中国综合征:发展核能以减少煤炭燃烧

日本福岛第一核电站事故发生后,中国暂停了建造全球最多新核反应堆的计划——但不会停止这些计划

在日本及其持续的危机以西,东海的彼岸,坐落着不断发展的秦山核电站,那里正在建设四座新的压水反应堆,此外还有五座反应堆已在现场运行。秦山扩建是中国目前正在建设或已批准建设的20座新核电站之一,这是中国旨在将核电在中国发电量中所占份额从不足2%提高到5%的努力的一部分。这意味着根据世界核能协会的数据,中国正在建造全球在建核反应堆的近一半

“目前中国有13座核电反应堆在运行,” 前国家发展和改革委员会副主任张国宝在北京国家发改委总部去年11月的访问中通过翻译表示——国家发改委是负责制定能源和产业政策的政府机构。“与美国和法国等国家相比,这个数字非常小,[但]我们在新建核反应堆的建设方面位居世界第一。”

中国新发布的五年规划要求中国从化石燃料以外的来源获取11.4%的能源需求——其中至少43吉瓦来自核能——高于目前的略高于8%。此外,中国官员已宣布计划明确将中国的能源总消耗量限制在2015年前达到40亿吨标准煤当量;他们还起草了一份“新能源产业发展规划”,计划在未来十年内在包括核能在内的“新能源”领域投资超过7500亿美元。


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但是,3月11日,日本发生的9.0级地震和随后的14米高海啸引发了福岛核电站事故,这引起了人们的担忧。温家宝总理主持的国务院会议已经暂停了新的核电建设和审批。“我们将暂时暂停审批核电项目,”国务院在3月16日会议后的一份声明中表示。“安全是发展核电站的首要任务。”

但这将是暂时的。“中国的能源结构以煤炭为主,”今年退休的张国宝解释说。“在不久的将来,增加核能和可再生能源在我们能源结构中的比例是我们的首要任务。”

中国目前运行的反应堆提供近11吉瓦的电力——或超过该国臭名昭著的三峡大坝一半的电力。中国还在建设25座反应堆。“到2020年,[核电]装机容量可能超过70吉瓦,”张国宝说,尽管目前的核电五年规划是在2015年前将其从10吉瓦提高到50吉瓦。

但这仍然只是燃烧煤炭产生的电力的一小部分。“在可预见的未来,煤炭仍将占据我们能源结构的很大一部分,”张国宝说。

具有中国特色的核能
中国新的核能未来是其自身和外国反应堆设计的混合体。中国已经或正在建造来自加拿大的重水反应堆、来自法国的“进化型”压水反应堆、在南非测试的球床反应堆,甚至还在研究将熔盐用于冷却和钍用于燃料的反应堆。中国已成为核工业新反应堆设计的活实验室,并从中获得实际建设经验。

秦山核电站1号反应堆是中国首次尝试设计核反应堆——一种称为CNP-300的压水反应堆,其设计基于西屋公司在1950年代提出的设计。该设计的最新迭代版本——CNP-1000——融入了更多的安全功能。

中国核工业集团公司(中核集团)“花费了10年时间开发我们自己的技术,并开发了具有我们自己[知识产权]的CNP-1000技术,” 该公司核电部主任陈华在去年秋天访问这家准政府公司位于北京的总部时通过翻译表示。“我们正在申请批准开始使用CNP-1000技术进行建设。”

但越来越清楚的是,中国与西屋公司合作建造其最新的核反应堆设计——AP-1000——可能会为该国未来反应堆舰队的大部分提供技术蓝图。目前该国正在建设四座这样的反应堆——现在是全球唯一正在实际建设这种先进核电站的地方。如果一切按计划进行,第一座反应堆将于2013年开始裂变,其余三座将于2016年上线。“中国现在有很多不同年代的西屋工厂,” 西屋公司首席执行官Aris Candris指出。

AP-1000更便宜,因为它被设计为在工厂内部建造,在工厂内部可以更好地控制天气或劳动力等因素。其理念还在于减少建造AP-1000所需的混凝土和钢材总量,这也缩短了建设时间——所有这些都节省了成本。它可能也更安全,拥有新的功能——例如反应堆堆芯上方的水箱和内置于周围建筑物的通风口——可以在没有人为干预或电力的情况下冷却反应堆。“我们花费了数亿美元来证明水会向下流动,” Candris解释说。此外,“你可以在现有工厂的占地面积内放置三个AP-1000。”

但中国人也决心掌握AP-1000技术。“通过这次合作,我相信我们自己的技术可以得到提升,” 陈华在谈到与西屋公司的交易时说。

这种提升可能是相当直接的。中国已经开发了自己的设计版本,称为“CAP-1000”——这得益于西屋公司根据许可协议移交的数万页设计文件。“存在技术转让和本地化协议,” 西屋公司发言人Vaughn Gilbert说。这也使得中国能够将未来AP-1000反应堆的更多组件供应转移到中国本土——就像韩国或法国之前通过采用早期的西屋设计所做的那样。

法国阿海珐集团——其反应堆源于几十年前的西屋蓝图——在许可其自身设计的两座反应堆在广东省台山核电站建造时,明确地没有遵循这条路线。“未经我们的批准以及出口,他们不得在国内建造,” 阿海珐发言人Jarret Adams指出。“在中国正在建设的两座[进化型压水反应堆]进展非常顺利。我们也希望再建两座。”

“我们没有授权中国政府采用我们的技术,” 阿海珐公司负责主要客户的副总裁Bruce Marlow在加利福尼亚州表示。但是“我确信有人会抄袭该设计。” 中国人已经提出了他们自己版本的另一个阿海珐设计——称为“CPR-1000”。

关键将是成本。国家发改委的张国宝指出,中国的核电站可能与经过改造以易于捕获二氧化碳污染的燃煤电厂一样便宜。“在中国,核电站的成本低至每千瓦1500美元,” 他说。

“新能源的相对成本越来越低,因为化石燃料越来越贵,” 中国电力设备制造商A-Power的首席执行官陆锦祥在该公司沈阳风力涡轮机工厂参观时解释说。并且“或许,未来将对煤炭燃烧征收重税或严格限制。”

核燃料
阿海珐还签署了一份合同,向包括中国广东核电集团(中广核)和中核集团在内的中国核运营公司供应铀燃料——从现在到2020年,供应20,000吨裂变材料,价值35亿美元。阿海珐负责法国的乏核燃料再循环,目前正在讨论帮助中国制定这方面的计划,包括在甘肃省戈壁沙漠建造后处理厂的可能性。“这表明了他们对核能的长期承诺,” Adams说。

与日本非常相似,中国计划通过建立这种后处理来充分利用其估计的170,000吨国内铀供应。这种核燃料再循环涉及取出用过的核燃料棒,分离出钚和其他裂变副产品,然后将结果与新鲜铀结合以生产可用的燃料——称为混合氧化物(MOX)燃料

与此同时,即使在阿海珐的帮助下,日本仍在努力使其六所村后处理厂上线,目前依赖法国和英国来回收其用过的铀燃料棒。日本的文殊快堆——这将允许完全燃料再循环和用于发电——由于火灾和技术故障,已经关闭多年,包括一台卡在反应堆容器中的燃料装卸机,导致实验性反应堆关闭。

中国的努力是否会取得更好的成果还有待观察,尽管自2006年以来,甘肃的一个中试工厂一直在后处理有限数量的用过的核燃料。“对于中国,我们将以回收的形式进行,因为我们想充分利用我们的资源,” 中核集团的陈华说。“目前,我们只是暂时储存这些能源。”

中国还在扩大其在全球范围内获取更多铀的努力,购买从哈萨克斯坦到尼日尔甚至加拿大的铀矿产品。中广核希望收购一家总部位于伦敦的矿业公司——卡拉哈里矿业公司——以获得非洲国家纳米比亚的铀矿。

安全第一
核电仍然是少数几种可以取代中国煤炭的能源之一。中国已经超过美国成为世界上最大的温室气体排放国,这主要是因为中国每年燃烧超过30亿吨煤炭——每年有数千名矿工在挖掘肮脏的黑色岩石以满足中国的能源需求时丧生,更不用说中王国煤炭燃烧造成的令人窒息的空气污染所造成的健康损失,世界银行估计,这使该国每年损失1000亿美元的医疗费用。“你建造的任何核电站都在取代一座燃煤电厂,” 西屋公司的Candris说。

但是,正如国务院的法令以及日本的事故所表明的那样,安全仍然是核电的关键问题。“核电有非常严格的质量要求,” Candris指出。“对于一些[关键设备,如锻件、泵和阀门],他们在满足这些严格的质量规范方面遇到了一些问题。他们要求我们为他们提供设备支持,我们已经能够做到这一点。”

这不仅仅是中国独有的问题。2008年,美国核管理委员会在位于美国的两个核设施中发现了假冒的和可能有缺陷的阀门、管道和断路器——这些设备实际上并未经过验证能够承受运行中的反应堆带来的严酷考验。

国家发改委官员警告说,反应堆建设速度过快可能会带来安全风险。此前,中核集团前负责人康日新因与前所未有的核电站扩张相关的腐败问题将在狱中度过余生,这可能会让人质疑所用材料的安全性。毕竟,早在1990年在秦山建造的第一座反应堆——第一座完全由中国人设计和建造的反应堆——由于地基缺陷以及包含反应堆本身的钢制容器焊接缺陷,不得不被拆除并重建。

“确保核安全是这个行业的生命线,” 中核集团的陈华说。“我们都是核工业的家庭成员。” 编者注:本文的部分报道是檀香山,夏威夷东西方中心杰斐逊奖学金的成果。

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