[2012.03.10] 核能前景：跨越彩虹

2012-3-12 10:21| 发布者: migmig| 查看: 16753| 评论: 12|原作者: Medea

摘要: 如果会出现更好的核裂变技术，人们也得等待很长的时间。

特别报道：核能

前景

跨越彩虹

如果会出现更好的核裂变技术，人们也得等待很长的时间。

Mar 10th 2012 | from the print edition

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梦醒后，现实黯淡。

麻省理工大学的Ernest Moniz说：“美国没什么理由为核能提供补贴，除了担心气候问题。”他说得对。到了2020年，21世纪的碳排放量就将超过整个20世纪。这种规模的排放真的可能会让人类受灾，自然受损，也可能让两者都受难。核能不会直接产生二氧化碳排放，可能会让情况好转。

据普林斯顿大学的Robert Socolow与其同事计算，在未来50年内，如果能用总产能7亿千瓦的核反应堆来代替燃料发电站（大约为目前核电站总产能的三倍），每年就能减少二氧化碳排放量370亿吨。如果考虑到同期必须更新大多数现有核电站，核电站建设速度将三倍于中国计划中的核电站建设速度（该计划到2020年为止，打破了记录），而且还得在五十年中一直保持这种高速。即使这能够做到，也只能解决小部分问题。2010年，工业产生的二氧化碳排放量约为300亿吨，并且以每年3%的速度增长。按照这个速度发展下去，这种强化版的核电站建设计划只能抵消四年的二氧化碳排放增长。

没有哪种科技能单枪匹马解决气候问题。即使综合利用现在的补救手段——可再生能源、核能、节能，似乎也不能解决问题。只有在2050年前把工业国家的碳排放量减少80%，才有可能把温度升高控制在2°C以内。很少有人知道这个挑战的规模有多么巨大。加利福尼亚素来是节能先锋，人们对它的节能减排情况进行了深入研究，发现如果运用当今科技，同时考虑上合理的未来技术进展，最多也只能做到减排60%。研究的负责人，洛伦兹利佛莫尔国家研究所的Jane Long表示：“如果加利福尼亚也只能做到这样，别的地方就更不用提了。”

万丈高楼平地起。即使我们只能接近目标，多用些科技减排总比少用些科技容易些。即使核电站对此贡献不大，修建核电站也算值得。国际能源署的《世界能源展望2011》中称，从现在到2035年间，如果经合组织成员国停止修建核电站，其它国家削减一半的核电计划，那么想将碳排放造成的升温控制在2°C以内，会让世界多花1.5万亿美元。这大部分是因为利用可再生能源要更多的钱。

德国就是个例子。该国家很长时间以来都喜爱可再生能源，对核能过分谨慎。福岛核电站泄漏事故发生之后，德国决定逐步彻底淘汰核能；尽管它已经修建了一些燃料发电设施，还从法国核电站进口电能，它还是需要更多的可再生能源发电设施来弥补能源缺口。新的燃料发电设施使用天然气，碳排放量少于那些使用煤的设施（同样应该被淘汰），所以也许能控制碳排放量。不过据瑞士联合银行集团调查，到了2020年，制造业购买能源的实际价格将会上升60%；而柏林科技大的Ottmar Edenhofer说，60%还算比较温和的估计。

在低排放世界，如果尽力发展可再生能源发电设施仍不能满足的电力需求，核能才会得到运用——仅限于弥补电力缺口。

市场可能也需要重组。电网里有很多可再生能源设施，让燃料发电设施的日子很难过。有太阳有风的时候燃料发电设施要关闭，天阴无风的时候又要补缺顶班。就算现有的燃料发电设施派不上大用场，德国也得直接付给它们大量资金，或者保证它们有利可图，让这些设施能有资金维持运转。

尽管可再生能源发电设施十分昂贵，新修核电站也所费不赀。英国试图采用新建核电站的方式达到减排目标；它即将面临的账单大得足以让德国没法幸灾乐祸。有利于提高生产积极性的便宜减排方式是：用天然气燃料发电设施（每千千瓦时碳排量只有煤的一半）代替老式的煤炭燃料发电设备。使用核能和可再生能源则昂贵得多。

不过，托科技革新、大规模生产和市场竞争的福，可再生能源越来越便宜。以长远计，变得便宜的技术会挤掉那些变得昂贵的技术。在低排放世界，如果尽力发展可再生能源发电设施仍不能满足的电力需求，核能才会得到运用——仅限于弥补电力缺口。

这个角色已经足以让很多环保人士成为核能的拥护者。不过，比起那些建设缓慢、价格昂贵、产能低下的压水反应堆，他们的核计划多半让人振奋。现在，有许多反应堆设计可供选择，它们各有所长。美国全国教育协会协调组织了第四代核能系统国际论坛（GIF）。在论坛上，参与者们为制作这些反应堆模型制定计划，都说自己的反应堆比现在的那些强。

不过，这些新反应堆基本上没有解决实际问题，只能迎合核能产业自身的想法。与其它设计一样，第四代反应堆大多数是“快堆”，使用容易裂变的燃料和未经减速的中子；它们用钚燃料，同时还可以大量产生钚燃料。如果核裂变燃料短缺，这可算是个优势；但是近期的铀供应充足，燃料费用也只占核能费用的一小部分。制造核燃料的能力确实解决了一个问题，但是只有在更广泛地运用核能时，这个问题才会出现。新反应堆得先有些长处让自己流行起来才行。

自然，制造钚的能力是个麻烦。防核扩散的核心工作之一，就是劝说那些已经或试图拥有核计划的国家，让它们不要通过循环使用核燃料制造钚；另一项核心工作，则是让新的有核国家不要建设自己的浓缩设施。如果已有的核电站停止回收使用核燃料（如现在的英国），可能能够劝服其他国家（如韩国）不要这样做。而新一代的“产钚机”会彻底摧毁这种努力。

不过我们必须承认，其它的反应堆同样可以制造核燃料。熔盐反应堆（使用液态燃料）可以把自然界中储量充足的钍变成一种在自然界中并不存在在核燃料——铀233。这样可以避开持续使用铀235和钚，给制造核武器大开方便之门，所以，熔盐反应堆可能被用于制造某些“燃料”，对防核扩散并无裨益。

就像其它的第四代反应堆，熔盐反应堆也有新的安全措施，但是核反应堆必须安全。所以安全并不是制胜的法宝。如果只要操作正常，第三代反应堆就能安全运转，那么为什么要用第四代？相反，如果第三代反应堆都不安全，我们凭什么去信任第四代？制胜的法宝应该是价格。

当下，那些试图降低核电成本的人大多不会考虑建设周期超过20年的项目（他们可能根本没有考虑过）。他们考虑的是小型核电站。尤其是在美国，小型模块反应堆（又称SMR，最大功率只有30万千瓦）风头正劲。有些反应堆只是微缩版的压水反应堆，如巴威公司的10万千瓦反应堆；有些则奇异得多。

往“小”处想

这种反应堆能占领大型反应堆无法企及的市场。许多公用事业企业和小国对大功率核设施并不感冒；它们每次只想建个功率10万千瓦左右的电站。小型反应堆还有可能派上新用场，比如淡化海水、给局部地区供暖，甚至可以用于交通运输。中国物理学家何祚庥批评了政府的大型压水核电站热。他指出，修建军用和商用的小型船舶反应堆是个培养工程师、设计师的好方式。

小型反应堆还能建在地下筒仓中，减少民用设施的建设费用。最有前途的是它们能建在工厂里，不用另据一处。这让它能更快得到运用。日积月累，每年修建十个这种反应堆的工厂最终有可能大幅度降低成本——通过数量效应，而非规模效应。

不过，这些优势还不足以给小型核电站的未来增加决定性筹码。巴威公司突然宣称在每千瓦产能的成本上，千千瓦级的小电站几乎能与大型压水反应堆（如AP1000）持平。核电业一直追求规模效应，所以很多人并不相信小型反应堆每千瓦的成本能与大型反应堆相同。Atam Rao是通用电气公司ESBWR反应堆（一种先进的第三代反应堆）的设计者；他觉得这种说法“纯属胡扯。”不管大小，反应堆都需要控制系统，为每个小反应堆修建控制系统肯定会增加成本。会有哪家公司真的觉得修十个小反应堆，建十个控制系统，再加上十个安全系统会比只修一个大反应堆好？如果有公司因此得到了实惠，别的公司才会相信小反应堆好。

最后是那些新型核能拥护者们面临的最大的问题。如果要使与渐进式科技截然相反的崭新科技腾飞，光搞研发可不够；它必须得到运用。只有在产业确信这种科技可行之后，才会运用它。美国海军使用了核反应堆，别的国家才相信核反应堆能用来做发动机。20世纪50年代，Admiral Rickover对理论和实践中的种种核反应堆构想作出了总结；60年后的今天看来，这些结论仍然有些道理：

象牙塔里的核反应堆、核反应设施普遍拥有如下基本特征：(1) 简单； (2)规模小；(3) 便宜；(4) 轻巧； (5) 修建迅速；(6) 用途广泛；(7) 不需要太多科技革新，只需要些过时的科技；(8) 反应堆正在试验阶段，还没有人建造它。与此不同，实用的反应堆特征如下： (1)正在进行建造；(2) 已有明确的时间表；(3) 需要改进许多大大小小的现存物件；(4) 非常昂贵； (5) 因为工程建设总是出现问题，所以修建它需要很长的时间；(6) 规模庞大；(7) 笨重；(8) 复杂。

发明家必须承担风险，修正自己的主意，善于学习。他们在无序的市场竞争中繁荣。他们常常依靠风险投资，而这些投资通常连一个实用级别核电站的资金需求都无法满足。他们也需要回报。不过，核反应堆的建设者不能以牺牲安全性做代价；就算是为了降低成本，也有很多事情不能尝试。即使他们成功了，这些反应堆的用途也仅限于商用电。电厂对崭新的发明无甚助益。

正如Philippe Jamet所言，虽然核电站的历史已有百年，这种科技本身尚处幼年。即使发生了福岛核电站事故一类的灾难，核电站的寿命和人们的惰性也保证人们不会将核电从世界上抹去。不过，这两种特征也导致它发展缓慢。在能源领域，各种科技需要数十年的时间相互促进，相互竞争，才能取得成功。在这个发展缓慢的领域里，核电似乎被抛在了后头。这倒不是说它无法得到到更重要的地位，只是说它需要慢慢来。反应堆里头，事物更替以毫秒计；反应堆外头，改变需要穷尽一生之力。

from the print edition | Special report

参考阅读：

何祚庥的文章，内有中国核计划的规模和其它分析：http://news.qq.com/a/20110802/001229.htm

六种第四代反应堆概念：http://wenku.baidu.com/view/73c7047b1711cc7931b716d6.html

感谢译者 Medea 点击此处阅读双语版