2. 中国科学院大学, 北京 100049
2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
自20世纪80年代至21世纪初,我国对能源、交通等领域进行了长时期的方针政策的调整与相应的大规模建设,出现了未曾有过的好形势。从十一五”中后期开始,在经济刺激背景下,能源需求急增。同时,外部“减排”压力也越来越突出。这种背景导致我国对能源政策进行了新的调整,大力促进新能源的发展。风电、光伏电及核电等新能源设备制造能力与建设安装能力及建成发电的规模迅速扩张。
但自“十二五”末开始,我国大耗能的能源重化工生产产能过剩,全国电力消费增长出现停滞,甚至下降。风电光伏电大量弃风限电、弃光限电(达到40%左右,甚至50%),火电年发电小时也大幅下降到4000—5000小时。与此同时,能源领域内行业竞争激烈,特别是投资企业过多,为使本行业利益最大化,均力求大规模投资,盲目性相当大。还有,较长时期以来我国能源企业背上沉重的债务负担。
就是在这种相当严峻的情况下,我国核电界仍然在大力推进新核电站的上马,我觉得这些要引起人们的认真思考。自2005年国家提出了“积极发展核电”的方针后核电走上快速发展之道,基本上延续到现在。2005年底至2010年底,核准了10个核电工程共34台机组,规模3720万kW。2011年日本发生福岛核电事故后有一个短暂的调整。但2013年下半年,全国在建机组数达到31台,总装机容量3390万kW。根据核电部门近年来公布的资料,2020年年底,我国在运核电机组将达到51台(不含台湾地区),总装机容量5200万kW,在建核电机组17台,总共68台核电机组。这表明,我国核电反应堆数量以及总装机容量,在世界上已经超过法国而仅次于美国。与此同时,还提出要将核电建设重点从东南沿海地区向内陆长江沿岸与北方的渤海沿岸大力推进,要“建设数十座核电站”。业界呼吁,到2035年,要使在运和在建核电装机容量超过美国目前核电装机规模(9600万kW)的一倍以上,把核电占比提高到10%—15%,以与“国际水平接轨”,等。
但是,在2012—2015年期间我国核电站建成投产的小高峰阶段,却也是核电安全事件开始频发的开始。多年来,高层领导一再强调核电发展“必须绝对保证安全、不允许有任何失误”。但我们却常听到有关主管部门领导与专家强调,我们的核反应堆都有三道安全防线,可以在任何事故情况下保证安全停机。即使出事,就是在最严重事故下“泄露核污水可封堵、可贮存、可处理,可隔离”(谓之“四可”),可以保障在任何情况下不会造成大规模核泄漏,等等。
我国核电事业虽有半个世纪的历史,但大发展也就是十多年,是个新兴的核电大国。我们已建立起了专门的核电发展与安全监管系统与庞大的规划设计系统、设备制造能力、建设安装队伍等。但是,我国核电技术(包括安全技术)研发能力与人才培养、国产设备性能与配套能力、核废料处理技术以及安全管理经验等等,与国际先进水平还有不小的差距。其中,管理人才的素质与管理经验,核电界乃至全社会的“核安全文化”观念等存在令人担心的“短板”。
人类在发生三次大的核电站事故灾难之后,西方核电发展形成了一个相当普遍的趋向:走向减核与弃核。考虑到发达国家这种重要趋势与我国近年来出现多起由于安全管理不善而引起的问题等现实情况,我建议重新评估我国核电发展的目标及其在我国能源战略中的位置。同时,要在“十四五”期间为国家核电站的区域布局设立禁区。
2 我国核电站布局的基本条件 2.1 核电站选址的基本要求首先,从重大事故与特殊情况下的安全与减少损失考虑,核电站选址最主要的要求是厂址周围地区人口密度与经济密度低。国际通行的选址原则是:50 km范围内不能有大中型城市,必须选在人口密度低、易隔离的地区。考虑到事故情况下减少损失,有利于短时间内疏散大量人口等,美国、法国,核电站布局要考虑到半径80 km内的人口规模:美国所有内陆核电厂址只有150万人左右,法国三个内陆核电厂址周边人口在160万—440万就已被认定“人口太密”而要关停[1]。
其次,核电站生产运行中要消耗大量的水源,因此需要具有良好的供排水条件。如果不得不采用淡水同时又不采用风冷情况下,即采用二次(冷却)循环水系统,一台100万kW的核电机组,每年消耗淡水大约为一亿m3。如果采用一次循环系统,一台100万kW的核电机组,需要有8—12 m3/s的冷却水(视进水口水温的高低)。因此,在这种情况下,如果不是在深水岸边建厂而在淤泥质岸边(海洋、湖泊、河流等)建厂,就需要建规模不等的引水渠或引潮沟与相应的循环水的(大面积)蓄水池[2, 3]。西方国家核电站的布局,美国、日本、法国、英国大部分建在频临大洋的海岸边。美国与法国也有大约三分之一的核电站在人口与城市密度不高的内陆,一般布置在取水方便并与居民区保持较远距离的中小型河流附近与湿地区域。欧洲也都基本如此。
核电站厂址所在地区要具有良好的净空与空气流通条件。通常是核电站厂址布局要求考虑风向、风速以及一年内的静风天数。还有,核电站厂址的主体结构(特别是核岛)必须(直接或依靠极其坚固的钢桩)坐落在坚固的基岩上,最好基底是花岗岩地层。
核电站厂址也不能离城镇居民点及负荷中心太远,要考虑到职工居住、上下班与综合性的城市服务中心附近,当然也可以考虑在厂址附近建设小规模的新城。
2.2 我国核电站布局禁区的初步考虑西方拥有核电站的国家,他们国土面积的人口密度与大中城市分布比我国东部季风气候区低得多,但他们也都严密规划了核电站的分布。我国的国情要求,必须明确确定不符合核电站落地的地域范围,即确定核电站布局的“禁区”。
我国陆地国土面积,自然地理上分为东部季风气候区、西北干旱与半干旱区及青藏高寒区。如果就人口与经济密度划分,也可以“胡焕庸线”为界,分东南半壁与西北半壁。自1935年至今该线两侧总人口、经济总值的比例始终没有发生明显变化。以该线东南半壁、西北半壁分别约占44%和56%的面积(暂不包括港、澳、台)计,人口和经济总值比例始终保持94∶6的特征[4]。东南半壁,包括全部的东部季风气候区与一小部分西北半干旱区。我国东部季风气候区中,除沿海岸线地带及少数中等山地区外,大部分区域应该列为核电站布局的禁区。尤其是:人口、大城市及特大城市、港口、机场等密集的区域,大河河口三角洲、海湾沿岸区域,渤海沿岸地带。
根据我国各地区人口密度与经济密度(电力负荷)的国情,在我国内陆的长江沿岸几年前所能找到的三个厂址都与核电站的安全要求相差较大。核电厂址半径80km范围人口总量高达700万左右,密度是切尔诺贝利所在地区的8倍。在如此高的人口密度区建设核电站,国际上是没有先例的。大气弥散条件是内陆核电选址的重要决定因素之一。欧美内陆核电厂址的年均风速都>2 m/s、年静风期最多只有几天,而我国在长江沿岸三个所选厂址的年静风期长达1—2个月、年均风速均≤2 m/s[1]。
3 渤海沿岸地带建设核电站的潜在危险:渤海沿岸应当成为我国核电站布局的禁区2018年我国已经建成及在建的核电机组有56台,从南至北在与太平洋相连的南海、东海、黄海沿岸共50台。渤海沿岸也已经建成6台机组并投入运行。有关核电建设部门早就计划“十三五”在关内建核电站,有的近年来正在进行规划设计。据有关部门提供间接信息与主管部门的动向判断,将要在河北、山东的渤海沿岸规划建设更多的核电站。这是十分令人担忧的。
2018年10月有多位院士及专家联名写信向高层建议,提出“环渤海地区建设核电站还须审慎决策”。但是主管部门执意要在渤海沿岸地带建更多的核电站。并且强调:我们在东南沿海建立许多核电站,都是安全的,怎么能说在渤海沿岸建就不安全呢?总之,他们正在加紧在渤海沿岸建设核电站的步伐。
我认为,不能因为在南部沿海与中部沿海已经建设了核电站,同样在渤海沿岸也可以布局核电站。渤海沿岸已经建成6台核电机组,都是在福岛事故前、并且人们不了解渤海是完全不同于普通海洋沿岸的情况下进行核电厂选址和立项建设的,已经成为既定的事实。但是,我国更要强调设立核电建设的禁区,渤海沿岸地带就应该是首位的禁区。主要理由如下:
3.1 渤海并不是“大海”,渤海沿岸不是“大洋沿岸”渤海为我国大型内海,面积7.8万km2。但其海水的平均深度只有18 m,全部水量只有1730 km3。渤海有南北两条分别流入渤海与流出渤海的微弱环流,一般的海流仪观测不到[5]。上世纪90年代曾经有学者经过计算得出:由于进入渤海的黄河、海河、辽河等的径流量相当少,仅仅依靠渤海海峡与黄海之间的小量海水流动,加上渤海自身的自净能力,要使渤海海水完全交换一次需要100年以上。
如果将大批核电站布置在渤海沿岸地带,万一发生大的核事故与核泄露,将很可能有核废料和核污水进入渤海,而且时间延续很长,渤海将变成“死亡之海”,渤海本身就成为大型永久性的核污染源。
3.2 渤海沿岸的核电站工程必须考虑附近区域的地质背景及其带来的安全隐患我国华北地震带与郯庐断裂带首当其冲需要考虑。15世纪以来,以郯庐断裂为中心200 km范围内共发生M(震级)8.5级地震1次,M7.0—7.9级地震5次,M6—6.9级地震11次。其中中段—沈阳—苏北宿迁段(跨越渤海)就发生M8.5级地震1次,M7.0—7.9级地震7次,4.7级以上地震60余次。这几次大地震几乎都发生在渤海及其周围,震中位置几乎无一例外地都落在郯庐断裂带上或其附近。因此,渤海及其周围是历史上地震特别是强震高发地区[6]。在这样区域建设大型核电站,考虑到未来50年乃至更长时期运行中的安全问题,强震就是核电工程建设不可行性的重要因素之一。
3.3 渤海沿岸是国家的政治核心与经济枢纽,渤海及其附近区域核污染关系到国家的安全渤海沿岸有我国以首都北京为核心的世界级大城市群,以辽宁中南部东北城市群和山东半岛城市群。有我国最重要的重工业基地、国防工业基地和重要的农业区域。辽、冀、京、津、鲁的经济总量占全国24%(2015年),渤海沿岸有我国20多亿吨年吞吐量的港口群,其中大型与特大型大型港口(包括渤海出口处的大连、烟台在内)有8座。仅仅在渤海沿岸离海岸线50 km内,根据2017年的国民经济统计分析,有天津、大连、营口、锦州、秦皇岛、烟台等大城市,人口总规模7000万人以上,经济总量(GDP)占到全国的约10%。在我国社会经济发展中和在未来大国崛起过程中,渤海2700多km的海岸线及其沿岸150 km左右的区域起着中枢、核心的伟大作用。如果渤海沿岸的核电站万一发生重大的核事故与核泄露,对国家安全的影响到底有多大?将如何表现?
(1)如果在渤海西岸发生核事故,进出关的客货运输在短期乃至2—3年内将大部分被迫中止。经山海关附近约50 km宽的沿海走廊,是东北与关内联系的必经通道与咽喉,有多条运输干线密集通过:铁路有京秦铁路、京通铁路、秦沈客运专线、京秦高铁,近年来的年货物总运量在1.0—1.2亿t,年旅客发送量超过1.1亿人;公路有京哈(京沈)、长深、大广、京津塘等高速公路。
(2)如果渤海海水受到核污染,渤海内大规模港口群与国内外年约22亿t(2015年)的物资不能进出。其中,年近5000亿美元的进出口贸易额的运输就将部分乃至全部中断,经秦皇岛港与黄骅港南运煤炭将大部分中断,华东、华南及部分长江中游的几十个大型火电站将要停机或部分停机。东北、华北(特别是京津冀地区)、山东及部分西北地区与国际市场之间的大量进出口物资的运输及与国内其他地区的运输都将受到巨大影响。这些影响不会在短期内就会消除。
(3)以首都北京为核心城市的京津冀世界大城市群正在成为当今世界上的经济核心区之一,是中国进入世界的首位枢纽,世界进入中国的首位门户。如渤海沿岸发生重大核事故,中央及国家的政治、军事、外事、金融、科技等直接关系到全中国安全与命运的机构将近临核污染源。许许多多的国际性机构及国内大公司总部等,将直接暴露在核恐怖面前。国际性与外国机构及其人员的部分乃至大部分撤离将非常可能。已经发展起来的我国最主要的包括我国最主要的科研与高校科技创新中心及中关村这个重要的科技创新示范区等将可能大搬家或部分搬出。
(4)在渤海沿岸海岸线以内50 km内天津、辽中辽南、天津市及河北省滨海地带,很可能难以避免有诸多的“核难民”。
如果出现这般险恶的情况,国家将面临巨大的压力,全社会的稳定将面临巨大的考验。
4 我们从世界三次大的核电安全事故吸取什么教训?人类三次重大的核事故都是无可争议的“人祸”,之前都有“前期征兆”。但是,事故还是发生了。从中可以总结出很有价值的教训:
首先,“核安全神话”盛行。核电界对安全过于“自信”,心存侥幸,技术缺陷与施工缺陷被大大低估。切尔诺贝利核电站曾经被认为是最安全、最先进的核电站。
第二,隐瞒施工及运行管理中出现的事故隐患与事故苗头,对出现的“前期征兆”及种种违规操作,当作“小问题”、“小事件”,而有意“被漠视了”。
第三,国家领导人成为业界合伙隐瞒的对象,并使广大民众完全蒙在鼓里。在切尔诺贝利核事故发生前的多年内,该核电站的事故隐患与苗头不断,都不被重视。事故二十周年(2006年)时,前领导人无比感慨地回顾了切尔诺贝利事故对当时苏联国家安全带来多么严重的危害。其中,建成初期,当时苏联科学院院长亚历山大诺夫曾经向最高领导人保证:“石墨反应堆甚至安全到可以安置在红场,就像摆个茶炉一样,过程跟煮茶没有区别。”[7]
第四,核电站施工过中的问题未给以特别重视。核电站建设中存在赶工期与偷工减料以及对设备制造、安装过程中的不合格环节不加认真追究等问题。日本福岛核电事故就是管理层无视核电站设备严重缺陷的警告以免带来经济负担而发生的。所以,日本核电界得出:“绝对安全”的核电设计不等于有“绝对安全”的核电工程。过去三次人类核灾难,那些严密的设计不都是在瞬间崩溃了吗?需要看看现实的事故及灾难①。
第五,绿色和平组织核污染专家阿里穆夫(Rashid Alimov)说:“无论是切尔诺贝利,还是日本的福岛,在核事故之前,都曾有无数专家拍着胸脯保证,说核电站‘绝对安全’。”[7]如果哪里有这种来自高层管理领导与科技专家的过度自信,那对全社会,对核电的管理层、核电企业与广大核电员工等就会造成极其不利的麻痹作用与蒙蔽作用。从这一点出发,“恐核”可怕吗?实际上,真正可怕的就是使核电界、乃至全社会完全陷入麻痹与被蒙蔽状态的宣传。
我国核电起步晚,2016年32台在运机组平均运行年龄不到7年(欧盟31年,美国36年)。没有理由不使人们对我国核电站安全十分担忧。
为此,有如下建议:
(1)下大力气,抓好“核电安全文化”教育,以使每个领导机构与工程管理人员、一线操作人员意识到身上的崇高责任,提高严加管理与监督的自觉性。我国目前已经有在建、在运60余座核电机组,而“拥有50座以上核电机组”即为发生重大核事故的高风险区,是国际上核电界的共识[8]。此前跨越此门槛的4个国家(前苏联、美国、法国和日本)有3个都已经发生了重大核事故。我国必须真正做好防患于未然的一切工作。
(2)警钟长鸣。人们可能为了保证“社会稳定”,注重对社会做好“保密”。我以为,应该让社会知晓核电站可能发生的不同程度的环境危害,有步骤地进行核电安全知识的群众性普及教育。可以考虑采取美国一些核电站每年对其周围进行一次应急演习的做法。取得经验,逐步推开。
(3)渤海沿岸不能当做我国核电厂址的“富矿带”,不能再新建与扩建核电站。现已运行的核电站,需要重新制定应对危机方案。计划中的关内渤海沿岸某地核电厂址到首都及天津市的直线距离都偏近,不能考虑建设核电站。而且,用水、用地及周围用于防护的地形等都没有任何有利条件。
(4)我国火电、水电、风电、光伏电及核电等行业,多年来在国家强调改善环境、实现碳减排、发展新能源以实现优化我国的(二次)能源结构等方针方面,取得了显著的成绩。但是,各行业都有很大很强的规划设计、基建施工与工程技术专家队伍,他们往往受到本行业利益的驱动,想方设法要多上项目,客观上给综合决策带来难题。建议要加强国家发改委、中财办等高层综合机构及其下属的研究力量,协助政府高层力求做好中长期能源方针顶层设计同时,实现科学的综合协调与一盘棋式统筹管理。
能源政策需要进行调整。要充分考虑到中国国情与国家利益,审视其可行性与合理性。在“核电绝对安全”的神话一再被破灭的情况下,重新调整核电发展方针,实行总量控制乃至逐步减少。做核电强国,不做核电(第一)大国。
注释:
① 1991年2月发生在关西电力美滨核电厂的“喉管断裂事故,日本傲人的多重防卫系统一道接着一道失效,只差0.7秒,切尔诺贝利事故就重现于世了。最后调查时发现是施工上的失误。”“这些设计师意料不到的事情,却在施工现场理所当然的发生。”日本人福岛事故后,日本工程师深深痛感:所谓“设计优良,……有三重保护……,绝对安全,这都是仅止于设计阶段的理论,接下来的施工、建厂才是大问题”。
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