11月1日，大連瓦房店市紅沿河鎮(zhèn)及周邊的兩萬多居民，首次感受到當(dāng)?shù)睾穗娬?ldquo;送來的溫暖”。這一天，東北首個核能供暖項目在遼寧紅沿河正式投運(yùn)，以替代紅沿河鎮(zhèn)原有的12個燃煤鍋爐房，據(jù)測算，項目投產(chǎn)后每年將減少標(biāo)煤消耗5726噸，減排二氧化碳1.41萬噸。
作為清潔能源的核能，既可以發(fā)電，又可以供熱。在“積極安全有序發(fā)展核電”的方針下，今年以來，國家對新增核電項目的批準(zhǔn)明顯加速。9月13日，國務(wù)院常務(wù)會議核準(zhǔn)了兩個核電項目：福建漳州二期、廣東廉江一期。此前4月20日，國常會核準(zhǔn)了浙江三門二期、山東海陽二期和廣東陸豐三個項目。迄今為止，中國今年已有5個核電項目、10臺核電機(jī)組獲得核準(zhǔn)，為近14年最多。
根據(jù)《“十四五”規(guī)劃和2035遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》，到2025年，我國核電運(yùn)行裝機(jī)容量要達(dá)到7000萬千瓦。中國核學(xué)會理事長王壽君在8月舉辦的國際核工程大會上表示，預(yù)計2022~2025年間，中國將保持每年6~8臺核電機(jī)組的核準(zhǔn)開工節(jié)奏;到2035年，中國核電在總發(fā)電量中的占比將達(dá)到10%，相比2021年翻倍。
中國核電行業(yè)在蟄伏多年后，這一次真的要起飛了嗎?核電安全的終極問題又該何解?
未來五年建設(shè)要避免“大起大落”
中國核能行業(yè)協(xié)會專家委員會常務(wù)副主任、國家核安全局原局長趙成昆表示，今年中國核電產(chǎn)業(yè)加速，除了技術(shù)積累已經(jīng)發(fā)展到一定程度以外，在外部環(huán)境上，主要的“刺激”來自近兩年極端天氣頻發(fā)疊加俄烏沖突帶來的全球能源危機(jī)。
他解釋，核電在整個電力系統(tǒng)中扮演著雙重角色。一直以來，人們一般更強(qiáng)調(diào)它的清潔屬性，因為核電發(fā)電過程產(chǎn)生的碳排放量極少。
但也有一些國家堅持棄核，綜合來看，如果僅從應(yīng)對氣候危機(jī)的長期目標(biāo)考慮，核電在與太陽能、風(fēng)能等可再生能源的競爭上不占優(yōu)勢。“但如果從能源安全的角度切入，核電的意義就變得不同了。”趙成昆說。
趙成昆分析，作為一種公認(rèn)的“穩(wěn)定電源”，核電的優(yōu)點是發(fā)電穩(wěn)定可靠，不像風(fēng)光等新能源受外部氣候環(huán)境影響較大。去年秋冬，當(dāng)東北出現(xiàn)拉閘限電時，遼寧紅沿河核電出力穩(wěn)定，今年南方電力供應(yīng)緊張時，核電廠的“表現(xiàn)也都非常好”。因此在全球能源危機(jī)背景下，核電的身份已經(jīng)從清潔能源轉(zhuǎn)為“保供能源”，在能源安全中扮演著非常重要的角色。國際能源署8月發(fā)布的報告《核能和能源安全轉(zhuǎn)型》也提到“今天的能源危機(jī)可能會導(dǎo)致核能復(fù)興”。
實際上，國家能源部門去年就在積極醞釀加速上馬核電，但由于各種原因，去年“沒辦法一下批這么多”，今年綜合考慮各種因素，再加上條件也成熟了，就相對集中地核準(zhǔn)了兩批新的核電項目。
各種因素綜合下，中國核電今年重新起飛。趙成昆分析說，中國核電起步晚，早些年以引進(jìn)國外技術(shù)為主，但現(xiàn)在，無論在自主三代核電技術(shù)，還是制造、安裝、質(zhì)量把控、工程管理等方面都居于全球前列，“整體技術(shù)力量很強(qiáng)，且大多數(shù)設(shè)備的國產(chǎn)率能達(dá)到90%左右”。因此每年開工6~8臺機(jī)組，是根據(jù)中國當(dāng)下核電能力做出的“一個比較客觀和審慎的規(guī)劃”。
國家電力投資集團(tuán)有限公司核能總工程師、“國和一號”總設(shè)計師鄭明光提供了一個更樂觀的預(yù)測。他表示：“隨著工程進(jìn)度的有效、有序推進(jìn)，中國核電的總體制造能力大約可以“保證”每年同時開工12臺機(jī)組，未來，批量化建設(shè)核電就是必經(jīng)之路”。
事實上，從去年起，核電的起飛就已見端倪。2021年3月的《政府工作報告》提出要“在確保安全的前提下積極有序發(fā)展核電”，這是近十年來中國官方首提“積極”發(fā)展核電。趙成昆指出，“有序發(fā)展”就是要盡可能避免大起大落。
自1985年，浙江秦山建設(shè)了中國第一座30萬千瓦壓水堆核電站后，中國整個核電發(fā)展脈絡(luò)一直起伏不定。1990年代以“適度發(fā)展”為方針，十年內(nèi)批準(zhǔn)了8臺核電機(jī)組。2005年之后，從“適度”轉(zhuǎn)為“積極”，隨后五年內(nèi)新開工30臺機(jī)組。但到了2011年，日本福島發(fā)生核事故，中國核電審批一度暫停，2019年~2021年每年平均新增核準(zhǔn)機(jī)組只有4~5臺。趙成昆認(rèn)為，影響中國核電“有序發(fā)展”的不確定因素中，最核心的仍然是安全。
實際上，中國迄今未發(fā)生任何一起2級及以上的核事件。按國際原子能機(jī)構(gòu)對核事件的分級標(biāo)準(zhǔn)，4至7級為核事故， 等級越高，事件對人類社會的危害越大。全球已發(fā)生的三起重大核事故中，1979年的美國三里島核事故為5級，1986年切爾諾貝利和2011年日本福島核事故都是最高等級7級。
目前，全球核電技術(shù)已經(jīng)進(jìn)化到第三代，第四代仍在研發(fā)試驗階段，多種技術(shù)路線并進(jìn)。第一代核電技術(shù)是以實驗研究堆為主;第二代的主要發(fā)展階段是上世紀(jì)60年代初到1979年以前，目前發(fā)生過事故的核電站技術(shù)均在二代以下;第三代是在充分認(rèn)識、分析了重大核事故的基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展而來，設(shè)計上主要圍繞核電運(yùn)行安全進(jìn)行了一系列改進(jìn)。
中國是繼美國、法國、俄羅斯等國之后真正掌握自主三代核電技術(shù)的國家，代表性技術(shù)是“華龍一號”和“國和一號”。“華龍一號”是由中核和中廣核自主研發(fā)的百萬千瓦級先進(jìn)壓水堆核電技術(shù)，首堆福建福清5號機(jī)組已于2021年1月30日投入商業(yè)運(yùn)行并順利并網(wǎng)，標(biāo)志著中國的三代核電技術(shù)已躋身世界前列。
2020年9月28日，由國電投開發(fā)的“國和一號”(CAP1400)發(fā)布，CAP1400是在吸收消化國際先進(jìn)的非能動技術(shù)基礎(chǔ)上、通過國家重大專項自主研發(fā)而來，目前該技術(shù)尚未進(jìn)入商用，位于山東榮成市的首個示范項目正在建設(shè)中。另外，由華能主導(dǎo)開發(fā)的高溫氣冷堆已具備四代核電技術(shù)特征，首個示范工程已于2021年12月并網(wǎng)發(fā)電。國內(nèi)其他四代技術(shù)路線仍在研究中。
三代技術(shù)能否讓福島事故不再發(fā)生?
專家指出，三代核電技術(shù)和二代的主要區(qū)別，關(guān)鍵是在安全性的提升上。衡量核電站安全性的一個關(guān)鍵指標(biāo)是，反應(yīng)堆每堆年可能發(fā)生堆芯熔化的概率。堆芯是核反應(yīng)堆的核心結(jié)構(gòu)，如果堆芯內(nèi)余熱無法及時有效導(dǎo)出，就會造成堆芯熔化。
2011年3月11日發(fā)生的福島核事故中，先是日本東北太平洋地區(qū)發(fā)生里氏9.0級地震，繼而引發(fā)浪高達(dá)14~15米的巨大海嘯，這些極端自然災(zāi)害迅速造成核電廠失去動力電源，冷卻系統(tǒng)隨之失效，使堆芯內(nèi)熱量無法導(dǎo)出而發(fā)生熔毀，造成了大量放射性物質(zhì)外泄。
“三代核電對堆芯熔化頻率的基本要求是小于等于1×10-5，即十萬分之一遇，二代核電的一般是1×10-4，而‘國和一號’機(jī)型CAP1400的堆芯熔化頻率可以做到小于4.02×10-7，安全性比國際上對第二代核電的安全要求高100倍以上。”“國和一號”總設(shè)計師鄭明光說。
三代與二代技術(shù)相比另一個重大技術(shù)進(jìn)步是引入了“非能動安全系統(tǒng)”。傳統(tǒng)的二代核電一般采用能動安全系統(tǒng)，堆芯的有效冷卻是通過泵將冷卻水注入反應(yīng)堆中。這是一套以電力為支撐的機(jī)械裝置，事故發(fā)生后可自動啟動。如果一旦失去動力供應(yīng)，堆芯冷卻功能就會喪失。福島核電事故中就是如此，由于只有能動安全系統(tǒng)，電力和備用電源都失效后，整個安全系統(tǒng)隨之癱瘓。
為解決這個問題，美國西屋公司的工程師們研發(fā)出一套不依賴動力電源，而是依靠重力、溫差、密度差等驅(qū)動的非能動安全系統(tǒng)。鄭明光說，“國和一號”的安全設(shè)計就是全面采用了高可靠的“非能動”理念，一旦發(fā)生事故，被置于高處的應(yīng)急水會在重力作用下流到堆芯或安全殼表面，自動冷卻堆芯并導(dǎo)出安全殼內(nèi)的熱量。
鄭明光進(jìn)一步解釋，非能動系統(tǒng)利用的是大自然的客觀規(guī)律，比如水往低處流，水熱之后要自然蒸發(fā)，熱蒸汽遇冷會發(fā)生冷凝等。因此相對來說，非能動比能動系統(tǒng)在極限情況下更可靠。
并且，“非能動”系統(tǒng)是被動觸發(fā)，事故發(fā)生后72小時內(nèi)都無須人工干預(yù)，給了操作人員足夠“寬容時間”去了解核電廠所處狀態(tài)。同樣吸取福島教訓(xùn)，第三代核電的安全系統(tǒng)都強(qiáng)化了對極端事件的包容性，為應(yīng)對9.0級地震這類“黑天鵝事件”做好準(zhǔn)備。
趙成昆總結(jié)，各國從福島事故中得到的最重要經(jīng)驗，就是必須通過防御措施保證一直有“可靠電源、可靠水源和可靠的現(xiàn)場操作人員”。當(dāng)嚴(yán)重事故發(fā)生后，只要這三方面能“控制保障得好”，就可以有效防止堆芯熔化，“后面的安全環(huán)節(jié)就好辦多了”。
在核安全領(lǐng)域，最重要一個概念就是“縱深防御”，對可能的核事故層層設(shè)防，前一層次失效時，后一層次將加以彌補(bǔ)或糾正，不同層次防御間要盡可能相互獨立，以避免共同失效。福島核事故堆芯熔毀后，如果有更好的應(yīng)對措施，運(yùn)營者能做出更及時的反應(yīng)，最終可能不會導(dǎo)致如此大量的泄漏。
為了滿足這一點，三代核電站進(jìn)行了一系列改進(jìn)，比如采用了大容量的雙層安全殼，這是核反應(yīng)堆的最后一道屏障。“即使真的不幸發(fā)生了堆芯熔毀，也可以讓這些放射性的水封閉在安全殼內(nèi)，不進(jìn)入到環(huán)境中去。”趙成昆解釋。
鄭明光說，在設(shè)置了完整嚴(yán)重事故與堆芯熔毀應(yīng)對措施之后，中國的先進(jìn)三代核電技術(shù)已經(jīng)“不再存在福島核電堆芯融化后放射性釋放的場景或可能性”。
前述接近國家能源局的人士強(qiáng)調(diào)，一個核電站的安全運(yùn)行，與多種因素有關(guān)，除了安全性設(shè)計之外，還需要有質(zhì)控良好的制造能力和高效的運(yùn)維管理水平。
對核電廠的嚴(yán)格監(jiān)管也是確保事故不會發(fā)生的重要前提。日本國會在福島事故發(fā)生后的最終調(diào)查報告中稱，根本原因是日本監(jiān)管當(dāng)局和東京電力公司間的關(guān)系錯位，導(dǎo)致“監(jiān)視、監(jiān)督機(jī)制崩潰”，錯失預(yù)防核泄漏的最好時機(jī)。事故發(fā)生前數(shù)年間，東京電力曾報告發(fā)現(xiàn)福島第一核電站28次修改反應(yīng)堆數(shù)據(jù)，同時，它還意識到要對核電站結(jié)構(gòu)加固，如果海嘯達(dá)到超設(shè)計基準(zhǔn)，可能會發(fā)生堆芯熔毀和全面停電的風(fēng)險。
中國民用核電站的監(jiān)管由國家核安全局負(fù)責(zé)，隨著“十四五”期間開工的核電機(jī)組不斷增多，覆蓋的機(jī)組類型(水冷、氣冷)、技術(shù)路線也越來越多元。前述人士指出，未來核安全監(jiān)管機(jī)構(gòu)將面臨“多堆型、多技術(shù)、多標(biāo)準(zhǔn)”的復(fù)雜局面，當(dāng)下亟須擴(kuò)充監(jiān)管隊伍、提升監(jiān)管水平，并對每一種機(jī)型、技術(shù)更具針對性的監(jiān)管，而非照搬國外標(biāo)準(zhǔn)。
影響終極核安全的“游戲改變者”
將目光從東部沿海地區(qū)的核電站移向西北地區(qū)：北山金廟溝村25號。在甘肅肅北縣馬鬃山境內(nèi)，這里是中國北山地下實驗室所在地，也是保障中國長期核安全的“最后一站”。
這是一片大西北典型的“無人區(qū)”，人煙稀少，常住人口只有一戶牧民，王駒接受記者采訪時，正是深秋十月，北山的36棵胡楊樹已經(jīng)全部染成了金黃，這是當(dāng)?shù)丶竟?jié)流轉(zhuǎn)的唯一證據(jù)，這里連動物很少見到。但對王駒來說，這片荒蕪之地是處置核廢物的“理想場所”。
王駒是北山地下實驗室總設(shè)計師、中核集團(tuán)核工業(yè)北京地質(zhì)研究院副院長，他指出，核安全主要是解決兩方面問題：一是防止核設(shè)施發(fā)生事故，二是核廢料的永久安全處置。核電站產(chǎn)生的放射性廢物中，99%屬于中、低水平放射性廢物，經(jīng)過一段時間，其放射性就會衰變至無害水平。只有剩下的1%屬于高水平放射性廢物(下簡稱“高放廢物”)，含有钚、镅、锝等放射性核素，放射性強(qiáng)、毒性大、半衰期長，需要上萬年甚至更長時間才能自然衰變到無害水平，如不能安全處置，將對人類生存環(huán)境產(chǎn)生巨大影響。
高放廢物來源主要有兩種：乏燃料(反應(yīng)堆中核燃燒“燃燒”后產(chǎn)生的廢料)和乏燃料后處理產(chǎn)生的高放廢液及其固化體。王駒解釋，美國、瑞典、芬蘭等國出于處理成本等經(jīng)濟(jì)考量，將乏燃料直接埋入地下或長期封存。中國、英國和法國等認(rèn)為乏燃料仍是一種資源，可以從中提取出有用的鈾和钚，重新作為燃料循環(huán)使用。剩下的廢液固化后裝入特制廢物罐中暫存，這只是一種暫時的貯存方式。
專家指出，中國積累的高放廢物仍長期存放在地表，部分廢物貯存時間過長，管理成本和安全風(fēng)險逐漸增加，成為影響中國長期核安全的重要隱患。并且，作為在建規(guī)模世界第一的核電大國，隨著“十四五”期間核電機(jī)組規(guī)模不斷擴(kuò)大，乏燃料和放射性廢物也將持續(xù)增加。
對于高放廢物的永久安全處置，目前，國際上經(jīng)過了幾十年的廣泛討論和驗證，在提出“深巖層熔融處置”“深海溝處置”“太空處置”等多種方案后，最終形成共識：“深地質(zhì)處置”是目前最安全可靠且技術(shù)上可行的方案。國際原子能機(jī)構(gòu)總干事格羅西稱其為“游戲規(guī)則改變者”。
這種方案中，把高放廢物深埋于距離地表深度約500至1000米的處置庫中。處置庫須在各種未來演化情景及不確定因素影響下，實現(xiàn)對有害核素萬年以上的包容、隔離，防止有害核素對生物圈的不利影響，確保長期核安全。各國目前都規(guī)定，高放廢物地質(zhì)處置庫對應(yīng)的安全隔離期不得少于一萬年。
中國從1985年起開始處置庫的選址工作。綜合評估甘肅、內(nèi)蒙古、華東、華南、西南和新疆6個預(yù)選區(qū)后，2011年，國防科工局和原環(huán)保部聯(lián)合召開專家評審會，最終選定的首選預(yù)選區(qū)，就是甘肅北山。2021年6月，北山地下實驗室正式開工，這是中國首個高放廢物處置地下研究實驗室，由核工業(yè)北京地質(zhì)研究院總體設(shè)計建造。至此，中國在確保長期核安全的戰(zhàn)略問題上，又向前邁進(jìn)了一大步。
北山地下實驗室有兩個主要的試驗平臺，分別位于地下280 米和 560 米深處，主體結(jié)構(gòu)由三個垂直向下的豎井和傾斜的螺旋坡道相連，從三維透視圖看，就像一個緩慢盤旋下降的螺圈。“螺旋坡道目前已經(jīng)向下挖到460米深處，揭露出的巖石極為完整，與預(yù)測結(jié)果完全一致，螺旋斜坡道地下硐室的穩(wěn)定性也非常好。”王駒說。
他解釋，地下實驗室并非最終處置庫，不會埋入真的高放廢物，只是一個“彩排平臺”，通過研究為最終處置庫的選址提供科學(xué)依據(jù)。目前的工作與建成處置庫的工程目標(biāo)相比，還相差較遠(yuǎn)，仍處于選址的前期研究階段。按照國家規(guī)劃，將在2040年確定處置庫的最終場址，2050年左右建成并開始運(yùn)行。“對于是否能遵循這個時間表推進(jìn)，我總體上比較樂觀。”他說。
“鄰避效應(yīng)”何解?
王駒分析，為了更好隔離高放廢物，最終選址的確定要考慮兩類因素：自然條件和社會經(jīng)濟(jì)條件。以北山為例，當(dāng)?shù)睾０卧?500~2500米，長年干燥，年降雨量只有70毫米，蒸發(fā)量卻高達(dá)3000毫米，地表水系不發(fā)育、地下水貧乏。“這樣，滲透侵蝕到處置庫的地下水就會極其稀少。”他說。同時圍巖主體是堅硬的花崗巖，巖體完整、厚度可達(dá)2000米以上、滲透性極低，且地殼穩(wěn)定，地震活動很弱。
另一方面，當(dāng)?shù)厝藷熛∩伲矝]有礦產(chǎn)和動植物資源可待開發(fā)，土地?zé)o更重利用價值，社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展?jié)摿艿汀Ｎ磥恚€需考慮公眾的接受程度。“北山仍是最有希望的一個預(yù)選地，不過如果處置庫最終決定建在這里，核電站大多分布在東部沿海地區(qū)，運(yùn)輸安全將非常重要，這就涉及利益和代價的權(quán)衡問題。”王駒說。
實際上，關(guān)于高放廢物地質(zhì)處置，雖然目前在工程技術(shù)上具備可行性，但對其長期安全性的評估仍存在一些不確定性因素。其中關(guān)鍵挑戰(zhàn)，就在于需要處置的時間跨度至少在上萬年以上，而且人類在這方面沒有任何可借鑒的經(jīng)驗。
“比如有很多科學(xué)和技術(shù)問題還有待解決：以現(xiàn)有的地表實驗室條件研究廢物罐的安全性，認(rèn)為它抗腐蝕能力很強(qiáng)，但在一個深部地質(zhì)環(huán)境里，經(jīng)過了上萬年的演化之后，其抗腐蝕性是否仍能得到保證?在上萬年的時間尺度下，放射性核素又會以什么方式在地下水中遷移?遷移到什么地方?”王駒說。
除了技術(shù)痛點以外，核工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化研究所專家在2021年發(fā)表的論文《高水平放射性廢物深地質(zhì)處置法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)探討》中還指出，中國還沒有專門針對高放廢物深地質(zhì)處置制定相關(guān)法律法規(guī)，造成處置責(zé)任不明、體制機(jī)制不協(xié)調(diào)、頂層規(guī)劃缺失、資金籌措與管理制度不完善等問題，放射性廢物管理嚴(yán)重滯后于核能發(fā)展。
眾所周知的是，核電安全問題涉及利益主體眾多，公眾敏感性強(qiáng)，即使技術(shù)、管理、制度、監(jiān)管等層面的問題解決了，最終制約中國核電發(fā)展的關(guān)鍵，仍要看是否能解決“不要建在我家后院”的“鄰避效應(yīng)”。
中國工程院院士杜祥琬在2018年10月舉辦的“中國核能可持續(xù)發(fā)展論壇”上說，在一些地方，中國核能發(fā)展遇到了難以被公眾接受的窘境，主要原因是公眾對核電的認(rèn)識有限，未能很好地、客觀公正地認(rèn)識核電，甚至出現(xiàn)被誤導(dǎo)現(xiàn)象。
這方面，芬蘭、瑞典、法國等歐洲國家的經(jīng)驗值得借鑒。芬蘭于2021年開始建設(shè)高放廢物永久處置庫。作為全世界第一個擁有處置庫的國家，其在選址階段就向當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)開放了辦公區(qū)域，并對社區(qū)承諾，如果該地被選中，他們將獲得否決權(quán)。等到項目審批時，更是創(chuàng)造了處置庫所在城市七成以上民眾支持的紀(jì)錄。
處置庫位于芬蘭西部的奧爾基洛托島，這個島上還有芬蘭五座核電站中的三座。這是一片平坦的土地，被松樹覆蓋，三邊與波羅的海接壤。選址最終決定時，奧爾基洛托島上的小型農(nóng)業(yè)和漁業(yè)社區(qū)接受了該項目。與此同時，在距離該島車程只有約20分鐘的陸上城鎮(zhèn)勞馬，人口約 34000人，也對核安全表示了放心。
瑞典進(jìn)度比芬蘭稍慢一步，處置庫于2020年獲批。此前在建設(shè)地下實驗室階段，瑞典就把其作為與公眾溝通的窗口并對外開放，每年約有12000人前去參觀，其中包括瑞典女王。相反，美國早在1991年就確定在尤卡山建設(shè)處置庫，但由于內(nèi)華達(dá)州當(dāng)?shù)孛癖姀?qiáng)烈反對，最終國會沒有繼續(xù)撥款，讓項目擱置至今。
在王駒看來，“鄰避效應(yīng)”是一個信任問題，破解出路在于公開透明，“我們目前專門有一個課題組研究如何促進(jìn)與公眾的溝通，讓他們更了解處置庫建設(shè)的安全性與必要性。想讓公眾理解我們，首先就要做到兩點：公開和透明，并且讓公眾參與決策。”
杜祥琬也建議，公眾不僅是科普對象，還是參與主體，一開始就應(yīng)參與立項的醞釀、溝通和論證，“參與進(jìn)來不是開一個報告會，讓他們當(dāng)聽眾這么簡單，必須制度化、法制化、組織化，形成一種機(jī)制。”
