在全球而言,核反應堆大致分為“輕水堆”和“重水堆”兩大技術派。其中,輕水堆又被劃分為壓水堆、沸水堆等。
從中國幾十年的核電發展可以看出,壓水堆是中國確定的最主要路線。
國內的核電第壹階段約在1970年到1983年期間。時任總理周恩來於1970年2月8日提出要發展核電,因而第壹個自主化核電項目“728工程”正式出現。
隨後的7年,由法國提供貸款,與中國進行經濟技術合作,其中包括建設壹座核電站。但由於上世紀70年代末的經濟調整,又迫使該項目下馬,“728工程”是否需要保留又引發了壹段爭議。
但是1982年時,國務院領導最終確認采用壓水堆,並定在浙江海鹽,秦山核電站壹期項目籌備啟動。從此,中國壓水堆型路線被確認,且決定采用百萬千瓦級的機組技術,並走“學習國外技術加自主研發”的道路。
1986年到1997年時,我國***建成了6座核電站和11個核反應堆,總容量為8.7G瓦,在中國裝機發電總量上占比為1%。
2003年之後,核電站進入了批量建設階段,其中28個核電反應堆將采用二代或二代加技術,而不到10座反應堆則采用第三代技術。
相比風能、太陽能,核電對中國的能源意義或許要更大。到2020年年底,估計中國的太陽能、生物質能等其他新能源的裝機量占總裝機容量的11%左右,而核電估計可以占到4%。
國內的核電站經營方主要是中國核工業集團和中廣核集團兩大央企,大唐、華電福建發電、中電投、申能股份等也都參與了不同核電站項目的投資。
與中國大批核電站走“壓水堆”有所不同的是,日本福島第壹核電站所采用的技術是BWR(沸水堆)技術路線。
沸水堆直接從堆芯產生蒸汽驅動汽輪機。發生事故的福島1號機組1971年3月投入運行,屬於BWR-3堆型,目前已不使用。
以中廣核為例,目前有5臺在運行核電機組,均位於大亞灣核電基地,總裝機容量502萬千瓦。
“大亞灣核電站2臺機組於1994年投入商業運行,嶺澳核電站壹期2臺機組於2003年全部建成投入商業運行,嶺澳核電站二期1號機組於2010年9月投入商業運行。”中廣核壹位內部人士向《第壹財經日報》記者說道。
中廣核集團正在發展的堆型是自主創新的CPR1000型壓水堆,“壓水堆產生的熱量通過壹回路系統帶出並通過蒸汽發生器系統產生蒸汽,驅動汽輪機。我國的壓水堆核電站技術上比較成熟和先進,具有較高的安全性與可靠性。”該中廣核人士表示。
從世界已經在建或者建成的核電機組來看,代表性核電技術大致有6種:美國西屋電氣的先進非能動壓水堆(AP1000)、法國阿海琺公司的歐洲壓水堆(EPR)、美國GE的先進沸水堆(ABWR)和經濟簡化型沸水堆(ESBWR)、日本三菱公司的先進壓水堆(APWR)和韓國電力工程公司的韓國先進壓水堆(APR1400)。其中最具代表性的就是AP1000和EPR。
壹位專家也向記者介紹到,由於福島核電站的機型較老,所以日本可能在當初設計和安裝該機型的時候,也沒有對抗震的能力做比較充分的估計,“9級地震級別,不壹定是該核電站能承受的。”
如何避免堆芯熔化和氫氣爆炸事故
在這次日本核電事故中,“堆芯熔化”壹詞被媒體屢次提及。中國是否會發生類似事故呢?
堆芯是反應堆的心臟,裝在壓力容器內,由燃料組件構成。此外,堆芯也由二氧化鈾燒結而成。當燃料無法得到冷卻水,那麽堆芯的水位就會下降,導致燃料棒露在水面上,而放射性的物質所產生的熱量將無法被去除,這也是比較嚴重的核電事故了。
針對可能出現的“堆芯熔化”問題,通過可靠的設計、高質量的建設、高效率運行管理來避免其發生。
“堆芯熔化”本身並不可怕,可壹旦熔化後,壓力容器或無法阻擋核燃料的輻射釋放,泄漏的危險就此發生。
前述中廣核人士就向記者解釋說,就可能出現的事故,中廣核所屬核電站設置了多道安全屏障和多個專門針對事故的安全系統,安全系統均采用冗余設計(壹個部件出現故障並不影響安全功能)。當失去外電源時,將由應急柴油機可靠地供電。大亞灣核電站、嶺澳核電站各機組在已分別配備應急柴油機的前提下,還采取專門增加壹臺備用柴油機等措施來防止事故擴大發生堆芯熔化的情況。
除此以外,中國正在建設並推進的AP1000三代核電項目,則使用的是“非能動”方法,減少出現“堆芯熔化”事故的幾率。
全國政協委員、中國電力投資集團公司總經理陸啟洲也對媒體表示,AP1000核電技術采用的安全系統,即(可理解為)在反應堆上方,頂著多個千噸級水箱。壹旦遭遇緊急情況,不需要交流電源和應急發電機,僅利用地球引力、物質重力等自然現象就可驅動核電站的安全系統,巧妙地冷卻反應堆堆芯,帶走堆芯余熱。盡管福島核電站的反應堆已經關閉,但小的、基本的核衰變仍在繼續,這意味著脫落的核燃料棒依然釋放少量余熱。
此外,福島第壹核電站也出現了多次的氫氣爆炸。而就可能出現的氫氣爆炸情況,國內核電公司則設置了預防、監控、行動和措施等多道防線。
“比如,中廣核為防止此種情況的發生,就有多種監測方式監測主系統中的氫氣濃度,並通過氫氣復和器、氫氣點火器等專設安全設施,控制事故情況下氫氣水平,避免其濃度的上升,防止出現氫氣爆炸的情況。”前述中廣核人士指出。
如何防範核事故和嚴重自然災害
除了技術上的保障之外,核電項目的選址、防震抗震能力等也至關重要。
中國原子能科學研究院快堆工程部總工程師徐銤對媒體稱,我國的核安全法規標準,采用了國際原子能機構的最新研究成果,核電站建設和運行安全可控,但也應從日本此次事件中吸取教訓,制定更加周全的應對自然災害的安全預案。
徐銤說,我國核電站“門檻”比世界平均水平要高,核電站的選址更加保守、安全,均遠離地質斷裂帶,建在穩定的基巖上。抗震標準、防洪標準等都做到了“高壹級”設防,並且受國家核安全局的嚴格審查。
西安交通大學核能系教授、中國反應堆熱工流體專業委員會副主任委員秋穗正則在接受媒體采訪時表示,福島核電站反應堆出現這種嚴重的情況,在歷史上非常罕見,因為核反應堆在設計的時候會把地震因素考慮進去。
也有人士質疑稱,日本作為壹個地震高發國家,國內有很多專家和公眾反對建造核電站。但日本的核電擁有量並不低。
世界各國核電站總發電量的比例平均為17%,核發電量超過30%的國家和地區至少有16個,美國有104座核電站在運行,占其總發電量的20%;法國59臺核電機組,占其總發電量的80%;日本有55座核電站,占總發電量的30%以上。
然而,值得註意的是,日本有七成以上的核電站,位於日本地震預知聯絡會劃定的地震指定觀測地域,也就是地震發生可能性較高的地域。
除了抗震問題,核電項目與住宅間隔、環境之間也有著密切的聯系。
南華大學教授譚德明就撰文指出,核電項目要盡量遠離居民集中區。
記者也從國家環保部的壹份材料中看到,核動力廠周圍的非居住區未必設置為圓形,但要根據廠址的地形、地貌、氣象和交通等具體條件決定。
此外,應盡量將核電站建立在人口密度低、相對大城市較遠的地點。規劃限制區範圍內不應該有1萬人以上的鄉鎮,廠址半徑10公裏範圍內,不應該有10萬人以上的城鎮。
譚德明在壹篇文章中稱,人口居住區評估應為廠址半徑80公裏內,要調查人口分布,評估人口密度與中心城市狀況;2公裏半徑為第二圈;5公裏為限制區,即人口稀少區;廠區半徑0.5公裏為非居住區,即隔離區,嚴禁居民居住,只有廠內工作人員出入。
中廣核方面告訴記者,核電廠的廠址也應遠離壹些危險品的生產、貯存和運輸設施,如油港、輸油管、煉油廠、液化氣貯存庫、毒品庫、飛機場等,必要時采取工程防護措施。
此外,靠近軍用訓練機場以及任何軍事設施的地點,均不宜用作核電廠廠址。核電廠也不應靠近民用飛機航線。也要防止有意破壞、失火和內部水淹等實際威脅反應堆安全的問題發生。而除設置保安、消防等系統外,應將安全系統的各個冗余,串列放在實體分割的單獨區域,使得任壹串列的損壞不致波及其他串列。
中廣核那位人士也稱:“在核電站選址的過程中,企業綜合考慮了周邊群眾的安全。在廠址確定後,針對可能受到的影響,核電站的周邊被劃分為5公裏、10公裏、50公裏三個不同的應急區域。而在核電站建設和運營過程中,據國家規定,核電站建立了完備的應急計劃、應急設備和應急體系,並進行定期的應急演習,確保核電站在可能發生事故時,周邊群眾能及時安全地得到轉移。”
核電設計預防
在核電站的設計上,根據國家核電站設計的相關安全法規,也要符合“縱深防禦”的設計要求,實施多道安全屏障和實體保護措施。
壹位國核工程有限公司的工程師也在前日向記者說道:“中國的核電站不是亂選的,很有考究。選壹個廠址很困難,而且廠址的資源也是很寶貴的。至於日本是不是適合選址,我覺得這是壹個國家應該考量的問題,從這個來說可以采取更多的技術手段,但是應盡量緩解因為地質災害帶來的後果。”
該人士指出:“每個國家都有使用核電的權利。只要該國政府能保證核電是安全的,那麽就要采取必要的措施、必要的手段。”
有人說日本是個地震帶,它不適合蓋樓,老百姓不適合在那裏生活。“這些說法也是欠妥的。日本的樓宇,蓋得還是很結實的。老百姓的地震知識也掌握得比較充分。日本人在九級地震的情況下依然表現得很鎮定。”
齊魯證券的最新統計顯示,我國已經被政府核準的核電機組總計為34臺,裝機容量3692萬千瓦,其中已經開工在建的有25臺,2773萬千瓦。而按照2009年9月國際原子能機構對2030年核電發展的預測值,預計世界核電裝機容量在今後20年至少增加40%,達到5.1億千瓦。其中中國的裝機增速、裝機增長規劃,可能都是領先的。
記者也了解到,我國的核電站在建壹期項目都集中在2014到2015年期間投產,短期內核電設備和交付的高峰將會出現。而日本福島第壹核電站的種種事件進展如爆炸、壓力容器破損、處置過程及結果、人群疏散、環境破壞和補救措施是否得當,都將成為中國核電工程今後安全措施保障難得的經驗。
壹位核電行業高層也提醒所有業界:“日本此次特大地震給我們帶來的思考是多方面的,我們必須有做好防大難、抗大災的壹切思想準備和物質準備,任何盲目自信和樂觀都是有害的。”