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我国内陆核电发展的环境风险可控性探析
  [2015-04-07]  作者: 潘自强,赵成昆, 陈晓秋, 张爱玲来源: 《环境保护》,2014,42(11)10-14

摘要:本文阐述了内陆发展核电所关注的厂址安全、环境保护的几个问题。分析表明,发展内陆核电是我国绿色低碳能源发展的重要战略选择,内陆核电的核安全是有保障的,环境风险可控,我国启动内陆核电建设的条件已经成熟。

关键词:内陆核电;核安全;环境风险;绿色低碳

社会发展的进步和人类福祉的提高离不开能源。各国能源战略的调整与其各自的能源结构、能源分布、供给安全、供需关系、生态文明、可持续发展等密切相关。当我国发展到中等发达国家时,预计全国需要的发电装机容量将超过20亿千瓦。在对不断增长的能源需求不存在不当限制的情况下实现保护人类和保护环境的目标,将是我国面临的巨大挑战。核电是安全、清洁、优质的现代能源。世界电力供应的约16%来自核电,2012年,法国核电占总发电量的74.8%,韩国占30.4%,美国占近19.0%,而我国仅占2.0%[1]。核电在我国应该而且完全可以发挥更大的作用。

我国核电建设一直坚持采用国际原子能机构(IAEA)推荐的先进安全标准,目前新建核电的安全技术也已处于世界核电的先进水平,核电技术完全可以满足在内陆发展的环境标准和安全要求,我国在内陆发展核电的条件已经成熟,核与辐射安全是有保障的,环境风险是可控的。

内陆核电是我国绿色低碳能源发展的重要战略选择

尽管煤炭、石油等化石能源面临着资源枯竭和环境保护的制约,但勿容置疑,在今后相当长的时期内,化石能源仍将是世界能源供应的主体,我国也不例外。我国能源结构还处于以化石能源为主(占90%以上)的阶段,非化石能源占一次能源消费的比重约为8%。为实现可持续发展、保护生态环境、应对气候变化、履行国际义务,中国政府承诺,到2020年非化石能源占一次能源消费比重将达到15%左右,单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%~45%[2]。

目前,我国燃煤发电量占总电量的比例过高,总量过大,已经成为我国大气污染、温室气体排放和多种环境生态问题的主要原因,多数地区已经难以承受煤电的进一步增加;风能、太阳能发电等可再生能源在短期内还难以成为主要能源;水电可继续开发的潜力也有明确资源限制。为此,国务院《大气污染防治行动计划》要求,积极有序发展水电,开发利用地热能、风能、太阳能、生物质能,安全高效发展核电。到2017 年,将非化石能源消费比重提高到13%,其中运行核电机组装机容量将达到5000万千瓦。

面对着我国逐年增长的能源需求、短缺的化石能源和环境污染物消减的巨大压力,社会各界普遍认为核电应该而且完全可以作出更大的贡献。首先,在节能减排方面,核电链排放温室气体的归一化排放量(每生产单位电量所排放污染物的量)约为煤电链的1%,若用核电替代相同电功率的燃煤发电,一座百万千瓦电功率的核电机组运行,每年可以节约发电用煤300多万吨,可以减少碳排放600多万吨,同时也可大量消减气载污染物的排放。当我国核电规模达到7000万千瓦时,则一年大约可减排4.2亿吨二氧化碳,可为完成碳的减排目标作出显著贡献。其次,在燃料运输方面,过多地使用煤炭,已给运输带来巨大的压力,一座百万千瓦电功率的核电厂和火电厂相比,核电每年耗用核燃料约25吨,仅为火电厂耗燃煤量的十万分之一,可极大地缓解煤炭的运输压力。再次,从核电厂址布局上看,仅在沿海建设核电与内陆省市对绿色能源日益增长的需求不相适应。一是从核电厂址安全上考虑符合建造核电厂的沿海厂址有限,难以保障未来核电的规模发展;二是目前沿海到内陆的输电走廊拥挤受限;此外,内陆电网安全缺乏稳定电源支撑,核电作为稳定的电源可保证电网的安全。因此,发展内陆核电是优化能源战略布局和缓解火电燃煤运输压力的最有效途径之一,也是我国保护生态环境,特别是改善大气环境质量和治理大气雾霾的必要措施。

国内外实践表明,在内陆建设核电的工程技术和运行管理是完全成熟的。世界各国运行的核电机组大部分都建在内陆,如美国内陆核电厂有39个,内陆核电机组占所有核电机组的61.5%,已经有2000多堆年的运行经验,其中密西西比河流域建有21个核电厂,而且该流域还拟新建约1000万千瓦的5个核电项目;法国有14个核电厂位于内陆地区,内陆核电机组占所有核电机组的69.0%,已有约1000多堆年的运行经验;中欧、东欧及俄罗斯等国的核电厂也多数分布于内陆[3]。中国核工业集团作为我国核电建设和运行的主力军之一,在内陆已经建成和正在运行着多个核反应堆,并且成功出口巴基斯坦恰希玛核电站,已有2台核电机组投运,2台核电机组在建,也都在内陆,已有内陆核电建设的经验。

综上所述,在能源供应安全、能源结构调整、以及改善生态环境和应对气候变化等方面核电具有不可替代的战略作用,成为我国安全、绿色、低碳能源发展的重要战略选择。目前我国的核电厂都分布在沿海地区,继续在沿海发展核电,必然会受到核电厂址资源和输电走廊的限制,仅在沿海布局和建设核电已难以满足内陆省市发展对能源日益增长的需求和支撑电网安全的要求,因此,建设内陆核电成为核电进一步发展的理性选择。

内陆建设核电可以满足严格的环境要求和相应标准

国内外核电厂多年运行的实践表明,核电厂流出物中放射性核素的排放已经控制在很低的水平,液态流出物排放对受纳水体实际造成的累积影响极小,内陆核电厂运行中流出物排放对周围公众产生的照射低于天然辐射源照射所致公众剂量的1%,是完全可以接受的。

现有用于核电工程的流出物消减技术表明,内陆核电厂通过采用絮凝、过滤、离子交换、蒸发、反渗透等多种组合的最佳可行技术(BAT技术)[4],对含有放射性核素的废水进行适当处理,实际上完全可以达到更高的水准,使得液态流出物中的放射性核素含量极低,实现“近零排放”,满足严格的环境要求,并达到受纳水体的环境质量标准。

我国已经建立的核安全法规、安全基本标准和多层次的安全与防护的审管要求,严格的许可证制度和有效的监督机制,可以确保核电厂安全运行,实现基本安全目标:保护人类和环境免受电离辐射的有害影响,而对核电厂的运行不存在不适当的限制。事实上,与我国3.1毫希弗/年的天然辐射照射平均本底辐射水平相比,我国对核电厂运行流出物排放所致公众照射的控制是相当严格的。特别是,在国家标准《核动力厂环境辐射防护规定》(GB6249-2011)中,不仅规定了流出物排放的总量控制值,而且在流出物排放浓度限制方面也提出了严格的技术要求和管理要求。其中内陆核电厂液态流出物排放浓度的限制比沿海核电厂的限制还严格10倍。

对于我国运行的压水堆核电站流出物排放,已有研究结果表明:与联合国原子辐射影响科学委员会(UNSCEAR)2008 年报告给出的1998~2002 年期间全球所有压水堆平均归一化排放量(每生产单位电量的流出物排放)相比,液态流出物中,氚的归一化排放量平均值为20.3TBq/GWa,与全球平均值(20TBq/GWa)相当,除氚外核素归一化排放量平均值为全球平均值(8.1GBq/GWa)的70.4%;气载流出物中,惰性气体和碘的归一化排放量平均值分别为6.3 TBq/GWa和0.11 GBq/GWa,分别为全球平均值的57.3% 和36.7%[5]。

实际上,燃煤电厂煤炭燃烧排放物中也含有放射性核素,核电厂流出物排放所产生的辐射剂量也远低于燃煤电厂所产生的辐射剂量。从对公众产生的辐射照射看,研究结果表明,煤电链约为420人.Sv/GW.a,核电链仅为8.39人.Sv/GW.a,煤电链所致公众的集体有效剂量约为核电链的50倍。
此外,核电如同火电一样,都需要可靠地获取冷却水。在这方面,目前已有很多方案可以用来降低火(核)电厂的用水量和耗水量。其一是使用干式冷却和干法净化技术;其二是使水在电厂内部循环利用;其三则是寻找可资利用的水源,包括城市生活污水、农业径流等回用,如位于沙漠的美国佩罗佛德(Palo Verde)核电厂使用了来自与其距离30英里的凤凰城(Phoenix)的城市污水处理设施的再生水,同时在厂内采用闭式循环冷却[6]。事实上,尽管全球每年的发电量稳步上升,但电厂的取水量从1980年就趋于平稳,这意味着发电过程中的用水效率已经提高。在1950年,每产生1000度电需消耗240立方米水,而到2000年每产生1000度电只需消耗80 立方米水[6]。因此,采用闭式循环冷却(湿式或干式冷却塔)或中水再利用技术等,可进一步减少电厂的用水需求和实际水消耗量,最大限度地保护水生生态环境。

内陆核电的核安全是有保障的,环境风险可控

尽管我国核电事业起步较晚,但在核电厂的选址、设计、制造、建造和运行等方面较好地借鉴和吸收了国际上的成熟经验,核电建设一直坚持采用IAEA推荐的先进安全标准,具备一定的后发优势。为了保证核电厂的安全,我国已经制定了必要的核电厂选址、设计、建造、运行以及退役的安全规定,目前我国已经构建了比较完备的、与国际接轨的核安全法规标准体系,坚持“预防为主、纵深防御;新老并重、防治结合;依靠科技、持续改进;坚持法治、严格监管;公开透明、协调发展”的基本原则[7],始终以确保核安全、环境安全、公众健康为目标,使得运行和在建核设施的安全水平不断改进、持续提高。

福岛核事故后,全国民用核设施综合安全检查结果表明,我国运行核电厂满足我国核安全法规和IAEA最新标准的要求,具备足够的应对核电厂设计基准事故的能力,也具备具备较完善的严重事故预防和缓解的措施,核电厂的运行安全是有保障的,安全风险可控。新建核电厂选址、设计、制造、建造的安全技术已处于世界先进水平,具备较完善的应对严重事故的能力,每堆年严重堆芯损坏事件的发生概率低于十万分之一,大量放射性物质释放事件的发生概率低于百万分之一。

核电厂的选址也充分地考虑了极端外部自然灾害所带来的影响,通过核设施设计、厂址保护措施或管理程序,使核电厂具备充分抵御极端外部自然灾害事件的能力,包括地震、地表断层活动、气象事件、洪水泛滥、土工危害、外部人为事件(飞机坠毁、化学品爆炸等),以及其他可能危及核设施安全的重要外部事件(有毒有害气体、飞射物、电磁干扰等)。

类似福岛由极端地震海啸所致的核事故在我国不可能发生

尽管2011年3月11日日本东北地区宫城县北部发生了里氏9.0级的大地震(即日本“3.11”大地震),超过了日本福岛核电厂及其北侧女川核电厂的地震抗震设计基准,但在该地震条件下都实现了反应堆安全停堆的功能,导致日本福岛第一核电站核事故的直接原因是地震所引发的海啸。迄今为止,核电历史上尚未发生过由于地震而直接造成的核电厂不能安全停堆的核事故,但地震对核电厂运行安全的影响仍然受到高度关注,也是核电厂许可证审查的关键环节之一。

我国内陆核电厂址选择在远离地震带的区域,避开对核电厂安全具有潜在影响的能动断层,并考虑了厂址所在区域地震构造特征和特定的厂址条件,在核反应堆的设计中留有了充分的抗震安全裕量,地震安全是有充分保障的。

地震引发的海啸具有显著的地域性,纵观大规模海啸的发源地,均出现在海洋和陆地板块相互碰撞的俯冲带。日本位于环太平洋地震带,太平洋板块与欧亚大陆板块在日本东部海域发生强烈碰撞形成日本岛链,属于典型的板块碰撞形成的岛链,同时太平洋板块向欧亚大陆板块下部俯冲形成日本东侧的深海沟。伴随板块碰撞和俯冲运动,构造应力不断地积累,最终造成破裂产生大地震,这就是造成日本“3.11”地震海啸发生的构造背景[8]。

我国的板块构造和地震活动背景与日本显著不同。我国距离大陆板块边界较远,位于欧亚大陆板块的内部区域,其地震活动频度和强度远比板块边界俯冲带的要低,其次我国沿海海域属于大陆架型海域,平缓而宽阔,水深较浅。总体而言,我国根本不具备发生类似日本“3.11”大地震引发海啸的基本条件。因此,对于内陆核电厂址就更没有相应可能了。

“洪水”和“干旱”不构成内陆核电厂的安全问题

1999年12月27日,在法国巴莱耶(Blayais)核电厂,狂风使河水漫过核电厂的防洪堤,淹没了部分重要设施和厂房,导致余热排除系统、安全壳喷淋系统、安全注入系统失灵。 2011年6月,美国密苏里河发生大水,洪水迫使卡尔洪堡(Fort Calhoun)和库珀(Cooper)核电厂进入洪水警戒状态。其中卡尔洪堡核电站的充水护堤因意外原因破漏坍塌,洪水围困了安全壳厂房和变压器厂房,但水位尚未突破厂平标高。此外,还有应急砂袋垒砌的屏障保护了开关站和其他厂房,没有对核安全造成威胁[9]。

这些事件提示我们,内陆核电的选址要充分考虑洪水泛滥所带来的厂址安全问题。

按照我国《核电厂选址安全规定》,采用防止极端洪水的“干厂址”选址理念和留有足够安全裕度的设计防护要求,内陆核电厂选址对厂址区域可能的洪水、溃坝、泥石流、堰塞湖、极端降水等外部自然灾害事件(包括地震和洪水泛滥引起的上游溃坝),以及人类活动可能导致河流流量、水文、堤岸等条件的变化对厂址安全的影响都作了保守考虑。因此,我国内陆核电厂的选址和建设,通过保守假设的分析计算和合理确定厂坪标高,可以保证内陆核电厂址不会受到流域洪水和涌浪的威胁,洪水泛滥不构成安全问题。

然而,随着全球气候变化,近年来内陆旱灾有逐渐加重的趋势,对于高度依赖于核能和其他热力发电的国家,温度升高、热浪、干旱、河流低水位和水资源不足等可能影响到能源的安全和稳定的电力供给[10]。特别是在夏季的高温热浪期间,内陆热力发电厂冷却水的可用性及其水温将会受到严重影响,运行安全也会受到直接冲击。在某些极端情况下,核电厂将不得不降低功率运行,甚至停止发电。诚然,受长时间干旱条件或热浪天气的影响,国外一些核反应堆由于受取水最低水位限制被迫暂时停运,或由于排水水温的环境管理约束而降低功率运行。例如,2003年和2006年的热浪冲击使得欧洲大量的反应堆被迫停堆,其它反应堆也不得不降低功率运行。法国内陆地区的反应堆因流出反应堆的冷却水温度超过允许范围而被迫关闭或者降低输出功率。类似的情况在2009年再次遭遇。鉴于热浪期间正是用电高峰,在保证核反应堆安全运行的前提下,法国政府放宽了保障供电的相关规定。在经受一系列热浪之后,夏季对冷却水温度进行测量成为一种永久性措施。放宽保障供电规定导致大量的温排水排入环境水体,削弱了水生生态系统适应更高温度的能力。

从本质上看,无论“干旱”还是“热浪”均属于缓发的自然灾害,而不会成为一种突发事件,这使得核电厂的营运单位和监管部门有足够的应对时间,必要时,通过停堆或降低功率运行,可确保核电厂的安全和环境安全。

预防和缓解并重,环境风险可控

在严重事故情况下,反应堆堆芯受到严重损伤、安全壳系统性能恶化,并最终导致大量放射性物质向环境释放,将严重影响环境安全和公众健康。尽管核电厂发生严重事故的概率极其微小,但考虑到事故后果的严重性,核能界一直对严重事故的预防和缓解予以高度重视,并将严重事故可能造成的辐射风险的评估和管理纳入各核电国家的审管范围,将环境风险控制在可接受的水平。在1979年三里岛核事故和1986年前苏联切尔诺贝利核事故之后,我国核电站通过持续的安全改进,使得安全水平不断提高。特别是2011年日本福岛核事故后,我国环境保护部(国家核安全局)在新建核电厂设计安全要求中,提出“实际消除”所有可能导致早期或大量放射性物质释放的事故序列,更加强调事故预防和缓解并重。

在日本福岛核事故过程中有大量的高水平放射性污水泄漏入海,因此,在对内陆核电厂建设和运行是否能确保水资源安全成为各界关注的焦点,需要制定确保水资源安全的应急预案和处置程序。充分汲取日本福岛核事故善后废水处理的有关经验教训和所采取的措施。对于可能产生的放射性污水,利用核电厂备用储罐(池)或安全厂房实现就地“贮存”;对于贮存的放射性污水,利用应急污水处理系统实现“处理”;对于可能出现的放射性污水泄漏,用阻水剂或其他快速凝固材料实现“封堵”;对于可能进入外部水体的污水,通过设置可及时阻断的防护段实现与外部水体的“实体隔离”。这样,对严重事故情况下可能产生或泄漏的放射性污水实现“可贮存、可封堵、可处理和可实体隔离”[3],确保水资源和水质安全,使得环境风险可控。

内陆核电厂周围人口密度较沿海低,有能力作好核事故应急准备与响应

核电站周围如果人口密度过高,一旦发生紧急状况,如何疏散人员无疑是严峻挑战。福岛核事故后,国际上已开始重新评估运行核电厂的风险因素,其中厂址周围的人口分布是重要的评价指标之一。此外,为了避免大的集体剂量,在选址时,人口分布也是其中要考虑的一个因素。

据英国《自然》杂志集团和美国哥伦比亚大学联合调查的核电厂周围人口分布资料统计,分布于人口数较低区间的核电厂(约占90%)中,滨海与内陆核电厂周围的人口相当;分布于人口数较高区间的核电厂(不足10%)中,滨海核电厂周围人口显著高于内陆核电厂。

在厂址半径30千米范围内,全球211个核电厂(包括运行和已颁发建造许可证)中人口超过100万的有21个,其中内陆厂址9个,滨海厂址12个;人口超过300万的有6个,均为滨海厂址。我国拟建的内陆核电厂周围半径30千米范围内,湖北咸宁和江西彭泽厂址周围总人口相对较低(约为全球60~70%分位点的人口值),湖南桃花江周围人口数相对较高(约为全球90%分位点的人口值)。

在厂址周围半径80千米范围内,我国在建和运行的12个滨海核电厂址周围的人口密度约为237~2180人/平方千米,均值为664人/平方千米;而我国拟建的三个内陆厂址,人口密度约为307~425人/平方千米,均值为354人/平方千米。滨海核电厂周围人口密度整体上高于内陆核电厂周围的人口密度。
我国内陆核电厂周围人口密度并不比沿海高,基于我国多年来沿海核电厂核事故应急准备的实践经验,不存在实施应急计划不可克服的困难,完全有能力作好内陆核电厂的核事故应急准备工作[11]。

公众对核电发展的认知程度是内陆核电建设的基础保证

截至2012年底,全球核电机组已累计安全运行了约13000堆年。但是,核电发展史中的核事故却给核电发展造成了很大的负面影响,包括美国“三里岛事件”及前苏联“切尔诺贝利核事故”,以及2011年的日本福岛核事故。核事故造成的经济损失,以及对社会和环境产生的影响是巨大的,日本福岛核事故虽然没有直接的健康影响可被识别,但在心理和社会福祉方面的影响,如抑郁症和创伤后应激反应,已在日本人群中观察到了。事实上,在切尔诺贝利事故后,也观察到了心理影响可能大于直接的放射性后果。核电厂核事故引发了人类社会的恐惧感,很多人对核电的发展有了不同看法。这种对核电事故所致危险看法上的差异,是由于各种社会因素引起的,主要包括:一是混淆核武器爆炸和核事故的界限,错误地把核事故与核武器爆炸联系在一起;二是过分渲染核事故的影响;三是核产业长期封闭性造成的影响;四是若干核安全与辐射防护理念在理解和应用中的偏差。其中前两个因素属于核事故引起社会响应的外部因素,后两个因素则属于内部因素。

公众对核电发展的认知程度是内陆核电建设的基础保证。从“技术”上看,危险是一个用于表述与实际照射或潜在照射有关的危害、伤害后果的多属性量,通常用可能产生特定有害后果的概率以及此类后果的程度和特性表述;它是衡量伤害和其概率的普遍的、基本的尺度。在这里所说的危险,实际上是危险的可接受性,而不是危险。危险是客观的,危险的可接受性则包括许多社会的和主观的因素。
解决核事故(事件)心理社会影响的基础和前提就是预防与缓解并重。当公众切身感受到核能是安全的,核能可以造福人类,在给人类带来极大好处的同时伴随的风险很小时,公众对核的信任度将自然而然地会提升,恐核心理自然而然地会减轻,对核能的风险承受能力将增强,从而有助于预防、减轻和解决核事故(事件)的心理社会影响。可见,提高核设施的安全性是十分重要的。核事故(事件)社会响应主要涉及核电厂营运单位、政府、传媒、公众等各个层面对社会响应所承担的责任,提出事故发生前、发生之中和发生后应采取的解决核事故(事件)社会响应的对策。这些对策主要包括:一是提高核设施与核活动的安全性,提高公众对核的信任度;二是制定核事故(事件)分级的国家标准;三是建立事故(事件)发生之前的信息管理机制;四是建立事故(事件)发生之中的信息发布机制;五是事故(事件)善后处理期的社会传播机制;六是建立公众的信息沟通机制。

公众是核事故(事件)社会响应的主体,公众对核事故(事件)及其后果以及如何防护自己等相关知识的了解、认知程度直接关系到心理社会影响的大小。除了应加强核与辐射相关知识的宣传、普及,最重要的是尊重公众的知情权、参与权。为此,核能界必须在政府的领导和支持下,与科技、教育、传媒等相关部门密切配合,建立与公众沟通的有效渠道和正常的沟通机制。特别是环境信息知情权、环境信息传播权、环境决策参与权和环境政策监督权[12]。

参考文献
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5. 陈晓秋,杨端节,焦志娟.中国大陆核电厂放射性流出物释放所致的公众剂量[J]. 辐射防护通讯,2011.31(3)1-6
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10. Frauke Urban and Tom Mitchell. Climate change, disasters and electricity generation. Strengthening Climate Resilience Discussion Paper 8, website: www.csdrm.org, 2011.
11. 杨端节,李冰,陈晓秋,熊小伟. 浅析核电厂周围人口分布的现状[J]. 中国人口﹒资源与环境(专刊),2013. 23(11)230-233.
12. 陈晓秋,顾志杰. 核电站选址阶段环境影响评价的公众参与问题[J]. 辐射防护通讯,2007. 27(1)1-6

(潘自强系中国工程院院士;赵成昆系中国核能行业协会副理事长,研究员;陈晓秋系环境保护部核与辐射安全中心副总工、研究员;张爱玲系环境保护部核与辐射安全中心研究员)

 



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