俄乌热战正酣,中国却在“悄悄”发展核力量?

作者: 酷玩实验室

本文转载自:酷玩实验室(ID:coollabs)

 
2011年3月11日下午2点46分,一场里氏9.0级地震挟着海啸突袭了日本东北太平洋地区。
而距离震中仅178公里处,福岛第一核电站正矗立在那里。
作为地震多发国,日本建设核电站时非常注重抗震和防海啸,他们将核电站建在坚固完整的地基上,同时修了5米高的海堤。根据以往经验,5米是绝对安全的防御。
地震刚开时,核电站内井然有序。大地猛烈地颤动让核电站的反应堆按程序设定自动关闭,工作人员快速启用备用电源和柴油机——一切都按预演的发生。
不幸的是,他们遇到的是史无前例的巨震以及“同规格”的海啸,高达15米的浪头踏着5米海堤直奔核电站而来。
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看着冲天而起的海啸,核电站工作人员才惊恐地意识到自己犯了多大错,因为对海堤的盲信信任,核电站的应急柴油发电机竟然布置在地下室,也就是海平面以下。
福岛核电站最怕的就是断电
该核电站采用的是沸水装置,反应堆必须持续使用水轮机注入冷水冷却,如果水轮机断电,哪怕几十秒,也可能导致堆芯熔毁,引发可怕的蒸汽爆炸。
滔天巨浪借着势能迅猛地冲了下来,两名地下检查的工作人员当场丧生,核电站所有电力被摧毁,设备被冲的七零八落,内部瞬间陷入一片漆黑。
一场超预期的天灾,配合上东电公司后续处理时的利欲熏心,灾难不可遏制地爆发。
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日本福岛核电站的爆炸震惊全球,各国纷纷停下手中的活,在要不要继续发展核能问题上吵成一锅粥。
在欧洲,多地爆发“反核运动”。澳大利亚、丹麦、马来西亚、挪威、新西兰等国一度拒绝使用核能,德国、比利时和瑞士也决定逐渐放弃核电。
而我国核能项目同样陷入停滞,整个核电建设产业进入长达8年的‘零核准’状态。
但到了2019年,我国核电项目陆续“苏醒”。紧接着,开始加大马力跑起来了。
2021年初,政府工作报告中提出“在确保安全的前提下积极有序发展核电”,这是我国多年来首次采用“积极”的表述明确提及核电,“十四五”规划更是将“安全稳妥推动沿海核电建设”列为期间重要任务。
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在这样一系列的激励政策下,如今,我国在建机组数量和装机容量均位居全球首位。
就在前几天,国内在运装机容量最大的核电站、也是世界第三大核电站——辽宁红沿河核电站,作为东北首个核能供暖项目,开始给近2万居民进行核能供暖。
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这让人不禁产生疑惑,我国为什么要重启危险的核能,从数年停滞到跑步前进,这中间发生了什么?
 
01 
失衡
 
2021年9月24日,吉林一家超市,正在逛商场的人们,突然眼前一黑,耳边传来惊呼和嘈杂的人声。
涌出超市,他们看到一个从未见过的城市。
无论走到哪都没多少亮光,甚至连马路上都没有红绿灯,司机们放慢速度,凭感觉开车。
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这是一场让很多人措手不及的拉闸限电。接下来一段时间,就进入断断续续的停电状态。
更让人憋屈的是,吉林市新北水务有限公司竟然发布了一则公告:“按照国家电网要求,将执行东北电管局和吉林省能源局有关有序用电的精神,不定期、不定时、无计划、无通知停电限电,此种情况将持续到2022年3月份,停电、停水变为常态。”
一时间民怨沸腾。
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尽管次日又声明前一则公告“措辞不当、内容不准确”,并将严肃处理相关责任人。
但电是真的没了。据9月23日由国家电网东北分部调度中心(简称“东北网调”)签发的“东北电网事故拉闸限电预通知单”显示,为保证电网安全运行,辽宁、吉林、黑龙江三省预计23日下午16时30分至21时30分需要拉闸限电,被限容量分别为44万千瓦、36万千瓦和20万千瓦,合计100万千瓦。 
“不定期、不定时、无计划、无通知停电限电”成了人们当前生活的精准概述
停电不仅对居民影响大,对连续运行的化工类、冶金类等重工业企业的损失更大,不要说连续停电,就是电闪断一下,就可能对工厂造成几十万元的损失。 
在今年,四川成都、达州等城市也出现了严重的用电缺口,尤其是成都,大量灯光广告牌关闭,连路灯也只开了一半,维持着基本的照明。至于各种工厂,基本无暇顾及,只能停工或减产。
停电之后,上海腆着脸向缺电的四川要电,被四川网友怼的满地找牙。
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这两次停电有一个有意思的共同点,缺电的恰是两个能源大省。
过去东北一直是“北电南送”的排头兵。2020年黑龙江省“北电南送”交易额达100.4亿千瓦时,“十三五”期间,累计向省外送电317.5亿千瓦时。
而四川同样是我国水力发电的扛把子。去年,四川水电发电量超过3000亿度,比第二名云南多了800多亿度,比第三名湖北多了2000亿度。
可这两个富到流油的能源大省,自己却遇上这样的尴尬事。这是为什么?
说到底是一个低碳行动和能源稳定博弈的问题。
东北限电时,当时网上有一种言论,认为东北搞“能耗双控”,开学前赶作业。
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过去江浙一带确实发生过这样的事,也被严厉批评过。
2021年是双碳目标的开局之年,各地对于能耗双控目标的执行力度大幅提升。东北拉闸限电有没有赶作业的心思,我们不得而知。
但更核心的原因是:东北缺煤
而这又和双碳目标不无关系。
2015年左右,中国开始进行煤炭去产能,一批落后的、安全不达标的小煤炭厂被陆续关停。  
从2016年到2020年底,中国煤炭退出产能超过10亿吨。华北电力大学经济管理学院教授袁家海说,在去产能之前,中国的煤炭年产量大约是50亿吨左右;去产能后仅有大约37.5亿吨。 
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放眼整个东北地区,煤炭资源日趋紧张。据中国新闻周刊报道,2020年黑龙江、辽宁、吉林原煤产量合计0.93亿吨,较2016年的1.13亿吨下滑约17.7%。
但煤炭去产能之后,却尴尬的发现,替补跟不上,有事还得煤炭扛
从2017年到2021年,中国煤炭消费量再次出现回涨,恢复到了年消费40亿吨左右。煤炭消费占一次能源消费总量的比重为56.0%
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国内煤炭供求失衡,进口煤价格同样暴涨。在吉林超市人们感受断闸的这天,欧洲ARA港、南非理查德RB、澳大利亚纽卡斯尔NEWC动力煤的现货价格分别为每吨185.68、161.15、188.72美元,较一年前分别增长250%、173%、215%。 
国家在减少控制煤炭的同时,也在大力发展新能源,我国的风、光电甚至干到全球第一,这个时候它们哪去了?
不得不都说,比起火电,它们过于不稳定性。比如光伏只能白天开动;风电受风力大小影响,功率波动很大;水电则受气候影响。
以东北为例,东北三省电力结构中,火电以7218万千瓦占据了发电量的63%;风电以2244万千瓦的发电量位居第二,占比为18%。
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本该挺身而出的它关键时候掉链子,让缺电雪上加霜。
而四川水电已经算是相当稳妥的能源,一场大旱也歇了菜。
这就造成一个尴尬局面:火电要退位让贤,水电、风能、光伏等虽然各个优秀,但现在都还太年轻,不够“稳重”,只能靠未来储能发展补齐短板,这个时候怎么办?
核电,堪称火电的最佳接班人。
 
02 
何德何能?
 
核能“何德何能”?
用一道直观的换算题来展现核能的“威力”:1千克铀235的全部核裂变将产生20000兆瓦小时的能量,与燃烧至少2000吨煤释放的能量一样多,相当于一个20兆瓦的发电站运转1000小时。
中国广核财务总监兼董秘尹恩刚曾列举过一组数据:

2020年公司管理的24台在运核电机组共实现上网电量1865亿千瓦时,和燃煤发电机组相比,减少标煤消耗5697万吨,减排二氧化碳1.56亿吨、二氧化硫3.5万吨、氮氧化物大约3.6万吨,相当于植树造林超过42万公顷。

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稳定又环保,从能源的角度看,核能的确算得上是最合适的替代能源。
只是日本核事故的情景还历历在目,再联想之前的切尔诺贝利等,难道中国为了兼顾所谓的双碳目标和经济发展,却要冒着生命危险用核能?
并非如此。
日本福岛核电站有设计缺陷,更有人为导致的严重后果。
福岛核电站的爆炸最终被列为和切尔诺贝利一样的7级事故,和切尔诺贝利核电站一样,它使用的也是沸水装置。
该装置就是利用核裂变反应将水煮沸,利用蒸汽推动涡轮机发电。这样的装置造价便宜,但有个致命隐患,那就是反应堆必须持续用水轮机注入冷水冷却,如果水轮机断电,就有可能导致堆芯熔毁,引发蒸汽爆炸。
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而日本将应急电源建在海平面以下已经令人窒息,后面拒绝海水冷却等操作更是一步步引发爆炸。
我们的第三代核电站采用的是压水堆,比日本的第二代核电站高了好几个安全等级。
第三代核电站有什么特点?
在切尔诺贝利事件之后,美国和欧洲分别出台了“先进轻水堆用户要求”文件,即URD文件,和“欧洲用户对轻水堆核电站的要求”,即EUR文件。进一步明确了预防与缓解严重事故、提高安全可靠性和改善人因工程等方面的要求。
国际上通常把满足URD文件或EUR文件的核电机组称为第三代核电机组
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第三代核电站在设计之初采用简单性、实体隔离、多样性和冗余原则,考虑了最坏的情况,可把厂外放射性物质释放的可能性降低几个量级。
以第三地压水堆核电站的两种类型:改进型核电厂和非能动型核电厂为例。
改进型核电厂需要专门设计的安全系统,至少有两条相互独立的交流电源和电网相连。面对各种事故,30分钟内不需要操纵员干预。在丧失全部水源后,至少2小时内不应有燃料损坏。在丧失全部电源的8小时内燃料没有损坏等。
非能动型的核电厂则是采用重力等作为动力来启用安全系统。72小时内不需要操纵员干预。严重事故条件下,安全壳有足够的设计裕量不需要场外应急计划
2020年11月27日 ,华龙一号的全球首堆中核集团福清核电5号机组首次并网成功。这标志着中国打破国家核电技术垄断,正式进入核电技术先进国家行列。
而我国华龙采用的就是“动能+非动能”安全设计系统。
动能需要额外提供动力源(电力、蒸汽等)实现系统和设备运行,非动能不需要额外提供动力源,靠重力、密度差、压力差等即可实现系统和设备运行。
既有动力系统的高效、成熟又有非动力系统无需电源的优势。
确保了内部的安全性。
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同时,华龙一号采用双层安全壳设计,内层应对反应堆、回路问题,外层安全壳厚达1.8米,用来抵御海啸、龙卷风等各种意外情况,甚至可以扛住大飞机的撞击
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华龙一号的综合系统总设计魏峰表示:“福岛核电厂的安全等级是1×10-5,事故的概率是十万分之一。而“华龙一号”堆芯的毁损概率为1×10-6,即百万分之一;放射性物质外泄概率为1×10-7,即千万分之一,要比福岛核电厂低出2至3个数量级。”
核电站的安全性解决了,但要取代火电,成本这笔账也必须能算得过来。
决定核电成本的主要是两个方面:建筑成本和发电成本
建筑成本包括土建费、设备采购费和安装费等;发电成本则包括燃料成本、运行和维护成本等。
核电的成本高,主要体现在建造成本上
由于核级设备对设计、材料、制造工艺等要求比常规设备更高,同时出于安全性的考虑,核电站设置了大量冗余设备。
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这不仅抬高了设备制造和机组建造的成本。同时拉了核电站的建设周期,从前期规划到投入运营通常需要5-7年
根据中国核网的测算,核电前期的建造成本大约占到全部成本的50%~70%,相比之下,火电只有20%~30%。
对比一下就能看出差异,华龙一号的预计建造成本在16000~20000元/千瓦之间,而一座火电厂的建设成本大约为5000-8000千瓦。
但相对的,核电的发电成本低很多。
核原料的优势在于体积小、能量大,一座1000万千瓦的核能电厂一年只需30吨的铀燃料,一航次的飞机就可以完成运送
因此,核电的燃料及燃料运输成本相较于煤电、气电要低很多,且由于不受自然条件限制,核电的年有效运行小时数又远高于风电、光伏等。
可以说,打遍天下无敌手。
如果从长远的角度来看,核电机组的投资回收期大约为10年,而设计寿命一般为40-60年,核电的经济性就很可观。
但还有一个问题,核燃料会不会被卡脖子?
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核能看起来是适合取代煤电的不二人选,但发展核能需要铀作为燃料。
国内大部分铀矿属于非常规铀,已探明的铀矿存在“小、贫、散”的特点,品位低且埋藏深,开采成本非常高。
世界铀资源主要分布在哈萨克斯坦、澳大利亚、加拿大、俄罗斯这些国家。
因此,现在中国的铀矿资源大部分来自进口,2018年中国铀矿对外依存度高达87%
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国内核电装机数量和容量不断增加,而最关键的燃料却极度缺乏。这种情况下,大力发展核能岂不还是受制于人?
这方面中国早已做了准备。
从当前看,中国在海外已经早有布局,不仅进口储备铀,也买了不少铀矿
根据中国能源网的统计,我国从2000年起,就从哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦、加拿大等国进口铀。到2015年时,我国的铀库存已经达到了8.5万吨,相当于全球每年铀需求总量的140%,该库存相当于世界铀资源市场四分之一的库存,大概能满足我国当时核电规模十年内的铀需求。
而广核矿业也在全球各地为国买矿。在去年,广核矿业又与哈萨克斯坦原子能工业公司签署股权订购协议,以4.35亿美元收购奥尔塔雷克有限合伙企业49%的股权。
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从更长远的未来看,我们甚至能够摆脱铀资源
我国正在大力发展第四代核电技术。如作为第四代核电6种候选堆型之一的钍基熔盐堆
熔盐堆使用钍铀核燃料循环。钍的储藏量是铀资源的5~8倍。我国又是钍资源大国,若能够将钍用于生产核能,可保我国能源供应千年无忧。
同时由于钍基盐堆内部循环的是熔融盐,而不是水,可以广泛用于内陆,甚至建在沙漠上,适用范围广。
2021年,甘肃武威钍基熔盐堆已经进行了试运行。一旦钍基熔盐堆核能系统技术成熟投入使用,对于我国核电产业的进步和能源安全的贡献相当可观。
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除此之外,我国自主研发的第四代核电技术——高温气冷堆,设备国产化率也已高达93.4%,首个示范工程已经完成并网发电。
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而它最大优点是什么呢?安全。
中国华能集团有限公司副总经理王文宗介绍:在任何事故情况下均不会出现堆芯熔化事故,完全可以满足核安全的更高要求

“应该说成功地攻克了一系列世界性的、行业性的‘卡脖子’关键技术,同时也完成了这些关键技术工程转化的验证,像高温气冷堆这种固有安全的特点,将来核电也会不仅在沿海,有望走向内陆。”

高温气冷堆所产生的热量,能够满足乙醇提纯、石油化工、制氢等领域绝大部分热源需求。
 
尾声
 
日本福岛核事故后,很多人看到西欧国家纷纷弃核,借此指责中国不顾人民安危,德国核能发展那么好,照样弃核,难道这些发达国家不懂核能危不危险?
事实上,弃核保安全只是表象,真正决定它们取舍的是值不值
德国光伏、风电已经愈发成熟,再背靠法国这个核电大国,可以有效购买低碳电力,如果一切顺利的话,互相补充之下,未来能源倒也不缺。
但俄乌冲突的黑天鹅事件直接打的德国措手不及,人民的抗议声此起彼伏。无奈之下,当地时间9月27日,德国经济部长罗伯特·哈贝克就表示,德国“可能”延长两座核电站的运营时间至明年4月
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所以说,弃核与否是一件非常务实的事,务实的不只是德国
俄乌冲突后,吃了憋的欧洲各国好像对弃核突然失了忆。
前几天,在中国举办的第23届太平洋地区核能大会上,欧美各国纷纷表态想要大力发展核电。
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美国核学会主席Steven Arndt在大会中说:“我们正在努力推翻此前关闭核电站的决定。”
法国也表示至少想建6个大堆,英国也要加速发展自己的核电项目,荷兰宣布他们要建自己的首台机组。
以至于经济合作与发展组织核能署总干事William D. Magwood在核能大会上感慨:“我这一辈子都在从事核能领域的工作,在我的职业生涯中,从没有看到全球对于核技术有像现在这样浓厚的兴趣。”
他紧接着引述国际能源署(IEA)评估,到2050年全球核装机容量要达到现在的3倍
如今,在中国的努力下,国内核电站不仅实现了国产化,还走出去,成为高铁之外另一种中国精密制造的名片。
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这岂不又是一个大好机会?

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