàn)階段最好的低碳能源
關(guān)鍵詞： 輻射照射 模式預測 1986年 天然本底輻射 低碳
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我國大氣污染嚴重，能源是大氣污染的主要來源?；剂?，特別是煤炭又是能源污染的主要來源。在改善煤電燃料鏈環(huán)境影響的同時，加快發(fā)展核電是減少我國環(huán)境污染和溫室氣體排放的現(xiàn)實有效途徑。
不同能源產(chǎn)生的環(huán)境污染和溫室氣體的比較應是系統(tǒng)的、全面的比較。僅僅比較發(fā)電廠，甚至只說用電本身是不恰當?shù)?；例如有人說采用電動汽車就可解決污染問題，而我國電能主要來自燃煤電廠，燃煤電廠是大氣污染的主要來源。采用電動汽車有可能減小局部地區(qū)的污染，但從整體上看有可能是增加了污染。
以核電為例，即不僅指核電廠本身，而是指包括從開采→水冶→轉(zhuǎn)化→濃縮→元件制造→發(fā)電處理→廢物處置的全過程。全面的比較指不僅限于系統(tǒng)本身的比較，而且包括建造這些系統(tǒng)及所用設(shè)備和原材料生產(chǎn)的過程，即整個生命循環(huán)產(chǎn)生的環(huán)境污染和溫室氣體。
●核電鏈對環(huán)境的影響很小
煤電鏈對公眾產(chǎn)生的輻射照射約為核電鏈的50倍
基于上世紀90年代中期我國對煤電鏈與核電鏈產(chǎn)生的環(huán)境危害比較的結(jié)果是：從大氣污染物排放來看，正常情況下，燃煤發(fā)電向環(huán)境排放的SO2，NOx，PM等大氣污染物直接導致酸雨、降塵等環(huán)境影響，造成人體健康、森林、農(nóng)作物、生態(tài)系統(tǒng)等明顯危害；而核發(fā)電不產(chǎn)生任何大氣污染物，未發(fā)現(xiàn)可察覺的環(huán)境影響；從放射性流出物排放來看，煤中含有天然存在的原生放射性核素，通過燃煤電廠的氣載煙塵排放煤中的天然放射性核素到環(huán)境中；而核電鏈向環(huán)境排放經(jīng)審管部門批準的遠低于天然本底水平的氣態(tài)和液態(tài)流出物，產(chǎn)生數(shù)量很少的固體廢物作封閉處理，沒有外排；煤電鏈的放射性流出物排放對公眾產(chǎn)生的輻射劑量比核電鏈高約40倍。
從對公眾的健康影響來看，對我國核燃料循環(huán)設(shè)施及核電廠放射性流出物所致公眾歸一化集體有效劑量（2001~2005年）的評價結(jié)果為：鈾礦采冶0.81人·Sv/GWa（集體劑量為0.81人·希沃特每吉瓦年）、鈾轉(zhuǎn)化3.50×10-4人·Sv/GWa、鈾濃縮4.81×10-4人·Sv/GWa、元件制造（1996~2000年）2.09×10-3人·Sv/GWa、壓水堆核電廠2.91×10-3人·Sv/GWa、重水堆核電廠1.84×10-1人·Sv/GWa。對我國燃煤電廠氣載流出物排放所致電廠周圍居民的歸一化集體有效劑量的評價結(jié)果為16.5人·Sv/GWa（石煤電廠約為7.0×103人·Sv/GWa），全國石煤碳化磚建筑物引起居民年集體有效劑量約3.1×103人·Sv。
可見，燃煤電廠的放射性排放及其對公眾的輻射照射遠遠高于核電站的貢獻；由于煤渣中放射性活度含量高于其他天然建材等材料，居住在含煤渣建材住房中的居民所受劑量也明顯偏高；總的來說，煤電鏈對公眾產(chǎn)生的輻射照射約為核電鏈的50倍。
●核電鏈是溫室氣體排放最小的電能鏈
核電鏈溫室氣體排放僅約為煤電鏈的1%
2011年中國工程院開展了對不同發(fā)電能源鏈溫室氣體排放研究項目，其主要結(jié)果是：當前我國核燃料循環(huán)前段（包括鈾礦采冶、鈾轉(zhuǎn)化、鈾濃縮、元件制造、核電站）的實際溫室氣體歸一化排放量為6.2g-CO2 /kWh（二氧化碳的排放量為每千瓦時6.2克），考慮了核燃料循環(huán)后段（乏燃料后處理和廢物處置）的總的溫室氣體歸一化排放量為11.9 g-CO2/kWh。對煤電鏈，研究了煤炭生產(chǎn)環(huán)節(jié)、煤炭運輸環(huán)節(jié)、燃煤電站建造、運行和退役環(huán)節(jié)和電力輸配環(huán)節(jié)4個生命周期階段中溫室氣體的直接排放和間接排放，其結(jié)果為1072.4 g-CO2/kWh。水電鏈在0.81～12.8g-CO2/kWh，風電鏈在15.9～18.6g-CO2/kWh，太陽能在56.3～89.9g-CO2/kWh之間。從溫室氣體排放來看，核電鏈僅約為煤電鏈的1%。在各種發(fā)電能源鏈中，核能鏈也是很低的。核能發(fā)電本身不會產(chǎn)生溫室氣體排放，但在建造核電廠和制造核電廠所需燃料和設(shè)備過程中需要消耗能源和材料，生產(chǎn)這些能源和材料需要排放溫室氣體，而我國能源主要來自燃煤電站，所以，也可以說核電鏈排放的溫室氣體也是來自煤電廠。
我國的溫室氣體排放總量已經(jīng)位居世界前列，能源需求數(shù)量巨大且急劇增長，能源利用引起的溫室氣體排放總量還將進一步增加。核能屬于低碳、密集性能源，以核能發(fā)電代替燃煤發(fā)電，對削減溫室氣體排放量的潛在貢獻是非常明顯的。加快發(fā)展核能是我國構(gòu)建低碳型能源結(jié)構(gòu)、應對氣候變化的合理有效選擇。
●核電鏈是安全的工業(yè)
福島縣成人終身所受劑量約為10mSv或更低，不會導致癌癥風險增加
核電鏈發(fā)生事故的幾率是很小的，即使發(fā)生了日本福島第一核電站和切爾諾貝利這樣的災難性事故，但從整體上看，也不能改變核能是安全、環(huán)境友好產(chǎn)業(yè)這一結(jié)論。
聯(lián)合國原子輻射影響科學委員會（UNSCEAR）通過收集、分析和評價各國提供的資料以及公開發(fā)表的文獻，包括日本政府提供的資料，聯(lián)合國成員國提供的測量結(jié)果，聯(lián)合國機構(gòu)（CTBTO，F(xiàn)AO，IAEA，WHO和WMO）提供的數(shù)據(jù)以及科學雜志出版的文章和獨立分析等，研究和分析了有關(guān)福島核事故的輻射水平和影響，并于2013年5月27日~31日的第60屆會議上討論并通過了“2011年東日本大地震和海嘯引發(fā)核事故產(chǎn)生的輻射照射水平和影響”的報告。綜合國內(nèi)外已發(fā)表的資料，福島核事故產(chǎn)生的輻射水平和影響是：
從公眾成員所受劑量來看，居住在20公里撤離區(qū)和謹慎撤離區(qū)內(nèi)的公眾成員所受最高劑量，成人在撤離前和撤離中所受有效劑量小于10mSv（毫西弗），在3月12日前撤離的約為5mSv。對于1歲以下的兒童，甲狀腺所受劑量約為50mGy（毫戈瑞）。居住在福島市的成人第一年所受到的劑量約為4mSv。對1歲兒童的估算劑量約高1~2倍。居住在福島縣其他地區(qū)的居民所受劑量大致相同或更低。在日本其他地區(qū)的居民所受劑量更低。假設(shè)將來不再采取補救措施，預計將來一直住在福島縣的居民終身劑量約為170mSv，顯然這一估算過高。實際的甲狀腺吸收劑量可能低3~5倍，全身劑量約低10倍?？偟膩碚f，福島核事故產(chǎn)生的劑量與天然輻射源對人產(chǎn)生的劑量大體相同，日本人所受天然輻射源的年有效劑量約2.1mSv，終身劑量約170mSv。臨近國家和世界其他區(qū)域的輻射劑量遠低于日本，年有效劑量小于0.01mSv。
從工作人員、應急人員、市政工作人員和志愿者所受劑量來看，到2012年10月末，約有24500名工作人員參加了福島核事故的有關(guān)工作，其中約15%是東京電力公司的雇員，其他為合同工。約34%的工作人員累積有效劑量不超過10mSv，約0.7%（主要是東京電力公司工作人員）超過100mSv。6名東京電力公司工作人員累積有效劑量高于250mSv，最高劑量約680mSv，其劑量90%來自內(nèi)照射（主要是放射性碘）。合同工外照射最高約200mSv，總劑量約240mSv。對于工作人員體內(nèi)碘131的測量，獨立進行的有效劑量的評價與東京電力公司的報告在合理范圍內(nèi)是一致的。沒有考慮一些短壽命核素，特別是碘133的貢獻，這可能使劑量低估約20%。由于監(jiān)測滯后，在工作人員甲狀腺中未探測到碘131。對于這些工作人員，內(nèi)照射的估計存在不確定性。除甲狀腺外，工作人員的器官劑量數(shù)據(jù)沒有足夠的信息，其中一個重要的是β輻射對眼晶體產(chǎn)生的劑量。
從對工作人員的輻射影響來看， 24575名工作人員中的絕大多數(shù)小于100mSv。167人所受有效劑量在100mSv~680mSv之間，平均約140mSv；其中12名工作人員甲狀腺的吸收劑量在2Gy~12Gy（戈瑞）范圍內(nèi)，存在甲狀腺癌增加的風險，但風險很低。其他小于250mSv的155名工作人員，有效劑量主要來自外照射，相關(guān)的癌癥應在癌癥發(fā)生率統(tǒng)計漲落范圍內(nèi)，發(fā)現(xiàn)是非常困難的。
總之，沒有發(fā)生輻射相關(guān)的死亡和急性放射??；因為所受劑量都低于確定性效應的閾值，也不可能產(chǎn)生確定性效應；也不可能觀察到癌癥發(fā)生率的增加。
從對公眾的輻射影響來看，公眾所受劑量通常都不大或很低。福島縣成人終身所受有效劑量約為10mSv或更低，第一年所受劑量低約2~3倍。這樣低的劑量不會導致癌癥風險增加。對于事故發(fā)生時生活在福島縣的1歲以下的兒童，沒有發(fā)現(xiàn)超額甲狀腺癌。
從對非人類物種的輻射影響來看，對植物和動物可能存在短期的影響。對急性效應來說，由于劑量太低，并沒有觀察到對海洋和陸生生物的急性效應。在放射性物質(zhì)沉積很大的較小區(qū)域，如放射性污水排入海洋的地點，有可能觀察到影響。其他區(qū)域，影響不明顯。
切爾諾貝利事故是核電歷史上發(fā)生的最大的災難性事故。聯(lián)合國原子輻射效應科學委員會（UNSCEAR）分別在2000年和2008年向聯(lián)合國大會提交了關(guān)于切爾諾貝利事故后果的研究報告，主要結(jié)論是：
“切爾諾貝利事故幾乎立即造成了很多嚴重輻射的影響。在1986年4月26日早晨出現(xiàn)在事故現(xiàn)場的600名工作人員中，134人受到高劑量照射（0.7Gy~13.4Gy）并患放射病。在這些人當中，有28人在頭3個月中死亡，另外有兩人在事故中因其他原因立即死亡?！薄霸?34名急性放射病患者中，到2006年已有19人死亡，其原因是各種各樣的，但一般均與輻射照射無關(guān)?！?/p>
“在1986和1987年間，約20萬名恢復工作人員受到的劑量為0.01Gy~0.5Gy。”“在幾十萬應急工作人員和恢復工作人員中，除在受到較高劑量人群中觀察到白血病和白內(nèi)障發(fā)生率有增加跡象外，沒有發(fā)現(xiàn)可歸因于輻射照射的健康效應。”“在事故發(fā)生時的兒童和育兒中，從白俄羅斯、烏克蘭和俄羅斯受污染較嚴重的4個地區(qū)中，觀察到了甲狀腺癌的增加，但到2005年為止，僅有15人死亡。對于考慮劑量相對較小和其所受劑量與天然本底輻射差不多的全體居民，雖然已有基于模式預測固體癌癥發(fā)生率增加的報道，但委員會決定，由于預測的不確定性、不采用模式估算受到低劑量照射的人群的效應的絕對數(shù)?！?/p>
“切爾諾貝利事故后尚無有關(guān)某一物種的局部種群由于輻射照射而滅絕的報告。在所有地區(qū)，種群均在長期慢性照射條件下生存。在隨后的2~2.5年里，種群得到了恢復。沒有觀察到對動物種群或生態(tài)系統(tǒng)的持續(xù)嚴重影響”。
切爾諾貝利事故發(fā)生后20多年，全世界運行的核電站保持安全、穩(wěn)定的運行，新建核電站的設(shè)計、建造和運行都有了更高的安全水平。福島核事故后，全世界對這次事故的經(jīng)驗教訓進行了總結(jié)，在事故預防、應急響應、安全基礎(chǔ)、安全文化等多方面有了更高的安全目標。可見，切爾諾貝利事故和福島核事故的放射性釋放造成的直接輻射危害（對人體健康和環(huán)境）是相對有限的，也沒有改變“核電是清潔、安全的能源”的結(jié)論。然而，盡管切爾諾貝利事故和福島核事故對人體健康和環(huán)境的影響是有限的，但其產(chǎn)生的經(jīng)濟損失是巨大的，社會影響是不可接受的。必須采取有效措施，杜絕這類事故的發(fā)生。
●核電是減排效應最大的能源之一
一座百萬千瓦電功率核電廠每年可以減少二氧化碳排放600多萬噸
綜上所述，核電鏈是對環(huán)境影響極小的清潔能源，核電廠本身不排放SO2、PM等大氣污染物，核電站流出物中的放射性物質(zhì)對周圍居民的輻射照射一般都遠低于當?shù)氐淖匀槐镜姿健：四軐儆诘吞寄茉?，一座百萬千瓦電功率的核電廠和燃煤電廠相比，每年可以減少二氧化碳排放600多萬噸，是減排效應最大的能源之一。
我國政府承諾，到2020年非化石能源占一次能源消費比重將達到15%左右，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%。發(fā)展核電是實現(xiàn)這一目標的現(xiàn)實途徑。核電的安全是有保障的，與其他能源相比，核能的即時死亡人數(shù)是最少的。核電的外部成本低，對煤電有較強的經(jīng)濟競爭力和替代能力。
當前我國已經(jīng)投運和批準建設(shè)的核電廠均位于沿海地區(qū)，主要是因為東部沿海經(jīng)濟發(fā)達而缺少常規(guī)能源資源。隨著中西部地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展，面對資源、能源及環(huán)境問題的制約，應當積極推進內(nèi)陸核電站建設(shè)。內(nèi)陸核電與沿海核電沒有本質(zhì)差別，而且內(nèi)陸核電站比沿海核電站有更嚴格的標準。在內(nèi)陸建設(shè)核電站，不僅可以保證社會經(jīng)濟發(fā)展所需的能源支持，而且可以減少這些地區(qū)酸雨強度和環(huán)境污染問題。加快發(fā)展核電也是我國華北、長江流域以及中南地區(qū)改善大氣環(huán)境質(zhì)量和治理PM2.5等大氣霧霾的必要措施。
本文作者潘自強為中國工程院院士，姜子英為中國原子能科學研究院副研究員