科技狂人-第3章

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时，反应堆也会安全无恙。5Cｃｃ。ＮEＴ
核电厂设计采取了纵深防御措施
提起核电厂，许多人都会想到苏联切尔诺贝利核电站泄漏事故，中国核工业总公司有关人士肯定地表示：自从切尔诺贝利事故发生以后，世界各国核电厂都从中总结了经验，加强了安全设计，核电是安全的。“万无一失”常被人们用来形容事物的安全可靠性，核电厂的设计原则则是“百万无一失”。为了防止核电厂的放射性物质外逸，核电厂为反应堆设计了三层保护措施，第一层是密封的燃料包壳，第二层是在燃料包壳外设置的坚固的压力容器和密闭的回路系统，第三层是最外层的能承受内部压力的安全壳，这三道屏障将放射性物质安全地封闭在反应堆内。同时，为了防止出现可能危及设备和人身安全的意外情况，核电厂还对设备采取了多重保护，当正常停堆遇到了意外事故，停堆控制棒会自动落入反应堆内，实行自动紧急停堆；如果因为意外，控制棒未能落入反应堆内，核电厂会自动将高浓度的硼酸水喷入反应堆内，实行自动停堆。我&；nbsp；看&；nbsp；书&；nbsp；斋另外，核电厂为了防止管道破裂等百万中的“一失”，设计了专设安全设施，核电厂的设计是绝对安全的。
我国不会发生核电站事故
核电厂自从本世纪中期50年代问世以来，除了1978年3月28日发生的美国三里岛核电厂事故和1986年4月26日发生的苏联切尔诺贝利核电站事故，大多数都在安全运行。美国三里岛2号反应堆由于设备故障和操作错误，导致燃料元件失去冷却，反应堆堆芯部分熔化，事故中大量放射性物质从损坏的元件中释放到反应堆安全壳中，被安全壳安全地封闭，对周围的环境和居民没有造成任何伤害。５cｃｃ．neｔ苏联的切尔诺贝利事故是迄今世界核电史上发生的最大的灾难性事故，4号机组堆芯烧毁，引起爆炸和失火，放射性物质外逸，事故10天后，大火才被扑灭。这次事故的原因已经证实：一是在反应堆，尤其是它的停堆系统的设计方面有严重的缺陷，而且工作人员在事故发生时，严重违反操作程序；二是切尔诺贝利核电站重要的安全隐患在事故发生以前早已被预见到，但是一直没有进行补救。上述这样的事故在我国核电厂是不可能发生的。因为切尔诺贝利反应堆的设计缺乏固有的安全性；其次，在反应堆的建筑结构上，我国核电厂的反应堆外面有壁厚1米左右，内衬6毫米厚钢板的安全壳，即使反应堆出事故，安全壳也能把放射性物质包容起来，防止外泄；再次，三里岛和切尔诺贝利事故发生以来，世界各国对核电站都加强了管理，我国在这方面采取了严格的操作人员培训、考核制度和运行管理制度来杜绝操作失误。我&；nbsp；看&；nbsp；书&；nbsp；斋在核电厂设计中，国家有关部门已经把人的操作差错考虑在内了，即使万一操作失误，核电厂也不会发生大的事故，更不会引起爆炸。
核电厂不会给人民生活与工业生产带来有害影响
核电厂的废物如何处理是人们普遍关心的问题，核电厂的“三废”（气体废物、液体废物、固体废物）的治理设施是与主体工程同时施工、同时投产的。世界各国核电厂对三废处理的原则都是：三废尽量回收，把排放量减至最小。我国核电厂的废物排放是严格按国家制定的标准进行的，核电厂产生的固体废物，完全不向环境排放；由放射性液体转化的固体也不能排放，全部储入核电厂废物库；核电厂工作人员的洗涤水之类的低放射性废水，要经过处理，经检测符合国家标准后，才能排放；气体废物要经过滞留衰变和吸附过滤处理，才能向高空排放。我&；nbsp；看&；nbsp；书&；nbsp；斋实际上，我国核电厂向环境排放的放射性物质的量，远远低于国家标准规定的允许值。我们完全可以放心，核电厂不会给人民生活和工农业生产带来有害影响。
核电厂运行对周围居民的辐射影响微乎其微
其实，地球上每一个人每时每刻都生活在放射性环境中，浩瀚宇宙、天空大地、山川草木、房屋建筑、粮食蔬菜都有一定的放射线，甚至我们的身体内部也存在放射线。自然界这种辐射水平的长期照射，几千万年来对地球上的生物和人类没有造成任何不良影响，因为在一定的辐射范围内，人体对放射性损伤有自然的抵抗和恢复能力。人体能耐受一次0．25希的集中辐射而不致遭到伤害，只有过量的辐射，才能对人体造成危害。为保护核工作人员和核设施周围居民的身体健康，我国参照国际标准规定了人体每年接受辐射的限值，即从事放射性工作的人员每年接受的辐射不得超过0．05希，核电设施周围居民每年接受的辐射不得超过0．01希。中国核工业总公司为核电厂规定的管理标准为：对周围居民的辐射照射每年不得超过0．25毫希，事实上，我国核电厂对人体造成的实际辐射量比国家规定的限值要小得多，核电厂对人体的辐射致癌的影响可以说是微不足道。据中国核电总公司的统计，把工作人员和居民算在一起，因核动力工业辐射致癌造成的死亡人数在总癌症死亡人数中所占的份额，也不超过十万分之一。核电厂运行对周围居民辐射的影响是微乎其微的。
发展核电是世界趋势
我国发展核电工业已经有30多年历史，建立了从地质勘察、采矿到元件加工、后处理的比较完整的燃料循环体系，探明了一批有一定储量的铀矿资源，已经建成多种类型的核反应堆并且积累了多年安全管理和安全运行的经验。据了解，我国已投入运行的核电厂多年来一直保持着良好的安全记录，核电正在我国国民经济中发挥着举足轻重的作用。1999年大亚湾核电站完成上网电量近135亿度，全年创汇5．6亿美元，上交各项税金2亿元人民币。秦山核电站和大亚湾核电站输送的电力有效地缓解了华东、广东等地电力紧张的局面，并为香港输送了大量电力，显示了核电的巨大作用。到21世纪初，中国核电装机容量将达到850万千瓦，占全国发电能力的30％左右。
建设发展核电不仅是我国，也是世界各国解决长远电力供应的一条必经之路。据核工业总公司有关人士介绍，核电在工业发达国家已经有几十年的发展历史，现在核电在世界上已经成为一种成熟的能源。目前，世界上共有500多座发电用的核反应堆在运行，有近30个国家和地区的核电厂在发电，核发电占世界总发电量的17％。其中有12个国家和地区核发电量超过自身总发电量的1／4，有的国家已经超过70％。预计，今后30年核发电量将占世界总发电量的30％以上。在世界范围内煤、石油等能源日益紧缺，环境污染日趋严重的现状下，不少国家正准备考虑发展核电。核电带给我们的不仅仅是电。
（《科技日报》2000－09－04）　
氢能源
　
　　　　一、概况
众所周知，氢在石油化学工业中有着广泛的用途，氢作为化工原料对发展石油化学工业及农业均有着重要作用。5Cｃｃ。ＮEＴ然而，氢对于人类还有着更为重要作用，这就是作为能源使用。中国对氢能的研究与发展可以追溯到60年代初，中国科学家为发展本国的航天事业，对作为火箭燃料的液氢的生产，H2/O2燃料电池的研制与开发进行了大量而有效的工作。将氢作为能源载体和新的能源系统进行开发，则是70年代的事。氢能的开发利用首先必须解决氢源问题，大量廉价氢的生产是实现氢能利用的根本。氢是一种高密度能源，一般说来，生产氢要消耗大量的能量。因此，必须寻找一种低能耗、高效率制氢方法。安全、高效、高密度、低成本的储氢技术，是将氢能利用推向实用化、规模化的关键。
多年来，我国氢能领域的专家和科学工作者在国家经费支持不多的困难条件下，在制氢、储氢和氢能利用等方面，仍然取得了不少的进展和成绩。５cｃｃ．neｔ但是，由于我国在氢能方面投入资金数量过少，与实际需求相差甚远，虽在单项技术的研究方面有所成就，甚至有的达到了世界先进水平，并且在储氢合金材料方面已实现批量生产，但就氢能系统技术的总体水平，尚与发达国家有一定差距。
二、氢的来源与资源评估
在宇宙中氢是最丰富的物质，氢在自然界多以化合物形态出现。在地壳十公里范围内（包括海洋和大气）化合态氢的重量组成约占据1％，原子组成占据15。4％。化合态氢的最常见形式是水和有机物（如；石油、煤炭、天然气及生命体等）。然而，在地球上自然存在的氢的单质（如氢气）数量极少。因此，欲获得大量的单质氢只有依靠人工制取。5Cｃｃ。ＮEＴ其中，天然气、石油、煤炭、生物质能及其它富氢有机物等，都是氢的有效来源。氢的最大来源是水，特别是海水，根据计算，9吨水可以生产出1吨氢（及8吨氧），而且氢与氧的燃烧产物就是水，因而，水可以再生。由此可见，以水为原料制氢，可使氢的制取和利用实现良性循环，真是取之不尽，用之不竭。
工业副产氢也是向燃料电池提供燃料的有效途径。据统计我国在合成氨工业中氢的年回收量可达标14&；amp；acute；108m3；在氯碱工业中有87&；amp；acute；106m3的氢可供回收利用。此外，在冶金工业、发酵制酒厂及丁醇溶剂厂等生产过程中都有大量氢可回收。上述各类工业副产氢的可回收总量，估计可达15亿立方米以上。
由此看来，我国氢的来源是极为丰富的。5Cｃｃ。ＮEＴ水电解制氢、生物质气化制氢等制氢方法，现已形成规模。其中低价电电解水制氢方法在今后仍将是氢能规模制备的主要方法，但目前电耗过高，亟待改进。因此，欲获得大量廉价的氢能，将取决于是否能实现低能耗低成本的规模制氢方法。
三、发展现状
我国实施可持续发展战略，积极推动包括氢能在内的洁净能源的开发和利用。近年来，在氢能领域取得了多方面的进展。我国已初步形成一支由高等院校、中国科学院及石油化工等部门为主的从事氢能研究、开发和利用的专业队伍。在国家自然科学基金委员会、国家科学技术部、中国科学院和中国石油天然气集团公司的支持下，这支队伍承担着氢能方面的国家自然科学基金基础研究项目、国家“863”高技术研究项目、国家重点科技攻关项目及中国科学院重大项目等。我&；nbsp；看&；nbsp；书&；nbsp；斋科研人员在制氢技术、储氢材料和氢能利用等方面进行了开创性工作，拥有一批氢能领域的知识产权，其中，有些研究工作已达到国际先进水平。
—制氢技术：目前，我国工业制氢方法主要是以天然气、石油、和煤为原料，在高温下使之与水蒸气反应而制得，也可以用部分氧化法制得。这些制氢方法在工艺上都比较成熟，但是由化石能源和电力来换取氢能，在经济上和资源利用上并不合适。现有的工业制氢主要是维持目前化工、炼油、冶金、及电子等部门的需要。水电解制氢和生物质气化制氢等方法，现已形成规模。其中，低价电电解水制氢方法是当前氢能规模制备的主要方法；但目前电耗过高，一般约为4。5kWh/Nm3H2，亟待改进。此外，由中科院山西煤炭化学研究所开发的“甲醇重整制氢技术”已投入生产实际应用，目前最大规模为360Nm3/h，并实现系列化、批量化生产。我&；nbsp；看&；nbsp；书&；nbsp；斋中科院大连化学物理所在国家“九五”科技攻关项目“燃料电池技术”中，承担了燃料电池电动车用“甲醇重整制氢装置”的研制，目前，已形成概念样机。
为加快氢能的开发利用，有关高等院校和科研院所积极开展了新型制氢方法的研究。石油大学承担的“九五”科技攻关项目“从H2S制取氢气的扩大实验研究”，此方法制氢能耗低，约2。6kWh/Nm3H2，使低电耗制氢技术达到了世界先进水平。中科院感光化学研究所承担了“九五”科技攻关项目“烟气中SOX制氢技术的中试研究”。该所的人工模拟光合作用分解水制氢及非常规资源制氢研究达到了世界先进水平。我&；nbsp；看&；nbsp；书&；nbsp；斋在光化学、生物质和电化学制氢领域，兰州化学物理所、微生物以及南开大学、天津大学等单位也进行了大量的基础研究工作。
—储氢技术：目前，氢的储存方法主要有以下几种：常压储氢，高压储氢，液氢储氢，金属氢化物储氢及吸附储氢等。液氢储氢是一种较好的储氢方法，此法储氢密度高。但是，制备1升液氢约需消耗电能3kWh，在储存过程中液氢还有自然挥发，因此能耗较高。金属氢化物的出现为氢的储存、运输及利用开辟一条新的途径。
70年代后期，南开大学、北京有色金属研究总院、浙江大学和中国科学院上海冶金研究所等就开始了储氢材料的基础研究。其中，化学法制备合金储氢材料在国际上处于领先水平。近年来，我国在金属氢化物储氢技术领域又取得了新的进展。５cｃｃ．neｔ浙江大学新材料研究所承担的“九五”国家“863”高技术项目“燃料电池氢源合金及氢燃料箱研究”，已研制出三类新的储氢合金，其储氢能力分别为1。61wt％、1。8wt％和2。1wt％。此外，还设计并试制成功容量为700L和4。0Nm3的便携式氢源样机，可适用于1kW及5kWPEMFC电池。浙江大学还进行了金属氢化物储氢技术的工程应用研究和装置开发，主要有340Nm3氢化物氢集装箱，MHPC－24型氢净化压缩装置及3600kcal/h金属氢化物式空调机。北京有色金属研究总院承担了国家“九五”科技攻关项目“储氢合金及储氢应用技术的研究”，开展氢能和燃料电池用氢源合金及金属氢化物储氢器的应用研究。其中，小型储氢器已供国内数家单位在太阳能及燃料电池领域的研究与开发中使用。我&；nbsp；看&；nbsp；书&；nbsp；斋
近年来，清华大学、中科院金属所、防化研究院及西北核技术研究所等单位开始对新型储氢技术—纳米碳材料的储氢进行了多项基础性研究。其中，清华大学、中科院金属所和防化研究院都在室温下得到了储氢重量比在12MPa时为8％左右的纳米碳材料。
—氢能利用：氢作为能源利用应包括以下三个方面：利用氢和氧化剂发生反应放出的热能；利用氢和氧化剂在催化剂作用下的电化学反应直接获取电能及利用氢的热核反应释放出的核能。我国早已试验成功的氢弹就是利用了氢的热核反应释放出的核能，是氢能的一种特殊应用。我国航天领域使用的以液氢为燃料的液体火箭，是氢用作为燃料能源的典型例子。近年来，我国科学工作者在这方面进行了大量的基础性研究和开发性工作。５cｃｃ．neｔ西安交通大学曾进行过“氢燃烧和动力循环的研究”及“氢燃烧流场的研究及氢火焰性能评价”。浙江大学新材料所与内燃机所合作成功的改装了一辆燃用氢—汽油混合燃料的中巴车，通过添加约4。7wt％氢气进行的氢—汽油混合燃料燃烧，平均节油率达44％。我国自行研制的30kW氢燃料电池电动汽车，计划在2000年完成。目前，PEMFC电源系统的应用开发，将成为推动氢能利用的新动力。
为进一步开发氢能，推动氢能利用的发展，“氢能技术”已被列入《科技发展“十五”计划和2015年远景规划（能源领域）》。
四、发展预测
氢能开发利用首要解决的是廉价