11月1日，大連瓦房店市紅沿河鎮及周邊的兩萬(wàn)多居民，首次感受到當地核電站“送來(lái)的溫暖”。這一天，東北首個(gè)核能供暖項目在遼寧紅沿河正式投運，以替代紅沿河鎮原有的12個(gè)燃煤鍋爐房，據測算，項目投產(chǎn)后每年將減少標煤消耗5726噸，減排二氧化碳1.41萬(wàn)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(lái)，國家對新增核電項目的批準明顯加速。9月13日，國務(wù)院常務(wù)會(huì )議核準了兩個(gè)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(huì )核準了浙江三門(mén)二期、山東海陽(yáng)二期和廣東陸豐三個(gè)項目。迄今為止，中國今年已有5個(gè)核電項目、10臺核電機組獲得核準，為近14年最多。
根據《“十四五”規劃和2035遠景目標綱要》，到2025年，我國核電運行裝機容量要達到7000萬(wàn)千瓦。中國核學(xué)會(huì )理事長(cháng)王壽君在8月舉辦的國際核工程大會(huì )上表示，預計2022~2025年間，中國將保持每年6~8臺核電機組的核準開(kāi)工節奏;到2035年，中國核電在總發(fā)電量中的占比將達到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(wèn)題又該何解?
未來(lái)五年建設要避免“大起大落”
中國核能行業(yè)協(xié)會(huì )專(zhuān)家委員會(huì )常務(wù)副主任、國家核安全局原局長(cháng)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(lái)自近兩年極端天氣頻發(fā)疊加俄烏沖突帶來(lái)的全球能源危機。
他解釋?zhuān)穗娫谡麄€(gè)電力系統中扮演著(zhù)雙重角色。一直以來(lái)，人們一般更強調它的清潔屬性，因為核電發(fā)電過(guò)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(lái)看，如果僅從應對氣候危機的長(cháng)期目標考慮，核電在與太陽(yáng)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(shuō)。
趙成昆分析，作為一種公認的“穩定電源”，核電的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)電穩定可靠，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，當東北出現拉閘限電時(shí)，遼寧紅沿河核電出力穩定，今年南方電力供應緊張時(shí)，核電廠(chǎng)的“表現也都非常好”。因此在全球能源危機背景下，核電的身份已經(jīng)從清潔能源轉為“保供能源”，在能源安全中扮演著(zhù)非常重要的角色。國際能源署8月發(fā)布的報告《核能和能源安全轉型》也提到“今天的能源危機可能會(huì )導致核能復興”。
實(shí)際上，國家能源部門(mén)去年就在積極醞釀加速上馬核電，但由于各種原因，去年“沒(méi)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(shuō)，中國核電起步晚，早些年以引進(jìn)國外技術(shù)為主，但現在，無(wú)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，且大多數設備的國產(chǎn)率能達到90%左右”。因此每年開(kāi)工6~8臺機組，是根據中國當下核電能力做出的“一個(gè)比較客觀(guān)和審慎的規劃”。
國家電力投資集團有限公司核能總工程師、“國和一號”總設計師鄭明光提供了一個(gè)更樂(lè )觀(guān)的預測。他表示：“隨著(zhù)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(shí)開(kāi)工12臺機組，未來(lái)，批量化建設核電就是必經(jīng)之路”。
事實(shí)上，從去年起，核電的起飛就已見(jiàn)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(lái)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，浙江秦山建設了中國第一座30萬(wàn)千瓦壓水堆核電站后，中國整個(gè)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，十年內批準了8臺核電機組。2005年之后，從“適度”轉為“積極”，隨后五年內新開(kāi)工30臺機組。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機組只有4~5臺。趙成昆認為，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(shí)際上，中國迄今未發(fā)生任何一起2級及以上的核事件。按國際原子能機構對核事件的分級標準，4至7級為核事故， 等級越高，事件對人類(lèi)社會(huì )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(xiàn)并進(jìn)。第一代核電技術(shù)是以實(shí)驗研究堆為主;第二代的主要發(fā)展階段是上世紀60年代初到1979年以前，目前發(fā)生過(guò)事故的核電站技術(shù)均在二代以下;第三代是在充分認識、分析了重大核事故的基礎上逐漸發(fā)展而來(lái)，設計上主要圍繞核電運行安全進(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(wàn)千瓦級先進(jìn)壓水堆核電技術(shù)，首堆福建福清5號機組已于2021年1月30日投入商業(yè)運行并順利并網(wǎng)，標志著(zhù)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(kāi)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(dòng)技術(shù)基礎上、通過(guò)國家重大專(zhuān)項自主研發(fā)而來(lái)，目前該技術(shù)尚未進(jìn)入商用，位于山東榮成市的首個(gè)示范項目正在建設中。另外，由華能主導開(kāi)發(fā)的高溫氣冷堆已具備四代核電技術(shù)特征，首個(gè)示范工程已于2021年12月并網(wǎng)發(fā)電。國內其他四代技術(shù)路線(xiàn)仍在研究中。
三代技術(shù)能否讓福島事故不再發(fā)生?
專(zhuān)家指出，三代核電技術(shù)和二代的主要區別，關(guān)鍵是在安全性的提升上。衡量核電站安全性的一個(gè)關(guān)鍵指標是，反應堆每堆年可能發(fā)生堆芯熔化的概率。堆芯是核反應堆的核心結構，如果堆芯內余熱無(wú)法及時(shí)有效導出，就會(huì )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發(fā)生里氏9.0級地震，繼而引發(fā)浪高達14~15米的巨大海嘯，這些極端自然災害迅速造成核電廠(chǎng)失去動(dòng)力電源，冷卻系統隨之失效，使堆芯內熱量無(wú)法導出而發(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(wàn)分之一遇，二代核電的一般是1×10-4，而‘國和一號’機型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”總設計師鄭明光說(shuō)。
三代與二代技術(shù)相比另一個(gè)重大技術(shù)進(jìn)步是引入了“非能動(dòng)安全系統”。傳統的二代核電一般采用能動(dòng)安全系統，堆芯的有效冷卻是通過(guò)泵將冷卻水注入反應堆中。這是一套以電力為支撐的機械裝置，事故發(fā)生后可自動(dòng)啟動(dòng)。如果一旦失去動(dòng)力供應，堆芯冷卻功能就會(huì )喪失。福島核電事故中就是如此，由于只有能動(dòng)安全系統，電力和備用電源都失效后，整個(gè)安全系統隨之癱瘓。
為解決這個(gè)問(wèn)題，美國西屋公司的工程師們研發(fā)出一套不依賴(lài)動(dòng)力電源，而是依靠重力、溫差、密度差等驅動(dòng)的非能動(dòng)安全系統。鄭明光說(shuō)，“國和一號”的安全設計就是全面采用了高可靠的“非能動(dòng)”理念，一旦發(fā)生事故，被置于高處的應急水會(huì )在重力作用下流到堆芯或安全殼表面，自動(dòng)冷卻堆芯并導出安全殼內的熱量。
鄭明光進(jìn)一步解釋?zhuān)悄軇?dòng)系統利用的是大自然的客觀(guān)規律，比如水往低處流，水熱之后要自然蒸發(fā)，熱蒸汽遇冷會(huì )發(fā)生冷凝等。因此相對來(lái)說(shuō)，非能動(dòng)比能動(dòng)系統在極限情況下更可靠。
并且，“非能動(dòng)”系統是被動(dòng)觸發(fā)，事故發(fā)生后72小時(shí)內都無(wú)須人工干預，給了操作人員足夠“寬容時(shí)間”去了解核電廠(chǎng)所處狀態(tài)。同樣吸取福島教訓，第三代核電的安全系統都強化了對極端事件的包容性，為應對9.0級地震這類(lèi)“黑天鵝事件”做好準備。
趙成昆總結，各國從福島事故中得到的最重要經(jīng)驗，就是必須通過(guò)防御措施保證一直有“可靠電源、可靠水源和可靠的現場(chǎng)操作人員”。當嚴重事故發(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)節就好辦多了”。
在核安全領(lǐng)域，最重要一個(gè)概念就是“縱深防御”，對可能的核事故層層設防，前一層次失效時(shí)，后一層次將加以彌補或糾正，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，如果有更好的應對措施，運營(yíng)者能做出更及時(shí)的反應，最終可能不會(huì )導致如此大量的泄漏。
為了滿(mǎn)足這一點(diǎn)，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，不進(jìn)入到環(huán)境中去。”趙成昆解釋。
鄭明光說(shuō)，在設置了完整嚴重事故與堆芯熔毀應對措施之后，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(chǎng)景或可能性”。
前述接近國家能源局的人士強調，一個(gè)核電站的安全運行，與多種因素有關(guān)，除了安全性設計之外，還需要有質(zhì)控良好的制造能力和高效的運維管理水平。
對核電廠(chǎng)的嚴格監管也是確保事故不會(huì )發(fā)生的重要前提。日本國會(huì )在福島事故發(fā)生后的最終調查報告中稱(chēng)，根本原因是日本監管當局和東京電力公司間的關(guān)系錯位，導致“監視、監督機制崩潰”，錯失預防核泄漏的最好時(shí)機。事故發(fā)生前數年間，東京電力曾報告發(fā)現福島第一核電站28次修改反應堆數據，同時(shí)，它還意識到要對核電站結構加固，如果海嘯達到超設計基準，可能會(huì )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管由國家核安全局負責，隨著(zhù)“十四五”期間開(kāi)工的核電機組不斷增多，覆蓋的機組類(lèi)型(水冷、氣冷)、技術(shù)路線(xiàn)也越來(lái)越多元。前述人士指出，未來(lái)核安全監管機構將面臨“多堆型、多技術(shù)、多標準”的復雜局面，當下亟須擴充監管隊伍、提升監管水平，并對每一種機型、技術(shù)更具針對性的監管，而非照搬國外標準。
影響終極核安全的“游戲改變者”
將目光從東部沿海地區的核電站移向西北地區：北山金廟溝村25號。在甘肅肅北縣馬鬃山境內，這里是中國北山地下實(shí)驗室所在地，也是保障中國長(cháng)期核安全的“最后一站”。
這是一片大西北典型的“無(wú)人區”，人煙稀少，常住人口只有一戶(hù)牧民，王駒接受記者采訪(fǎng)時(shí)，正是深秋十月，北山的36棵胡楊樹(shù)已經(jīng)全部染成了金黃，這是當地季節流轉的唯一證據，這里連動(dòng)物很少見(jiàn)到。但對王駒來(lái)說(shuō)，這片荒蕪之地是處置核廢物的“理想場(chǎng)所”。
王駒是北山地下實(shí)驗室總設計師、中核集團核工業(yè)北京地質(zhì)研究院副院長(cháng)，他指出，核安全主要是解決兩方面問(wèn)題：一是防止核設施發(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(guò)一段時(shí)間，其放射性就會(huì )衰變至無(wú)害水平。只有剩下的1%屬于高水平放射性廢物(下簡(jiǎn)稱(chēng)“高放廢物”)，含有钚、镅、锝等放射性核素，放射性強、毒性大、半衰期長(cháng)，需要上萬(wàn)年甚至更長(cháng)時(shí)間才能自然衰變到無(wú)害水平，如不能安全處置，將對人類(lèi)生存環(huán)境產(chǎn)生巨大影響。
高放廢物來(lái)源主要有兩種：乏燃料(反應堆中核燃燒“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?zhuān)绹?、瑞典、芬蘭等國出于處理成本等經(jīng)濟考量，將乏燃料直接埋入地下或長(cháng)期封存。中國、英國和法國等認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(shí)的貯存方式。
專(zhuān)家指出，中國積累的高放廢物仍長(cháng)期存放在地表，部分廢物貯存時(shí)間過(guò)長(cháng)，管理成本和安全風(fēng)險逐漸增加，成為影響中國長(cháng)期核安全的重要隱患。并且，作為在建規模世界第一的核電大國，隨著(zhù)“十四五”期間核電機組規模不斷擴大，乏燃料和放射性廢物也將持續增加。
對于高放廢物的永久安全處置，目前，國際上經(jīng)過(guò)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。國際原子能機構總干事格羅西稱(chēng)其為“游戲規則改變者”。
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(lái)演化情景及不確定因素影響下，實(shí)現對有害核素萬(wàn)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(cháng)期核安全。各國目前都規定，高放廢物地質(zhì)處置庫對應的安全隔離期不得少于一萬(wàn)年。
中國從1985年起開(kāi)始處置庫的選址工作。綜合評估甘肅、內蒙古、華東、華南、西南和新疆6個(gè)預選區后，2011年，國防科工局和原環(huán)保部聯(lián)合召開(kāi)專(zhuān)家評審會(huì )，最終選定的首選預選區，就是甘肅北山。2021年6月，北山地下實(shí)驗室正式開(kāi)工，這是中國首個(gè)高放廢物處置地下研究實(shí)驗室，由核工業(yè)北京地質(zhì)研究院總體設計建造。至此，中國在確保長(cháng)期核安全的戰略問(wèn)題上，又向前邁進(jìn)了一大步。
北山地下實(shí)驗室有兩個(gè)主要的試驗平臺，分別位于地下280 米和 560 米深處，主體結構由三個(gè)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(gè)緩慢盤(pán)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，與預測結果完全一致，螺旋斜坡道地下硐室的穩定性也非常好。”王駒說(shuō)。
他解釋?zhuān)叵聦?shí)驗室并非最終處置庫，不會(huì )埋入真的高放廢物，只是一個(gè)“彩排平臺”，通過(guò)研究為最終處置庫的選址提供科學(xué)依據。目前的工作與建成處置庫的工程目標相比，還相差較遠，仍處于選址的前期研究階段。按照國家規劃，將在2040年確定處置庫的最終場(chǎng)址，2050年左右建成并開(kāi)始運行。“對于是否能遵循這個(gè)時(shí)間表推進(jìn)，我總體上比較樂(lè )觀(guān)。”他說(shuō)。
“鄰避效應”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(lèi)因素：自然條件和社會(huì )經(jīng)濟條件。以北山為例，當地海拔在1500~2500米，長(cháng)年干燥，年降雨量只有70毫米，蒸發(fā)量卻高達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(huì )極其稀少。”他說(shuō)。同時(shí)圍巖主體是堅硬的花崗巖，巖體完整、厚度可達2000米以上、滲透性極低，且地殼穩定，地震活動(dòng)很弱。
另一方面，當地人煙稀少，也沒(méi)有礦產(chǎn)和動(dòng)植物資源可待開(kāi)發(fā)，土地無(wú)更重利用價(jià)值，社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展潛力很低。未來(lái)，還需考慮公眾的接受程度。“北山仍是最有希望的一個(gè)預選地，不過(guò)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，運輸安全將非常重要，這就涉及利益和代價(jià)的權衡問(wèn)題。”王駒說(shuō)。
實(shí)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(cháng)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，就在于需要處置的時(shí)間跨度至少在上萬(wàn)年以上，而且人類(lèi)在這方面沒(méi)有任何可借鑒的經(jīng)驗。
“比如有很多科學(xué)和技術(shù)問(wèn)題還有待解決：以現有的地表實(shí)驗室條件研究廢物罐的安全性，認為它抗腐蝕能力很強，但在一個(gè)深部地質(zhì)環(huán)境里，經(jīng)過(guò)了上萬(wàn)年的演化之后，其抗腐蝕性是否仍能得到保證?在上萬(wàn)年的時(shí)間尺度下，放射性核素又會(huì )以什么方式在地下水中遷移?遷移到什么地方?”王駒說(shuō)。
除了技術(shù)痛點(diǎn)以外，核工業(yè)標準化研究所專(zhuān)家在2021年發(fā)表的論文《高水平放射性廢物深地質(zhì)處置法規標準探討》中還指出，中國還沒(méi)有專(zhuān)門(mén)針對高放廢物深地質(zhì)處置制定相關(guān)法律法規，造成處置責任不明、體制機制不協(xié)調、頂層規劃缺失、資金籌措與管理制度不完善等問(wèn)題，放射性廢物管理嚴重滯后于核能發(fā)展。
眾所周知的是，核電安全問(wèn)題涉及利益主體眾多，公眾敏感性強，即使技術(shù)、管理、制度、監管等層面的問(wèn)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”。
中國工程院院士杜祥琬在2018年10月舉辦的“中國核能可持續發(fā)展論壇”上說(shuō)，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識有限，未能很好地、客觀(guān)公正地認識核電，甚至出現被誤導現象。
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(kāi)始建設高放廢物永久處置庫。作為全世界第一個(gè)擁有處置庫的國家，其在選址階段就向當地社區開(kāi)放了辦公區域，并對社區承諾，如果該地被選中，他們將獲得否決權。等到項目審批時(shí)，更是創(chuàng )造了處置庫所在城市七成以上民眾支持的紀錄。
處置庫位于芬蘭西部的奧爾基洛托島，這個(gè)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(shù)覆蓋，三邊與波羅的海接壤。選址最終決定時(shí)，奧爾基洛托島上的小型農業(yè)和漁業(yè)社區接受了該項目。與此同時(shí)，在距離該島車(chē)程只有約20分鐘的陸上城鎮勞馬，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。此前在建設地下實(shí)驗室階段，瑞典就把其作為與公眾溝通的窗口并對外開(kāi)放，每年約有12000人前去參觀(guān)，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處置庫，但由于內華達州當地民眾強烈反對，最終國會(huì )沒(méi)有繼續撥款，讓項目擱置至今。
在王駒看來(lái)，“鄰避效應”是一個(gè)信任問(wèn)題，破解出路在于公開(kāi)透明，“我們目前專(zhuān)門(mén)有一個(gè)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的安全性與必要性。想讓公眾理解我們，首先就要做到兩點(diǎn)：公開(kāi)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(kāi)始就應參與立項的醞釀、溝通和論證，“參與進(jìn)來(lái)不是開(kāi)一個(gè)報告會(huì )，讓他們當聽(tīng)眾這么簡(jiǎn)單，必須制度化、法制化、組織化，形成一種機制。”
