核能发电对环境的影响分析

切尔诺贝利核电站事故
切尔诺贝利核电站事故于1986年4月26日发生在乌克兰苏维埃共和国境内的普里皮 亚季市（俄语：Припять; 英语：Chernobyl disaster），该电站第4发电机组爆炸，核 反应堆全部炸毁，大量放射性物质泄漏，成为核电时代以来最大的事故。辐射危害 严重，导致事故后前3个月内有31人死亡，之后15年内有6-8万人死亡，13.4万人遭 受各种程度的辐射疾病折磨，方圆30公里地区的11.5万多民众被迫疏散。为消除事 故后果，耗费了大量人力物力资源。为消除辐射危害，保证事故地区生态安全，乌 克兰和国际社会一直在努力。1986年4月25日，4号反应器预定关闭以作定期维修。 并决定在这场合作为测试反应堆的涡轮电机能力的机会，在电力损失情形下发充足 的电供给反应堆的安全系统动力（特别是水泵）。像切尔诺贝利，反应堆有一对柴 油发电机可利用作为待命，但并不能瞬间地起动—反应堆将因此被使用转动涡轮， 到时涡轮会从反应堆分离和在自己的惯性之下力量转动，而测试的目标是确定当发 电器起动时，涡轮是否在减少阶段能充足地供给泵浦动力。测试早先在其它单位执 行成功（所有安全供应起动）而结果是失败的（那是涡轮产生了不足的力量在减少 阶段供给泵浦动力），但另外的改进提示了对其它测试的需要。
• 核动力舰船
核动力推进，目前主要用于核潜艇、核航空母 舰和核破冰船。由于核能的能量密度大、只需 要少量核燃料就能运行很长时间，这在军事上 有很大优越性。尤其是核裂变能的产生不需要 氧气，故核潜艇可在水下长时间航行。 • 医学治疗
放疗就是放射治疗，指用射线消除病灶。放 射治疗作为治疗恶性肿瘤的一个重要手段，对 于许多癌症可以产生较好效果。放射疗法是用X 线，γ线、β射线等放射线照射在癌组织，由于 放射线的生物学作用，能最大量的杀伤癌组织， 破坏癌组织，使其缩小。
对于装机容量，中国目前核电总装机容量为885万千瓦， 占全国总装机容量1.2%左右，而全球核电装机容量的 平均水平为17%，其中法国最高, 高达77%。对于核电 成本，核电成本与火电成本比较, 中国核电大约是火电 成本的1.18倍, 而国外核电成本普遍低于火电成本, 其 中法国最低为0.57倍, 所以法国的核电装机容量特别高。 在国外，美国是世界第一核电大国，目前运行的核电 机组为104台, 装机容量达970 GW, 占世界核电装机容 量的29%, 为美国提供了20%的电力。目前欧洲有近 135个核反应堆在运行，总装机容量为125GW, 占欧洲 总发电量的35% 。英国面临的能源压力最大, 目前的12 座核电站大部分建于20世纪中期, 其核电提供了全国 25% 的电力份额, 天然气发电的比例为40%。尽管法国 是世界上核电占电力比例最高的国家(约占总发电量的 80%) 并向周边国家输出电力，但法国仍在积极发展核 电, 并将在2020 年建成球床式反应堆。俄罗斯近年来 克服了切尓诺贝利核事故后公众强烈反对核电建设的障 碍, 并且继续实行其强大的核工业发展计划。日本目前 54个核电站分布于日本14个县，由10家电力公司负责 运行，其中负责东京首都圈供电的东京电力具有17台 核电机组（1730.8万KW）、负责大阪神户京都的关西 电力11
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Part 01 / 核能的来源和用途 Part 02 / 国内外发电的现状以及事故
Part 03 / 核能发电的优点和风险
Part 04 / 核能发电对环境的影响 Part 05 / 核能未来展望
01
核能的来源和用途
核能发电的历史与动力堆的发展历史密切相关。动力堆的发展最初是出于 军事需要。1954年，苏联建成世界上第一座装机容量为 5兆瓦(电)的核电 站。英、美等国也相继建成各种类型的核电站。到1960年，有5个国家建 成20座核电站，装机容量1279兆瓦(电)。由于核浓缩技术的发展，到 1966年，核能发电的成本已低于火力发电的成本。核能发电真正迈入实用 阶段。1978年全世界22个国家和地区正在运行的30兆瓦(电)以上的核电站 反应堆已达200多座，总装机容量已达107776兆瓦(电)。80年代因化石能 源短缺日益突出，核能发电的进展更快。到1991年，全世界近30个国家 和地区建成的核电机组为423套，总容量为3.275亿千瓦，其发电量占全世 界总发电量的约16%。世界上第一座核电站-苏联奥布宁斯克核电站。
核能发电对环境的影响分析
Nuclear Electric Power Generation
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核能发电
•核能发电 英文:nuclear electric power generation 利用 核反应堆中核裂变所释放出的热能 进行发电的方式。它与火力发电极 其相似。只是以核反应堆及蒸汽发 生器来代替火力发电的锅炉，以核 裂变能代替矿物燃料的化学能。除 沸水堆外(见轻水堆)，其他类型的 动力堆都是一回路的冷却剂通过堆 心加热，在蒸汽发生器中将热量传 给二回路或三回路的水，然后形成 蒸汽推动汽轮发电机。沸水堆则是 一回路的冷却剂通过堆心加热变成 70个大气压左右的饱和蒸汽，经汽 水分离并干燥后直接推动汽轮发电 机。 •核能发电利用铀燃料进行核分裂 连锁反应所产生的热，将水加 热 成高温高压，核反应所放出的热量 较燃烧化石燃料所放出的能量要高 很多(相差约百万倍)，而所需要的 燃料体积与火力电厂相比少很多。 核能发电所使用的的铀235纯度只 约占3%-4%，其余皆为无法产生核 分裂的铀238。
• 核能供热
核供热技术不仅可用于海水淡化，还可用于城市 供暖、制冷，提供工业蒸汽等多方面，广泛用于煤 的气化、炼铁等耗热巨大的行业。清华大学在5 MW的低温供热堆上已经进行过成功的试验。
02
国内外发电的现状以及事故
截至2013年6月1日，全球共有30个国家运行着441 台核电机组，总净装机容量约为373.8GWe；13个 国家正在建设67台核电机组，总装机容量约为 69.8GWe；27个国家计划建设159台核电机组,总装 机容量约为174.4GWe；37个国家拟建设318台核 电。 在国内，目前我国核电发电量占总发电量的1.2%， 超过75%的电力来源还是火电，而世界平均核电发 电量占总发电量为14.2%，火电发电量约为67%对 于机组数量，中国目前有17台核电机组, 而全球正在 运行的核电机组共有441台, 前5名的国家依次是: 美 国104台、法国59台、日本54台、俄罗斯31台、英 国23台。
04
核能发电对环境的影响
4.1核电产业链
核电产业链包括铀矿采冶、铀转换浓缩与元件制造、反应堆 发电、后处理和废物处置等环节。
4.1.1铀矿采冶 常规的铀矿开采有地下开采法和露天开采法，地下开采的主 要工序是：掘进脉内巷道、采矿（凿岩、 爆破、搬运、支护）， 矿石铀品位检查，通风（空气监测、剂量监测），化学分析，污 水处理，装 矿站装矿等。 水冶是将铀矿石转化为氧化物U3O8 （称为黄饼）。由于矿石 的品位很低，所以需要使用大量的矿 石，通常水冶厂在铀矿开采 的附近进行。水冶“加工流程”分酸法和碱法两个基本流程。按 加工深 度不同，获得的产品也不同，如U3O8，UO3，UO2等。 4.1.2铀转换浓缩与元件制造
核能的来源
中国大陆的核电起步较晚，80年代才动工兴建核电站。中国自行设 计建造的30万千瓦(电)秦山核电站在1991年底投入运行。大亚湾核 电站于1987年开工，于1994年全部并网发电。 英国是全世界最早发展核电的国家之一，英国建成了世界上第一座 商业运营核电站。结合国内巨大的消费市场，英国政府对核能产业 给予了政策上的大力支持。经过半个多世纪的攻坚历程，英国核电 积累了世界领先的技术经验，建立了成熟发达的人才基地，形成了 成套的产业链及完备的配套服务体系。英国的核行业拥有超过40亿 英镑营业额，据估计，在未来10年内，英国核电行业还会吸引150 亿-170亿英镑的额外投资。作为第四代核能国际论坛的成员之一， 英国是倡导第四代核电技术的活跃力量。
4.核能发电的成本中，燃料费用所占的比例较低，核能发电的成本较不易受到 国际经济情势影响，故发电成本较其他发电方法为稳定。
缺点 要用反应堆产生核能，需要解决以下10个问题:
1.为核裂变链式反应提供必要的条件，使之得以进行。
2.链式反应必须能由人通过一定装置进行控制。失去控制的裂变能不仅不能用于发电，还会酿成灾害。 (如切尔诺贝利核电站和福岛核电站等等) 3.裂变反应产生的能量要能从反应堆中安全取出。 4.裂变反应中产生的中子和放射性物质对人体危害很大，必须设法避免它们对核电站工作人员和附近 居民的伤害。 5.核能电厂会产生高低阶放射性废料，或者是使用过之核燃料，虽然所占体积不大，但因具有放射线， 故必须慎重处理，且需面对相当大的政治困扰。 6.核能发电厂热效率较低，因而比一般化石燃料电厂排放更多废热到环境里，故核能电厂的热污染较 严重。 7.核能电厂投资成本太大，电力公司的财务风险较高。 8.核能电厂较不适宜做尖峰、离峰之随载运转。 9.兴建核电厂较易引发政治歧见纷争。 10.核电厂的反应器内有大量的放射性物质，如果在事故中释放到外界环境，会对生态及民众造成伤 害。
核能发电用途
核能应用的领域很多，除了发电和军事用途，其它常见的如医学治疗、射线探伤、食品消毒杀菌、 供汽供热、海水淡化等。 • 原子弹 原子弹，是利用爆炸性核反应释放出的巨大 能量对目标造成杀伤破坏作用的武器。
• 核动力电池 在美国航空航天局（NASA）科学家的字典里， “核电池”被称为多任务放射性同位素热电发生器。 它的原理很简单，利用半衰期较长的放射性元素稳 定衰变时发出的热量，将热能转化成电能为全系统 供电。美国“好奇”号火星车使用的是约5公斤重的钚 -238。 • 食品辐照 食品辐照技术以辐射加工技术为基础，运用X射 线、γ射线或高速电子束等高能射线对食品进行加 工处理，达到杀虫、杀菌、抑制生理过程、提高食 品卫生质量、保持营养品质及风味、延长货架期的 目的。辐照食品比用巴斯德杀菌法消毒、热杀菌， 或者罐装食物能更长期保持原味，更能保持其原有 口感。
03
核能发电的优点和风险
优点
1.核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气中，因此核能发 电不会造成空气污染。
2.核能发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。
3.核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍，故核能电厂所使用的燃料体积 小，运输与储存都很方便，一座1000百万瓦的核能电厂一年只需30公吨的铀 燃料，一航次的飞机就可以完成运送。
铀的转换是指UF6的生产和还原两种过程。从铀水冶厂来的 铀化学浓缩物，一般先用H2还原成UO2， 再把UO2氟化为UF4，最 后用F2把UF4氟化为UF6。UF4氟化为UF6，最早采用固定床反应 炉，以 后多用搅拌式反应炉或移动式反应炉，后来开始应用流化 床反应器。另一部分从铀同位素分离工厂 取出的产品和尾料（贫 化铀）都是UF6，通常用H2或Cl4还原为UF4，再用金属钙（或镁） 将UF4 还原为金属铀，或水解为UO2。
里岛核事故
里岛核事故（Three Mile Island-2），简称TMI-2。1979年3月28日凌晨4时，美国宾夕 法尼亚州的三里岛核电站第2组反应堆的操作室里，红灯闪亮，汽笛报警，涡轮机 停转，堆芯压力和温度骤然升高， 2小时后，大量放射性物质溢出。在三里岛事件 中，从最初清洗设备的工作人员的过失开始，到反应堆彻底毁坏，整个过程只用了 120秒。6天以后，堆芯温度才开始下降，蒸气泡消失——引起氢爆炸的威胁免除了 。100吨铀燃料虽然没有熔化，但有60%的铀棒受到损坏，反应堆最终陷于瘫痪。此 事故为核事故的第五级。（核事故共7个级别，级别越高，危害越大） 美国三里岛 压水堆核电厂二号堆于1979年3月28日发生的堆芯失水而熔化和放射性物质外逸的 重大事故。
福岛核事故
福岛核事故 2013年8月21日，台湾“中央社”报道，2013年8月，日本福岛核电站发 生严重泄漏，核厂储存槽泄漏出约300吨高度污染的核辐射水。日本原子能规制委 员会将把福岛核电厂辐射污水外泄问题升至国际核能事件分级表(INES)第3级“严重 事件”，凸显出核电厂日益严重的危机。福岛核电厂营运商东京电力公司Leabharlann Baidu0日表示 ，核厂储存槽泄漏出约300吨高度污染辐射污水，是核灾危机发生以来的最严重的 辐射污水外泄事件。