能源与环境

能源是自然资源的重要组成部分,是人类社会发展的先决条件,是国家经济发展、人民生活水平提高的重要物质基础。

目前,世界上的主要能源是煤、石油和天然气这些化石能源(又叫化石燃料)。据国际能源署(IEA)统计,2009年全世界一次能源生产总量为175.6亿吨标准煤,其比例构成为:原煤28.1%,原油32.5%,天然气20.6%,水电2.3%,核电5.7%,其他10.9%。同年,全世界一次能源消费总量173.6亿吨标准煤,比例构成为:化石能源80.9%(原煤27.2%,原油32.8%,天然气20.9%),水电2.3%,核电5.8%,其他能源10.2%。2009年世界的电力67%由化石能源产生(煤电40.5%,油电5.1%,气电21.4%),13.4%由核能产生,3.4%由其他能源产生。

2010年,中国的一次能源消费量为32.5亿吨标准煤;生产量为29.9亿吨标准煤,其中煤炭占76.8%,石油占9.6%,天然气占4.3%,水电、核电、风电占9.3%。

燃烧煤、石油和天然气,会向大气中排放二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、二氧化硫(SO2)、氮的氧化物(NOx)等有害气体以及烟尘(包括当前引起人们广泛关注的PM2.5颗粒),造成环境的严重污染。

二氧化碳、甲烷叫“温室气体”,它们产生温室效应,温室效应主要由二氧化碳引起,它笼罩在我们的上空,使太阳照射在地球上的热量很难散逸,从而使地球表面温度上升。煤和石油燃烧产生的二氧化硫和氮的氧化物是形成酸雨的主要物质。

许多著名专家认为,温室效应引起的全球变暖就是一种大规模杀伤性武器,至少与核武器、生化武器的危险性相当。

而核能是一种清洁的能源,利用核能发电既不产生烟尘、二氧化硫和氮的氧化物,又不产生二氧化碳。即使考虑从采矿到生产燃料、使用燃料(例如发电)的整个燃料链来进行比较,核能产生的有害气体也比化石燃料少得多。从整个燃料链比较,我国同样规模的核电与煤电相比,核电向环境释放的温室气体只是煤电的百分之一。

当然,核能的缺点是它产生放射性物质。其实,任何一种能源都是既具有优点,也存在缺点的。仅就向环境中释放放射性物质而造成的辐射影响来看,煤电燃料链也远高于核电燃料链,因为煤中也含有微量的放射性核素。从对公众产生的辐射照射来说,我国的煤电燃料链是同样功率的核电燃料链的50 倍。

目前,能源紧张问题已经凸显出来。化石能源是不可再生能源,它们的储量有限,已经行将用尽。按2010年的消耗量计算,世界的煤炭只可以开采118年,而石油仅可开采46年,天然气可开采58年。

因此,寻找与开发替代能源和新能源,成为摆在人们面前迫在眉睫的问题。新能源是指在新技术基础上开发利用的非常规能源,包括风能、太阳能、海洋能、地热能、生物质能、氢能、核能、天然气水合物(“可燃冰”)等。这些新能源分为两大类,一类是可再生能源,另一类是不可再生能源,但储量很大。这些新能源有的已经研发了较长时间,具有较好的基础,有的受技术性和经济性的限制,离实现商业化还相当遥远。这些新能源中,核能是不可或缺的替代能源,是达到工业规模应用的安全、清洁、经济的能源。

核能发电是核能的重要应用。火电、核电、水电是当前电力的三大支柱。截至2012年5月12 日,全世界共有30个国家建有核电站,建成并在运行的核电机组433座,总装机容量371422兆瓦。2011年核发电量2.518万亿千瓦小时,占世界总发电量的13.5%。目前,核电装机容量约占世界总装机容量的16%。全球核电比重最大的国家是法国,核电占总发电量的78%。世界上拥有核电机组最多的国家是美国,共有104台机组在运行。世界上正在建设的核电机组最多的国家是中国,共有26台机组在建设。内陆核电厂与沿海核电厂的建设并没有本质上的差异。目前全球在运行的433台核电机组中,内陆核电机组数量约占50%。美国的密西西比河是世界第四大河,也是北美洲最长、水量最大的河流。密西西比河流域一共分布有31台核电机组。

当前,“可持续发展”已经成为世界潮流。“可持续发展”的定义是:“既满足当代人的需求,又不危及后代人满足其需求的发展。”这是1987年由布伦特兰领导的世界环境和发展委员会提出来的。从这个意义上说,核能是可持续发展的能源。2012年7月,经合组织核能机构与国际原子能机构正式发布了2011年版的“铀红皮书”(《2011年铀:资源、生产和需求》)。据该资料,截至2011年1月1日,全球开采费用低于130美元/千克铀的已查明铀资源总量为532.72万吨铀,而包括高成本资源(开采费用低于260美元/千克铀)的全球查明铀资源总量达到709.66万吨铀,待查明铀资源总量为1042.91万吨铀。其结论是世界铀资源可确保未来100年全世界热中子堆核电站的供应。如果将热堆乏燃料经后处理回收的铀和钚循环使用,铀资源的利用率可提高1.2倍;如果将铀和钚用于快堆,则铀资源利用率可提高60倍。而未来如果增殖反应堆(如快中子增殖堆,利用钍的高温气冷堆增殖堆,这种反应堆生产出的核燃料比消耗掉的多)发展起来,那么核能的发展前景就更加乐观了。