就在上周的这个时候,核能复兴正如火如荼地进行着。奥巴马总统2012年预算中的360亿美元贷款担保被用于建造新反应堆的计划正在推进。中国正以稳定的速度批准反应堆电站,欧洲各国也在考虑建设新的核电站。七天后,随着日本受损的福岛第一核电站危机有可能演变成历史上最严重的核灾难,推动发展更优质核能的努力已完全停止。
但在一场强烈的、全球性的核能反对浪潮中,重要的是要记住,下一代核反应堆的设计目的就是为了防止福岛第一核电站(一座拥有40年历史的核电站)所发生的错误。这很好,因为据专家们说,一个摆脱化石燃料的未来,无论我们是否喜欢,都将包含核能。以下是这种未来可能的样子。
自里氏9.0级地震及其引发的海啸给日本带来了巨大的悲剧和潜在的核灾难以来,福岛第一核电站的情况每况愈下,引发了对全球核能未来的大量猜测。瑞士迅速暂停了三个新核电站的审批程序,德国总理宣布该国将采取“有计划的”核能退出策略,甚至中国——全球核能发展的先锋——也表现出担忧,冻结了所有新建核电站的审批。
“当有人在车祸中丧生时,我们并不会停止使用汽车。我们会努力让汽车更安全。”现在开始总结日本的经验教训还为时过早,但从技术上讲,福岛第一核电站1970年代反应堆所发生的大多数问题,在最新的核电站技术中已经得到了解决和考虑。
保持核电站的安全意味着在*任何*情况下都要保持其冷却,包括在人为灾难或自然灾害导致常规冷却方法失效的情况下。这凸显了所谓的第三代+核电站模型(最新可行的核电站设计)所内置的安全功能的重要性。这些冗余的被动安全系统在紧急情况下,无论是由人为还是自然原因造成,都可以独立于操作员的干预,甚至独立于电力运行。
第三代+反应堆包含一些高科技的核电站设计,其中许多仍等待监管部门批准。另一些,例如法国Areva公司的进化型反应堆(EPR)和西屋公司的AP1000(两者均为压水堆),已经开始建设。它们的设计能够应对40年历史的日本反应堆未能处理的危机,无论操作员是否在场启动紧急对策。
麻省理工学院核工程系访问教授、核电站安全系统专家迈克尔·波多夫斯基(Michael Podowski)表示:“新反应堆确实拥有许多三十、四十年前所不具备的功能。”“这些新的先进反应堆将采用更多被动安全系统,使其在无需外部干预的情况下也能安全运行。”
Areva目前正在建造四座EPR反应堆,其中两座在中国,两座在欧洲。该设计包括四个独立的冗余冷却系统,其中两个设计能够承受飞机撞击。
西屋公司的AP1000配备了一系列被动系统,这些系统利用自然气流、重力和其他自然现象来排除泵和阀门的作用;如果核电站开始过热,这些措施将在无需任何外部干预的情况下自动为堆芯冷却长达三天。
当然,并非所有人都对这些系统信服。虽然可以肯定地说,最新一代反应堆比现有反应堆更能应对福岛第一核电站的停电,但很难预测它们在遭受毁灭性的地震-海啸双重打击后会有多安全。
忧思科学家联盟的物理学家、核电站设计专家埃德·莱曼(Ed Lyman)同意EPR等设计远远超过美国核监管委员会设定的最低安全标准,但他谨慎地指出,无法预测意外情况。“一些新设计可能比其他设计更坚固,但总的来说,我认为它们都存在缺陷,因为如果你进入了未知的领域,遇到了严重事故——就像我们现在在福岛所面临的——那就无法预测了,”莱曼说。“我不确定一旦走到那一步,新的设计是否会有任何明显显著的优势。”
真正安全可靠的核能需要无法发生堆芯熔化的核电站,这意味着要走小型化而不是大型化的道路。波多夫斯基认为,一种可能的未来依赖于许多小型、分布式核电站——所谓的“小型模块化反应堆”(SMR),它们含有少量核材料,为电网的一小部分供电,并受到一系列被动机制的保护。
由于这些反应堆不会将过多的热量集中在一个地方,因此不需要主动冷却系统来为其降温——多余的热量将散发到周围空气中。波多夫斯基说,根据定义,这些小型反应堆将更安全。
“小型反应堆本身就非常安全,因为在小型反应堆上不会发生任何事情,”波多夫斯基说。“如果出现问题,它们会自动关闭,热量会散发出去,它将基本恢复到一种中性状态,没有任何东西进出。”
这样的未来会实现吗?无论人们如何看待未来的能源组合,核能都是重要的一环。下一代反应堆——所谓的第四代反应堆——已经在纸上存在,并探索先进冷却系统和其他可能使核电站更具生产力和更安全的技术,尽管预计它们在20年左右才能实现。与此同时,工程师们正在尝试各种经过重新构想的核电站模式,从能够免疫地震灾害的浮动核电站到已经安全埋藏在地下的地下系统。
福岛第一核电站事件是否会阻碍这些设计的推进,还有待观察。伦斯勒理工学院核工程学教授亚伦·达农(Yaron Danon)博士正在观察,日本的危机是否会对年轻人产生与以往核事故对前几代人一样的影响。
达农说:“看看年轻人将如何对此作出反应很有意思,他们不记得切尔诺贝利或三哩岛事件了。”“他们会说我们不应该建造,还是会努力设计更好的反应堆?”
他指出,日本的危机是一场人类悲剧,也是一个从过去的错误中学习并重新评估未来的机会,但在核能发展的初期就放弃核能将是一个错误。
达农说:“我看不出我们为什么应该放弃这项技术。”“当有人在车祸中丧生时,我们并不会停止使用汽车。我们会努力让汽车更安全。”