关于核能掌握未来能源市场的可行性研究

资 源 科 技 论 文

核能主导未来能源市场的可能性探究

学 院 专 业 年 级 学 号 姓 名 指 导 教 师

地理科学学院

地理科学（师范） 2010级 222010318011150 陈丹 杨平恒

二○一二年十一月

矿产资源的种类很多，储量也很大，但是矿产资源是不能再生的，终有枯竭之时。而且在开发矿

核能主导未来能源市场的

可能性探究

陈丹

（西南大学 地理科学学院，重庆

北碚 400715）

产资源的同时还会对森林和土地造成严重破坏，污染地表水和地下水，还会造成大气污染等等，同时还有可能引发崩塌、滑坡等地质灾害，威胁人们的生命财产安全。

（一）煤炭的开采、利用对环境的影响 我国20世纪80年代初煤炭消耗量是6亿t，90年代中期消耗量翻了一番，2007年煤矿消耗量已达到20×103t，j截至2009年已超过30×103t。

[1]

【摘要】：现在煤、石油等常规能源在

利用过程中所引发的环境问题越来越严重，人们开始寻找新能源来替代不可再生能源，核能作为未来的一种新能源，由于在开发利用过程中产生的环境问题比较轻，虽然在某些方面仍有保留意见，但是不可否认，它已经赢得了人们的青睐，很有可能掌握未来的能源市场。

煤炭开采所带来的环境问题主要有三个方面： 首先是对人体的健康和生命的危害。除了致

命的地下矿和露天矿事故外，煤矿工人还容易患呼吸道疾病[2]。其次，是对土地资源的影响。其影响的程度根据开采煤矿的深度、地质构造以及开采的方法来定。在人口聚集的地区，煤矿的露天开采对人们的生产生活有着直接的影响。然后是对水体的影响。“水流经过矿床，特别是富含硫化铁矿的煤层和岩层，会使排水呈现酸性，携带大量的悬浮物，并且含有很高浓度的重金属和其他可溶物质。”4

【】

【关键词】：矿物燃料 环境 核能 核电

站

如今，资源与环境的问题引起人们越来越多的关注。自古代以来，人类对于资源的开发利用就没有停止过，这是人类生存和发展的物质基础。但是随着对资源越来越频繁地开采和不合理地利用，环境问题已日渐突出，酸雨蔓延、全球变暖、森林锐减、土地荒漠化、大气污染、臭氧层破坏、生物多样性减少、水体污染、海洋污染、固体废物污染已成为全球十大环境危机。因此，寻找清洁、高效、安全的能源现已成为世界各国共同努力的目标。

下面介绍各类能源的开发利用对环境的影响。

上述只是煤矿开发过程中的环境问题，煤炭的燃烧所造成的环境污染则更为严重。

燃烧煤炭所产生的气体主要有二氧化碳、硫氧化物、氮氧化物、一氧化碳有机化合物等。由于二氧化硫排放量中约有90%是由煤炭燃烧产生的，所以燃煤量的增加，其排放的二氧化硫也增加，1998年达2300万吨，居世界首位，造成区域性环境酸化。华中、华南、华东等地区几乎是十雨九酸，酸雨频率达到80%以上，其他许多地区的降水也开始呈酸性。[3]

（二）石油的开采利用对环境的影响 “原油开采过程中钻井泥浆内加入的烧碱、铁铬盐和盐酸等化学试剂会对井场周围的水域和农田造成不良影响，同时，原油开采过程中，井喷事故不仅会造成人员伤亡以及原油损失，而且会污染大片的农田或者海域，破坏生态平衡。”

【4】

一、矿物燃料的开发利用对环境的影响过大，必将退出未来能源市场主战场

矿产资源是不可再生的自然资源。随着科学技术的进步、经济的发展，人类对地球上各种矿产资源的开采规模、速度都在加大，尽管地球上

2

石油在运输过程中，由于油船事故以及油船

外排洗舱水的原因导致进入海洋的石油量显著

增加，对海洋造成严重污染。石油在加工过程或炼油厂运转过程中排放的废弃物更多，其中污染物的量甚至比煤气化和液化时排放的多10倍以上。

（三）天然气的环境影响问题

天然气在开采过程中容易产生硫化氢和伴

【】

生盐水分别会对大气和河流造成污染。表一5给出了一个100万千瓦的电站在燃烧不同种类的燃料使所产生的气体和固体污染物的排放量： 表一

矿物燃料 气，但如果使用核能的话，只需要开采1290吨的铀矿就可以了。按照同期需求计算，在不久以后，聚变堆电成功运行的话，只用开发使用42800吨的海水。[7]

2) 放射性废物的处理与环境的关系

同其他能源一样，核能在利用过程中在放射性物质、温室效应、热污染、水污染等方面对环境也有一定的影响。

“与燃煤火电厂相比的话，核电站对环境的

100万千瓦电站的污染物排放量（t）

气体废弃物 影响主要在放射性污染这一方面。核电站排到环境中的放射性污染物的数量不仅与反应堆的类

固体废弃物 灰分 360,000 9,000 ---- 型有关，还与核电站的功率大小、净化能力和反应堆的运行状况等因素有关。在早期阶段，核电站每年排出的废水的放射性强度

硫氧化物 氮氧化物 一氧化碳 颗粒物 烃类 醛类 煤 石油 天然气 110，000 27，000 2,000 3,000 400 ---- 37,000 25,000 710 1,200 470 240 20 20,000 ---- 510 34 ----

较高，一般是几居里到几十居里之间。但是在20世纪70年代后期以来，废水的年排放的放射性强度大大降低，一般小于5居里。而且在正常情况下，由于核电站采用多重屏障的保护，其对环境的放射性污染已经很轻微了。即使是生活在核电站周围的居民，一般也不会超过本底辐射剂量的1%。只有在核电站反应堆发生堆芯熔化等很罕见的事故的时候，才会对环境造成严重的污染。”5而且根据相对危害指数的分析计算，结

【】

二、核能利用的优劣势分析

1．核能的起源

核能起源于爱因斯坦的相对论。爱因斯坦的相对论表示，质量和能量是等价的，其比例常数是光速的平方。自爱因斯坦的理论发表以后，即1905年之后，世界各国都进行了探索，经过一些科学家在实验室进行观察、分析，证实了相对论的正确性和核能的存在，尤其是铀原子核吸收率一个中子后会变成两部分的现象，使核专家们产生了兴趣。在美国，核分裂的意义很快便得到了理解并加以运用，1942年，在芝加哥大学实验室中成功进行了铀235可控链式反应。二战时期，美国向日本广岛和长崎分别投下了一个原子弹，向世界证明了核分裂的巨大威力，之后，世界各国均反对核装置在战争上的应用，要求将其应用到发电等和平事业上。[6] 2、核能利用过程中的环境问题 1) 原料采集过程中的环境问题

根据美国核管会的报告，每年需开采1500万吨的煤矿，1036万吨的石油，420万吨的天然

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果表明，煤电的气体排放物对人们健康的危害比核电站大1880倍，油电气体排放物对健康度比核电站大830倍。

其次，根据科学家的估算，近百年来，由于对煤炭、石油等常规能源的大量使用，“导致二氧化碳的浓度增加了25%，而且在今后的30~50年内还要增加32%。至此，世界卫生组织预测，按照目前的增长速度计算来看，到2030年，地球的平均气温可能增加4.2℃，但是在过去的一万年里，地球的平均气温才增加了2℃。”7表

【】

二

【7】

是20世纪90年代末几个国家的主要能源

的生命周期的二氧化碳产量，我们可以看出，核电站向周围环境排放的二氧化碳量很少，仅次于水电，可大大节约煤耗。

核能主要是通过转化原子核的质量来释放能量，主要是通过核聚变与核裂变两种方式，反应过程中产生二氧化碳的量很少，所以核电站向周围环境排放的二氧化碳量很少，仅次于水电，可大大节约煤耗。同时，我们知道水能、太阳能、风能、潮汐能等都是可再生能源，但从目前的科技水平来看，短期内工业还是较难将之大规模地、长期地并且稳定地运用成为工业电力。 表二

主要能源生命周期的二氧化碳能源产

量

二氧化碳产量（g/kW?h） 日本 22 瑞典 6 芬兰 12~26 这些是反应堆定期排出的放射性废物，在反应堆排出的放射性中占有很大比例。还有少量放射性会在反应堆的反应过程中释放出来，如在换装燃料过程中释放的放射性很少引起人们的注意，但并不表示没有。

3) 核能开发利用对人体的影响

反应堆对于人体的影响，不同于矿物燃料对人体的影响，没有矿物燃料造成的大气污染，也不同于风电等非常规能源系统的职业危险性和公众危险性都很大，因为它们所需的金属材料在

平均排放量与核电之比 平均 13~18 （取15） 以核电（取15）为标准的比值 1 能源种类 核电 气电 煤电 水电 519 975 11 450 980 3 472 894 6 480 950 6.7 32 63.4 0.45

不管是核电、火电，都会有余热向环境中排放，因此废热对于环境的影响并不是核电所特有的，只是程度上的差异罢了。无论是利用煤、石油还是太阳能等其他能源，热能都不可能100%的转换成电能。“现代的煤电或者油电的效率可以达到48%，而目前核电的效率只有41%左右。但是煤电有14.6%的余热是从烟囱排出来的，43.6%的余热从冷却水排出，造成水污染。而核电64.8%的余热要从冷却水排到河水或者是海水中，核电通过冷却水排到水中的余热比火电高差不多30%~45%。”7

【】

炼制过程中会有射线污染，而且燃料是煤，又间接造成了大气污染。

经过研究分析，发现核电站对公众产生的辐照剂量不但比天然本底辐照剂量要低1~2个量级，而且还低于其不同地区间的标准偏差。而且并不是只有核电站才会产生放射性污染，矿物燃料的燃烧也会产生放射性污染，甚至比核电站的污染还要严重一些，如煤的燃烧。

所以，与其他能源相比，核能都是比较清洁、安全、高效的新能源。

三、核电站的发展与现状分析

1) 国外核电的发展现状

全世界现有433做核电机组在运行，总装机容量为3.49亿千瓦，核电占全球总电力生产的16.1%。全世界已经由17个国家的核电在国家电力生产中的比例超过了25%。截至2006年左右，全球有38座核电机组正在建造中，主要集中在远东、南亚、东欧和南美。其中。中国占10座（台湾2座）、日本4座、韩国4座??[8]

至今美国总共建造的商业核电站有132座，除去已经关闭的28座，目前仍在运行的还有104

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所以世界上很多国家都把核电站建在沿海，利用海水来做冷却水，不仅可以为核电提供无限的冷却水，还能比河水可以更好地消散余热，减少余热对环境的影响。

最后，在核电站进行铀核裂变过程中，会产生放射性裂变产物，主要包括气体溶胶和气体产物。但是这些气体不会直接排放到大气中，二而是经过特殊的处理后，经过排气囱排放到环境中，而且在排气囱处会装有连续监测系统以及报警装置，所以放射性气体一般不会泄露。而放射性固体，则一般是进行深部地质处理。

座，居于世界首位。2003年，核电在美国发电量中所占的比例近20%，相当于减少6.7亿吨燃煤所导致的二氧化碳排放量。[8] 2) 我国的核电发展分析

我国大陆拥有9座商业运营的核反应堆，另外有两台机组已经并网，4台还在建造中，还有最新的4台在07年已经开始建设。我国的目标是在反应堆的设计、建造、燃料循环的其他方面成为自给自足的国家。[8]

所以，如今的核能开发，人们不仅仅只注重

它所带来的经济利益，也开始注重核电站的安全问题。各国都开始致力于研究核电站的安全措施和发生意外后的补救方法，研究方向发生了调整。

四、探究核能利用开发过程中面临的问题

1. 核能原料的来源问题

中国大陆核电建设开始于1970年，现在该工业已经进入了稳定的发展期。政府计划到2020年，核电装机容量将增加到4000万千瓦（届时全国总容量将要达到10亿千瓦），还有1800万千瓦的在建核电站。[8] 3) 核电开发利用的特点分析

自从1954年前苏联奥布宁斯克核电站并网发电，人类进入和平利用核能发电以来，核电的发展并不是人们想象中的一帆风顺。

前苏联先行建造了世界上的第一座核电站，美国紧跟其后，其他发达国家，如德国、日本、加拿大等看到了核能发电带来的好处之后，也开始相继建立了核电站，此后，核电迅速发展。特别是1973~1974的石油危机，将世界核电的发展推到了高潮，甚至印度、巴西、阿根廷等发展中国家也建立了核电站。但是，在20世纪80年代以后，核电发展缓慢。一个原因是各国开始大力节约能源，调整能源结构；二是几次大的核电站爆炸所造成的环境问题引发了人们对核电安全问题的质疑；三是为了加强核电站的安全，核电技术更加复杂、政府审批时间加长，造成核电站的成本增加，导致核电站的经济竞争性下降。[9]如今，核电的发展进入复苏阶段。主要是由于大量的矿物燃料燃烧造成了严重的环境污染问题和全球气候变暖这一事实，迫使人们要引进新能源，而核能由于技术的日益成熟，凭借自身清洁、安全、高效的特点又重新进入了人们的视野。 核能在开发利用的过程中，让人们又爱又怕。爱的是核电在利用过程中不会产生氮化物、硫化物等污染性气体，也不会有大量的二氧化碳生成，对环境的污染很小较于其他燃料；怕的是核电站爆炸所导致的后果人们难以承受。

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核裂变的燃料是铀、钚等元素，核聚变是氘氚等物质。铀元素作为主要的核能燃料，分布广泛，但是在各种岩石中的含量不均匀，大型矿床较少。海水中铀的含量相当低，而且从海水中提取成本太高，所以铀矿床是主要的铀元素的来源。其次，是铀资源的勘探问题。一是勘探资金增加，国家财政方面要超出预算；二是国际上的法律保障；三是勘探和生产过程中的政治和社会制约；四是缺乏有经验的勘探员工等等一系列的勘探过程中所遇到的困难。[10]

我国铀矿类型多，规模小，矿体形态比较复杂，矿化不均匀而且品味低，埋藏条件多变，矿床水文条件复杂等等不利条件导致我国铀矿勘探难以顺利进行。

2. 核反应堆的安全性有待商榷

核能是较于矿物燃料更为清洁的能源，但反应堆的安全性一直是人们最为关心的。虽然许多数据表明，反应堆发生爆炸的几率是很小很小的，而且即使爆炸，放射性物质对于环境的影响也微小到可以忽略不计，但不代表没有影响。最近的福岛核电站爆炸，还有美国切尔诺贝利核爆炸事件、三哩岛核电站事故等对人类的危害我们是历历在目。所以核能在开发过程中的安全问题，即反应堆的安全问题和核反应过程中产生的放射性废物的处理问题，是目前各界所最为关心的。

3. 核电成本的经济分析

国际经验表明，核电成本具有竞争力。经过有关专家的系统比较法国、加拿大、俄国、韩国、日本、中国等国家的核电和煤电发电成本的比

率，研究表明：法国和俄罗斯的核电比煤电更具有竞争力；而在日本和韩国，两者的成本相当；在加拿大和中国，核电成本大于煤电。以我国为例，走自主化、国产化是降低成本的主要途径。虽然现在核电成本在竞争上所占优势不大，但是从长远来看，成本会有所下降，再结合核电的其他优点，在与其他能源竞争时会有一定的优势。

五、总结

从环境和环境成本的角度来看，用不了几十年，核能定会成为能源发展的一种必然选择。无论是从能源的可持续发展，还是从技术、资金等角度，核电相对于其他各种能源，都有不可替代和忽视的优点：清洁、高效、安全。在资源逐渐匮乏、环境污染日趋恶劣的今天，核电将是未来最有可能被广泛利用的新能源。但是核电在利用过程中的安全性也是有一定限度的，危险依然存在。这就要求人们在利用能源、保障核反应堆绝对安全可靠运行的同时，必须做好发生核事故情况的应急行动的准备，加强放射性废弃物的处理，使核能的利用长期顺利的发展下去。 参考文献：

【1】张君.中国煤炭消耗量透支十年指标[J].能源与节能，2011，1：76.

【2】陈娟，赵耀江.近十年来我国煤矿事故统计分析及启示[J].煤炭工程，2012，3:137.

【3】刘成武，黄利民.资源科学概论[M].北京：科学出版社，2004:157.

【4】何强，井文涌，王翊亭.环境学导论[M].北京：清华大学出版社.2004，9：109-115.

【5】程振华.能源生产和利用对环境的影响[J].环境与可持续发展，1987，04：2-4.

【6】苏永杰，姜维国，邵海江，杨维耿，张起虹，王利华.核能利用与环境保护[J].能源环境保护，2006，20（4）：16-17. 【7】冯晓.核能与环境[J].国土资源科技管理，2009，26（1）：37-40. 【8】张静.核能利用的伦理思考[D].武汉：武汉科技大学，2009. 【9】史永谦.核能发电的优点及世界核电发展动向[J].能源工程，2007（1）.

【10】倪士英，陈立贞，支仲骥.核能利用及其对环境的影响[J].能源工程，1995，3：15.

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率，研究表明：法国和俄罗斯的核电比煤电更具有竞争力；而在日本和韩国，两者的成本相当；在加拿大和中国，核电成本大于煤电。以我国为例，走自主化、国产化是降低成本的主要途径。虽然现在核电成本在竞争上所占优势不大，但是从长远来看，成本会有所下降，再结合核电的其他优点，在与其他能源竞争时会有一定的优势。

五、总结

从环境和环境成本的角度来看，用不了几十年，核能定会成为能源发展的一种必然选择。无论是从能源的可持续发展，还是从技术、资金等角度，核电相对于其他各种能源，都有不可替代和忽视的优点：清洁、高效、安全。在资源逐渐匮乏、环境污染日趋恶劣的今天，核电将是未来最有可能被广泛利用的新能源。但是核电在利用过程中的安全性也是有一定限度的，危险依然存在。这就要求人们在利用能源、保障核反应堆绝对安全可靠运行的同时，必须做好发生核事故情况的应急行动的准备，加强放射性废弃物的处理，使核能的利用长期顺利的发展下去。 参考文献：

【1】张君.中国煤炭消耗量透支十年指标[J].能源与节能，2011，1：76.

【2】陈娟，赵耀江.近十年来我国煤矿事故统计分析及启示[J].煤炭工程，2012，3:137.

【3】刘成武，黄利民.资源科学概论[M].北京：科学出版社，2004:157.

【4】何强，井文涌，王翊亭.环境学导论[M].北京：清华大学出版社.2004，9：109-115.

【5】程振华.能源生产和利用对环境的影响[J].环境与可持续发展，1987，04：2-4.

【6】苏永杰，姜维国，邵海江，杨维耿，张起虹，王利华.核能利用与环境保护[J].能源环境保护，2006，20（4）：16-17. 【7】冯晓.核能与环境[J].国土资源科技管理，2009，26（1）：37-40. 【8】张静.核能利用的伦理思考[D].武汉：武汉科技大学，2009. 【9】史永谦.核能发电的优点及世界核电发展动向[J].能源工程，2007（1）.

【10】倪士英，陈立贞，支仲骥.核能利用及其对环境的影响[J].能源工程，1995，3：15.

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