随着各经济体寻求脱碳并提升能源独立性,核电重新受到青睐。
小型模块化反应堆(SMR)正作为一种选择崭露头角,使各国无需建设传统的大型核电站。
与传统反应堆相比,小型模块化反应堆结构更简单、更安全、成本更低,而且产生的废物更少。
核电long背负着形象问题,但随着人们对这种零排放能源的兴趣重新燃起,核电选项似乎正迎来重振。
核反应堆虽然不常出故障,但美国三哩岛、乌克兰切尔诺贝利和日本福岛核电站熔毁等重大核事故表明,一旦出现故障,其后果可能极为严重。
反核情绪助长了核电的衰落。1996年,核能占全球能源产量的17%,但这一比例已如今降至约10%。
许多老旧反应堆已被关闭,其中包括美国的12座,并且日本和德国等国家已逐步淘汰核电计划。
然而,新核技术、脱碳的追求,以及俄罗斯入侵乌克兰后各国对能源独立日益增长的渴望相结合,扭转了核电的颓势。
全球目前有超过50座核反应堆正在建设中,其中近半数位于中国和印度。日本等国也已推翻了原定的核电退役计划,使九座反应堆重新投入运行,并计划到2030年前重启共计30座反应堆。
欧盟已将核电纳入其所谓的《绿色分类法》中的可持续投资清单,使核能更具吸引力。
以下是您需要了解的核电在全球能源结构中所扮演角色的一些关键要点。
什么是核能?
传统核电站利用核裂变反应产生的热量生成蒸汽,蒸汽驱动大型涡轮机发电。裂变过程在核反应堆内将铀原子分裂成更小的原子。
铀燃料芯块被装入竖直的燃料棒中,再插入反应堆。每个芯块仅约铅笔末端橡皮擦大小,却可为长达五年的供热与发电提供燃料。
裂变核电站从约440座反应堆中生产了全球约10%的电力。
第二种核电形式是核聚变,目前仍处于开发阶段。它涉及加热氢以形成等离子体,随后在反应堆中利用强大的磁场约束等离子体,以实现聚变反应,其基本原理与驱动太阳的原理相同。
名为ITER项目的巨型聚变装置目前正在法国建设,预计于2025年启动。该装置将用于进行20年的测试,以使核聚变发电成为现实。若获成功,或可提供几乎取之不尽的清洁、安全能源。
为何核电正在兴起?
核电的复苏出于多方面原因。
首先,核能是一种无排放能源,可支持向更清洁的发电方式转型,这些方式还包括风能和太阳能。
然而,这些可再生能源只能在有风或有阳光时发电,而核电及清洁氢等其他燃料可提供可靠的备用电力,以克服这些间歇性问题。
全球政策承诺与气候目标使核电作为清洁燃料来源的吸引力日益增强。包括美国、日本和英国在内的多个国家均已重申其对核电的承诺。
其次,俄罗斯入侵乌克兰扰乱了全球能源市场,此后许多国家正寻求更大的能源独立性。核能提供稳定的电力来源,不依赖进口化石燃料。
第三,新技术正被用于研发更小型的反应堆,这些反应堆更安全、运营成本更低,且更易于建造。
核电安全吗?
如前所述,老旧的传统核电站曾发生多起重大事故。此外,数十年的核电生产也带来了如何处置所有已使用过的放射性核燃料棒的难题。
但自这些事故发生以来,核电技术已取得进步。目前正在研发一类新型小型模块化反应堆(SMR)。与传统大型反应堆相比,它们更安全,也较少受到地震和熔毁等风险的影响。
与所有核电站一样,它们不排放温室气体,因此有助于全球实现净零排放目标。
重要的是,与传统电站不同,小型模块化反应堆可以安全地关闭并重新启动。
什么是小型模块化反应堆?它们有何独特之处?
小型模块化反应堆的发电能力约为传统大型核反应堆的三分之一,并可生产大量低碳电力,这一点据国际原子能机构称。
与传统大型反应堆相比,小型模块化反应堆不仅成本更低、建造速度更快,而且产生的有毒废物也更少。
微型反应堆比小型模块化反应堆更小,其发电能力约为后者的三十分之一。
公共与私人投资相结合,正在推动各类小型模块化反应堆系统的研发。比尔·盖茨旗下的TerraPower公司正在美国怀俄明州的一座小镇安装其首座小型模块化反应堆,该小镇与煤炭开采有着悠久的历史渊源。
另一家公司NuScale正在爱达荷国家实验室开发一系列新一代反应堆,并且已设计出首个获得美国官方批准的商用小型模块化反应堆。
与老式反应堆相比,小型模块化反应堆所需燃料更少,大多数仅需每3至7年换料一次。部分小型模块化反应堆甚至设计为可运行长达30年后才需换料。
核废料如何处理?
核发电产生的有毒废物可能保持放射性长达30万年,因此如何安全、可靠地永久储存这些废物成为一大问题。
据《金融时报》报道,全球约25万吨乏燃料棒分布在14个国家,大多存放在已关停核设施的冷却池中。
部分废物(包括铀和钚)可回收用于制造新的核燃料,但该过程会产生额外废物,且此类燃料只能再利用一次。
已提出的放射性核废料处置方法包括将其射入太空,或将其深埋于海床之下。
最可行的方案是将废物埋入地下数百米深处,置于已稳定存在数百万年的黏土、岩盐和花岗岩层之中。尽管迄今为止尚无国家实现这一目标,芬兰正在建设一座深层地质处置场,计划于2023年开始运营。
要扩大核电应用规模,还需要什么?
新兴的小型模块化反应堆产业可在扩大全球核电产能方面发挥重要作用。
传统核反应堆需要多年时间才能投入运行,并且需要数十年的使用才能收回建设所需的高额资本成本。相比之下,小型模块化反应堆可以预制,使制造、运输和安装更加简便快捷。
若某座核电站需要更大的发电能力,可在厂址上增加小型模块化反应堆模块。
除技术进步外,政策决策也是扩大核电规模工作的核心。
建立鼓励新核电项目投资与开发的框架至关重要,同时还需配套以补贴或政府支持等形式的激励措施,以推动新核电项目的部署。
核能如何应对气候变化?
核反应堆或许存在诸多挑战,但这种发电方式不排放导致气候变化的二氧化碳。
核电输出可根据不同的能源需求水平进行调节,而且小型模块化反应堆可与风能或太阳能等可再生能源搭配,组成混合系统,以克服间歇性问题。
尽管小型模块化反应堆技术仍在研发之中,但作为一种过渡燃料、有助于提升国家能源独立性的核电,其前景比以往任何时候都更加光明。
