緣何綠色的未來需要核能
我們正處于一個全球變暖危機加重的時代。
為了應對危機,化石燃料必須被淘汰,而取而代之的能源必須不破壞生物圈自給能力、能量密度大且能夠滿足人類工業文明需要。
一個應對氣候變化的標準處方是:風能和太陽能相結合,兼顧能源效率。無論理論還是現實中,提高效率都是極為理想的——從單位能量中獲得更多的服務,但組合的高效率與總體上降低能量消耗并非一碼事。在歷史上,更高的效率往往同時伴隨著更高的能源消耗,如今西方經濟效率提高到了40年前的兩倍之多,但今天的能源消耗比之前多得多。對此可以使用經濟原因解釋:相對于其他生產要素,效率提高降低了能源的價格,這樣反而導致對能源的需求增多(微觀經濟學中的彈性消費)。
風能和太陽能當然是低碳能源,電網中的可再生能源越多越好
風能和太陽能從眾多新能源中脫穎而出,毫無疑問這二者均是低碳能源。我與環境研究方面的作家克里斯˙古德(ch-ris goodall)從《衛報》發表的英國電網幾個月的數據中發現,英國數以百兆瓦計的風能發電已經取代了天然氣發電。令我多少有點驚訝的是,我們的研究同樣證實,風能發電能降低二氧化碳排放量。
能源利用方面有個怪事,風能在英國、美國等大多數國家占比不到10%,但這些間歇發電的風能反而導致化石燃料發電的效率變得更低。間斷性這個問題倒是可與當前的產能過剩相抵消。對于電網經理來說,選擇哪種能源發電并不算難,大概跟體育大賽直播的廣告期間人們是選擇咖啡還是茶葉一樣簡單。等到風能在電網中占的比例到達20~30%之間,這事可能會變得難些,但對其能產生多大影響以及如何管理等方面,人們還存在著巨大的分歧。而我認為在可預見的未來,可再生能源在電網中占的比例越多越好。
可再生能源還有其他的優點,如與蒸汽等熱電不同,風能和太陽能發電過程基本不需要水資源(可能在風多塵多的地區,需要用水來清潔光伏發電板),這使得它們更適合在太陽輻射強烈的干旱地區發電。并且可再生能源發電過程并不會產生污染,這與燃燒時會向大氣或水中排放致癌物質、二氧化硫、汞以及其他有毒物質的煤炭、石油等大不相同。盡管在中國,太陽能發電設備的制造過程中有污染河流的先例,但這并非因為工藝本身的內在風險大過其他制造工業。生產太陽能電池時使用的有毒元素鎘、碲以及一些稀土元素等完全可以無限次回收循環使用,風能發電使用的渦輪發電機組件同樣如此。
然而,可再生能源現在遇到了強烈的政治反對。有人出于審美,而堅決排斥在自己家的后院出現渦輪發電機;非要說“別在我家后院”(nimby,鄰避)的話,指的就是這類人。另外,出于保護動物的考慮,確實不能忽視風力發電在一些地區會造成鳥類和蝙蝠的死亡問題,但這不會——也不該阻止世界上大多數陸上及海邊風力發電場的發展。
太陽能發電產業可能會造成特定物種如沙漠龜棲息地的消失,但地球上仍有廣大的人煙稀少的沙漠地區,在那里建造幾萬平方公里的太陽能發電場并不會對生物多樣性產生大的威脅。我也很難理解,有何環保理由去反對在自己家屋頂、道路兩旁和其他城區安裝太陽能光伏電板。
風能太陽能的相對增長率很棒,但絕對發電量還遠遠不夠
大多數讀者可能已經聽說,過去的幾年間風能和太陽能發展極快,2011-2012年間,全球范圍內風能發電增長了18%,太陽能發電增長了將近60%。可以說這是一場現在進行時的“可再生能源革命”,過去的5年間風能發電間增長了200%,太陽能增長了1200%。尤其是太陽能發電成本大幅降低,使得大規模開發太陽能成為現實,并且在許多國家,太陽能光伏發電成本已與電網用電成本持平,太陽能未來大規模發電已不需要國家補貼支持。
但這也有一定的炒作因素,若要正確的理解這些數字,則不能僅考慮相對增長率,還要考慮絕對發電量。太陽能發電過去五年間的增長率高達1200%,但若看發電總量占能源總量百分比,只是從0.01%增長到了 0.17%,所占份額依然不大。風能接近200%的增長率,也不過是從能源總量的0.3%增長到了0.95%。因為所占能源份額如此之小,風能和太陽能對于氣候變化及碳排放量的影響有限。依據行業內數字,風能發電在2011年減少排放二氧化碳350萬噸,約占全球碳排放量的1%。
1971-2009年全球能源供應變化。
現在,風能和太陽能都力圖在快速擴張的能源大餅中“搶食”更大的份額,如前文所述,過去的十年間發展中國家的快速增長的能源供給主要依賴于煤炭發電。根據 2013年6月公布的數據,2011~2012年間,煤炭為全球能源供應貢獻了101 mtoe(mtoe是指數百萬噸油當量,一個國際公認的標準單元的能量),而天然氣為73,石油為49,風能為18,太陽能為8。煤炭供能是風能的5倍以上,為太陽能的12倍。這與之前比較波動不大:2007到2012年間,煤炭供能為風能的7倍,為太陽能的30倍。
我們可以僅僅關注電力生產的數據——鑒于當前絕大多數的太陽能、風能和煤炭都用于發電。2012年,風能發電占全球發電總量的2.3%,太陽能占0.4%。2007到2012年間,全球發電總量年均增加515twh(兆兆瓦時),巴西全國一年的發電量也就553twh,幾乎相當。其中,風能發電僅占增長量的14%,而太陽能僅占 3%,剩下絕大多數為煤炭和天然氣。在2011到2012年間,在這場可再生能源革命中,太陽能占到了增長量的8%,而風能占增長量的18%。這數字的確比之前有進步,但是也沒支持者想象的那么好。
如我前文所說,不要將這些分析當做是在反對可持續能源。盡管當前煤炭發電所占份額遠超過可再生能源,但我并不認為這種情形會一直持續——事實上,如果我們要真正減少碳排放量,這種情形就不可能持續。但我覺得,只有認清當前的能源形勢,我們才能知道真正的挑戰在何處。我是可再生能源的支持者,但我之所以向廣大讀者展現真實的數字,是因為這些數字動搖了許多環保者至今仍持的觀念——他們認為,在我們所剩不多的時間內,光靠風能和太陽能即足以為快速增長的工業文明提供足夠的能源并解決氣候變化問題。
打破環保中的核禁忌
在作為一個作家和環境活動家的大部分職業生涯中,我都有意或無意的忽略核能。2004年我最早出的那本關于氣候變化的書《高潮:世界氣候變暖的新聞》 (high tide: news from a warming world),一個字也沒有提及核能,盡管我用氣候變暖對于秘魯、圖瓦卡、阿拉斯加等偏遠之地的影響作為書的結尾,以此懇求讀者們“采取個人行動減少碳排放”以及“不斷傳播氣候變化的信息”。我的第二本關于氣候變化的書《6度:一個愈來愈熱的星球》(six degrees: our future on a hotter planet),其中只有一個句子提及核能,但卻是關于“致命的核事故”以及“無法解決的高放射性廢物處置問題”,這是一個標準的環境保護主義者的討論要點。國家地理頻道改編了《6度》,其中關于核的章節也只是聚焦于核聚變這個遙遠的夢,而不是關于現實里應用的核裂變。
不過,在這本書的一開始我曾提到牛津能源會議,正是在這個會議期間,我有了新想法,在我任英國《新政治家》(new statesman)專欄作家時,冒險發了一篇短文建議:是否可以重新考慮將核能加入到未來應對氣候變化的能源結構中。寫這篇文章主要是因為我發現英國占電網供電25%的核電正在日漸減少,因為許多老核電站在準備退役,最終結果很可能會依靠火電供給,從而提高碳排放量。我們難道不該起碼考慮換些新核電站嗎?
由于擔心此文可能引起的風波,我趕緊讓讀者寬心“我并非是說核能是靈丹妙藥”,同時也承認了會存在“潛在的切爾諾貝利事故以及恐怖襲擊”以及“遺留千年的有毒廢物”的風險。除此之外,我還寫了即使增加核能也不能“將其他可再生能源排擠出去”,和“只是作為可再生能源和能源效率的組合中的一員,為的是減少碳排放量,從而讓我們能爭取到更多的時間,好建設一個真正的潔凈能源系統”,如此就算不上對環保運動的核心理念發起全面進攻了。
即便如此,這篇文章在《新政治家》刊出幾個小時之后,朋友們及讀者們就開始了憤怒的回應,一些人開始質疑我的動機,在他們看來我已經成為了一個騙子,叛徒,核行業的托。還有人簡單地開始貼那句話:“核廢料怎么辦?”——這顯然是為了結束爭論,而非愿意認真討論問題。我永遠不會忘記的一條回應是,我的一個活動家朋友指責我這篇500余字的文章破壞了她一生的工作。
對核能的反感情緒是如此高漲,以至于幾乎無人記得核反應堆與其他熱發電機一樣,可以產生能將水轉化成為水蒸氣的熱能,可以驅動渦輪機轉動來發電。不過與火力或天然氣發電不同的是,核能發電過程不并會排放二氧化碳,因為核能發電是利用裂變反應放熱而不是燃燒放熱。當然,在鈾的開采和冶煉過程中,還有建筑核電站所用的混凝土和鋼鐵制造過程中,可能會釋放二氧化碳。但大部分專家認為,核能發電與風能發電的碳排放大致相當。不過核能的問題是:鈾裂變反應放出能量的同時,伴隨生成了高放射性的裂變產物,它們需要被隔離開來,以保護人們不受傷害。
我最近訪問了位于英國薩默塞特的“先進高溫氣冷堆”,在efd能源相關人員的陪同下參觀了工廠,在反應堆堆芯正上方走動時,我可以感覺到由鈾燃料棒裂變反應供能的氣流在腳下輕微的震動。反應堆堆芯被厚厚的混凝土覆蓋,我只穿著每個進入建筑物的人都強制要求穿的防護服和護目鏡,不再需要額外的防護。我隨身佩戴的劑量筆顯示示數始終為0。環顧整個渦輪大廳,我看到一個數字顯示該核電站正發出500兆瓦的電,這些電足夠運行一個小城市之用。
核能突出的環境優勢可以總結為一個詞——“能量密度”(energy density),一塊體積為高爾夫球大小的鈾塊所釋放出來的能量足夠滿足一個人終身的能量需要,包括電力需要、汽車駕駛、飛機航行以及食品及其他產品制造所需,總計640萬千瓦時。要達到同樣的能源輸出,大概需要3200噸煤炭,這質量相當于800只成年大象,且二氧化碳排放量將超過1.1萬噸,這堆煤炭的體積是4000立方米,你可以想象一座一個邊長為16米的立方體大樓——差不多五層樓大小——能有多么壯觀。
鈾燃料循環并不是核能利用的唯一方式,最近發現了釷也有作為核燃料的潛能,這引起了極大的興趣,畢竟在地殼中釷比鈾更為豐富,依靠釷產生的能量,人類文明還可以延續上萬年。(50億年前爆炸恒星形成超新星,超新星以核聚變合成重元素,釷鈾這些重元素均起源于此,它們比太陽系還要古老,我們現在能做的僅僅是逆轉超新星生成的能源循環)。
當然,無論哪種方式的核能,都是既對生物圈影響最小、又能產生足夠能源的唯一方式。
重新審視歷史上的反核運動,環保者究竟為何而反?
如前文所述,如果對核能平心靜氣地審查一番,就會覺得環保主義者那些先驗的反對理論都站不住腳,事實上,會覺得恰好與他們的立場相反。其實,直到上個世紀70年代早期,一些環保組織還對核能這個新興的清潔能源持謹慎支持態度——比如塞拉俱樂部(sierra club)就認為,在加利福尼亞州風景優美的峽谷中,核能發電比水力發電更理想。但不久以后,有些東西卻扭轉了環保運動對核能的溫和支持,將其轉變成了延續多代、無法緩和的強烈敵視。
對其原因的猜測無休無止,歷史學家斯賓塞˙沃特(spencer weart)在他的權威之作《核恐懼的崛起》(the rise of nuclear fear)一書中認為,對核反應堆的反對可能是因為一種心理取代效應,即將對核彈的恐懼轉移到了對核反應堆上。(順便一提,我大力推薦對此議題感興趣的人閱讀該書)。
很多終身反核人士都是從反對核武器開始的,例如海倫˙考爾迪克特(helen caldicott)和巴里˙康芒納(barry commoner)——二人均是從宣傳核武器實驗會產生放射性塵埃開始,轉向試圖禁止核能的。正如沃特書中所寫:“當她(1977年)搬到美國后,她發現沒人對核彈感興趣,遂開始了與核反應堆的戰爭。而整個環保組織也走了一條相同的道路。”
而 “中國綜合征”(china syndrome)——因反應堆冷卻系統失靈導致放射性物質大面積泄漏、進而迫使廣大區域變為不毛之地的事件——這個概念是憂思科學家聯盟(ucs)首先提出的。憂思科學家聯盟最初由美國東海岸的大學倡議組建,是個廣受認可的綠色環保組織。
許多人們曾錯誤地認為(有些人至今仍這么認為)核反應堆會和核彈一樣爆炸,并認為核反應堆的“核爆”會和核彈爆炸引起一樣的毀滅性的破壞。不管現實中這有多么不可能,但這對心理的影響是巨大的。對核反應堆的這種反對,本質上就起源于核恐懼,尤其是對放射性的恐懼——一種看不見摸不著、但卻會致癌的“毒藥”——據傳,核反應堆的運行會傷害數以百萬計的人的健康。
早期的環保主義者認為放射性的危險和污染有其獨特之處。e.f.舒馬赫(e.f. schumacher)在1973年寫道,放射性是“最糟糕的環境污染因素,是地球上生存人類的最大威脅”。為了反對在新罕布什爾州建造西魯布克核電站而成立的“蛤殼聯盟”(clamshell alliance),在其1976年成立宣言中寫道:“核電對人民健康和環境構成了致命威脅”。1977年,一份反核宣言則如是說:“我們(之所以反核),是為了保護我們自身的健康與安全,也為了地球上所有生靈后代的健康和安全。”
在此背景下,站在反核對立面的塞拉俱樂部,因其支持修建核電站而難以為繼。一場高層沖突更是基本摧毀了這個俱樂部,其執行董事大衛˙勞布爾(david brower)1969年因此辭職,轉而建立了地球之友(friends of the earth)這個“合適的”反核環保組織。1974年,塞拉俱樂部放棄了支持核電的“非主流行為”,董事會決定擁抱反核的“正統教義”,直至如今。
奧地利記者羅伯特˙容克(robert jungk)1977年出版的《新暴政:我們是是如何被核能奴役的》(the new tyranny: how nuclear power enslaves us),是當年最廣泛流傳的反核書籍之一。書中他用自己在二戰時期反對納粹的經歷與反對核能作了類比。在書中,他猜測核科學家正在秘密創造“能承受大輻射劑量的人類種族改良”,書中用了整整一章來描寫從“被監視的公民”到“核能可能將民主國家轉變成原子能的極權國家”的轉變,容克之后代表奧地利綠黨成為總統候選人,他所助長的反核情緒至今在奧地利和德國十分高漲。
在美國,核能陰謀論的思潮同樣泛濫,激進分子認為電力公司高層會為了利潤而不惜一切代價,甚至會不顧污染及損害人們的健康,如好萊塢電影《中國綜合癥》(the china syndrome)和《絲克伍事件》(silkwood)那樣。1979年美國發生的三里島事故(tmi)和幾乎同時上映的《中國綜合癥》的巧合更是加深了人們的這種核恐慌:幾乎沒有媒體和群眾相信官方對于安全的保證——盡管后來證明,官方很大程度上是正確的,三里島事故其實只產生微小的核泄漏,小到不會給周圍人群的健康造成影響。
有那么一次,反核活動直接演變成了暴力行動:1982年1月18日晚,反核人士向法國羅納河彼岸尚未完工的超鳳凰快堆的安全殼穹頂發射了5枚rpg-7火箭彈,而早些時期針對快堆的大規模抗議活動已造成數十人受傷,一人死亡。襲擊活動的組織者是哈伊姆˙尼西姆(chaim˙nission),他在匿名將近二十年后成了瑞士的綠黨議員,現在是瑞士一個提倡可再生能源的智庫成員。這次襲擊是迄今為止唯一一起針對民用核設施的恐怖襲擊。
反核的世界,也是煤炭高枕無憂的世界
反核運動在二十世紀七十年代的勝利,直接導致了后面幾十年煤炭使用量突增,在西方,原本計劃建設的核電站一個個被取消,取而代之的是一座座燒煤的火電站。對此我們可以舉出無數的例子,以奧地利位于茨文騰多夫(zwentendorf)的中型核電站為例,1978年完工后沒多久,反核人士在全國公投中微弱優勢獲勝,核電站隨即被永久關閉,連一度電也沒發。今天,奧地利電力60%依靠水電,但還有1/3靠燒煤炭和石油,若茨文騰多夫核電以及其他核電正常發電,奧地利在過去的35年間已經實現發電的“零碳排放”(carbon-neutral)了。
茨文騰多夫的結果已無法逆轉:2009年,它被“轉化”成了一個太陽能發電廠。在開業典禮上,有綠色和平組織拉起的“能源革命-氣候解決方案”巨大橫幅為背景,有安迪˙麥克道爾(andie macdowell)這樣的好萊塢明星出席,啟動了1000多塊全新的太陽能光伏板,總造價超過120萬歐元。官網上說:“從放射線到太陽光——后者才是環境友好、可以持續滿足未來能源需求的全球性能源”。然而,迅速掃一眼數字,就能從中讀出一個不同的故事:這些太陽能電池板的平均輸出僅為20.5千瓦 (有人笑稱,這也就夠運行12個普通吹風機),而一座輸出為692兆瓦的核電站可以照亮整個維也納。
盡管奧地利的核電轉型炒作看來頗為滑稽,可同樣的事情又在愛爾蘭的卡爾海岸(carnshore)核電站重演,這次就不那么好笑了。七十年代中期,反核組織組織了一系列游行、集會和音樂會活動后,該反應堆被取消建設。取而代之的是在克萊爾郡的馬內波因特(moneypoint)建設一個大型煤炭發電廠。現在,馬內波因特的兩根大煙囪是愛爾蘭的最高建筑物之一,也是整個國家最大的一個二氧化碳排放源。愛爾蘭的一些發電廠燒的甚至是唯一比煤炭更不環保的東西 ——泥炭,泥炭的二氧化碳排放量甚至比煤炭還要高,且業界基本采用露天開采,對大片泥潭脆弱的生物圈造成了無可挽回的毀壞。
在二十世紀70 年代,西班牙計劃建造40余座核電站,但在來勢洶洶的反核運動下,全國建設在1984年全面暫緩,迄今為止僅建成了10座。今天,西班牙有18個煤電廠,為該國提供了1/5的電力。澳大利亞大概是當今世界上最依賴煤炭發電的國家(盡管該國有豐富的太陽能和鈾礦),拜1998年的反核游說與議院投票所賜,如今在澳大利亞發展核技術甚至是種非法行為,而澳大利亞現在的年人均二氧化碳排放量為18公噸,甚至遠遠高于電力85%依靠火電的美國。
一些地方甚至還發生了將在建的核電站直接改建成為煤電廠的事件,比如說,1984年,在強烈的抗議聲中和超支嚴重的情況下,俄亥俄州的威廉˙h˙齊默 (william h. zimmer)核電站廠房本要建設安全殼,卻被改建成為煤電廠的鍋爐房。正如核歷史學家斯賓森˙沃特(spencer weart)所寫:在油價飆升的二十世紀七十年代,人們拒絕一座核電的同時則意味著要建造一個煤電廠。每每有建造核電的計劃,反核聯盟都會組織成千上萬的公民來抗議,直至核電站改建成煤電廠為止。
德克薩斯州的艾倫溪(allens creek),阿拉巴馬州的貝爾福特(bellefonte),南卡羅萊納州的切諾基(cherokee),俄亥俄州的伊利(erie),田納西州的哈斯特維爾(hartsville),華盛頓州的薩特索普(satsop)……我們可以在維基百科上看到美國被叫停的核電站的完整列表。位于長島的肖勒姆 (sheoreham)核電站已經完全建成,但卻和奧地利的茨文騰多夫核電站同樣命運,在巨大的抗議聲中被關閉,而這些抗議活動主要是由柴油動力公司資助的。今天的肖勒姆如同一座陵墓——若是當初允許運行,紐約三十年前就已經實現零碳排放了。我粗略計算了下,關閉的核電站的總機容量為14萬兆瓦,相當于當前美國煤炭發電量的一半。而若是建成當初提議的1000多座核電站,美國今天則已經進入了無碳(carbon-free)的電力時代。
1972 到1984年是美國反核運動的鼎盛時期,這一期間,美國的煤炭消耗直接翻了一番,從3.51億噸增長到6.64億噸。盡管反核組織一再聲稱,核電站停建是受七十年代發生的石油危機及經濟衰退影響,他們的反核運動并非主要肇因。但在這12年間,美國電網容量中增加了由化石燃料提供的17萬兆瓦電力,其中的 74%依靠煤炭發電,看上去整體能源消耗可一點兒也沒減少。
誠然,核電站滾雪球般增長的成本也是一個原因,但成本的一大部分來自日益增長的核監管要求,這些成本增加導致的核電發展速度減緩甚至止步不前,并會波及乏燃料儲存庫建設,成本的影響甚至超過了環保運動的影響。不過,從未停止的反核聲音確實會增加核電的政治風險,甚至還會引起損害訴訟的麻煩,從而讓核電發展停滯多年。
然而,這并不意味著反核人士喜歡煤電,他們說過喜歡太陽能,著名的反核標志“核能?不必,謝謝”背景是一個微笑的太陽。盡管他們在阻止核能發展上取得了巨大成功,但在推動取而代之的太陽能道路上走的并不順利。到1984年為止,美國電網中太陽能發電總量僅從0提高到了0.002%。反核運動的歷史并不是陽光普照,而是煤煙籠罩。
責任編輯:售電小陳
-
現貨模式下谷電用戶價值再評估
2020-10-10電力現貨市場,電力交易,電力用戶 -
PPT | 高校綜合能源服務有哪些解決方案?
2020-10-09綜合能源服務,清潔供熱,多能互補 -
深度文章 | “十三五”以來電力消費增長原因分析及中長期展望
2020-09-27電力需求,用電量,全社會用電量
-
PPT | 高校綜合能源服務有哪些解決方案?
2020-10-09綜合能源服務,清潔供熱,多能互補 -
深度文章 | “十三五”以來電力消費增長原因分析及中長期展望
2020-09-27電力需求,用電量,全社會用電量 -
我國電力改革涉及的電價問題
-
貴州職稱論文發表選擇泛亞,論文發表有保障
2019-02-20貴州職稱論文發表 -
《電力設備管理》雜志首屆全國電力工業 特約專家征文
2019-01-05電力設備管理雜志 -
國內首座蜂窩型集束煤倉管理創新與實踐
-
人力資源和社會保障部:電線電纜制造工國家職業技能標準
-
人力資源和社會保障部:變壓器互感器制造工國家職業技能標準
-
《低壓微電網并網一體化裝置技術規范》T/CEC 150
2019-01-02低壓微電網技術規范
-
現貨模式下谷電用戶價值再評估
2020-10-10電力現貨市場,電力交易,電力用戶 -
建議收藏 | 中國電價全景圖
2020-09-16電價,全景圖,電力 -
一張圖讀懂我國銷售電價附加
2020-03-05銷售電價附加
-
電氣工程學科排行榜發布!華北電力大學排名第二
-
國家電網61家單位招聘畢業生
2019-03-12國家電網招聘畢業生 -
《電力設備管理》雜志讀者俱樂部會員招募
2018-10-16電力設備管理雜志