世界能源供应的增加不应危害环境。需要考虑它们是否会向环境释放废物。道德准则看起来越来越会影响许多国家的能源政策,这对核能来说是个好兆头。核能的竞争地位从可持续发展的角度来说是相当稳定的,因为大多数健康和环境的成本已经包含在其中。
直到大约30年前,能源的可持续发展只简单考虑了能源的利用率。现在,在可持续发展的道德准则的背景下,尤其需要考虑全球变暖以及其它方面的问题。它们包括对环境的影响和废物的处理问题,即使它们对环境没有影响,也需要考虑这些。安全性和对子孙后代带来的一些不确定的影响因数也是可持续需要考虑的。可持续发展的标准已经成为了能源政策的前线。随着温室效应的增强,人们越来越关注如何在可持续的基础上解决能源需求问题。
这儿有几个被广泛认同的观点:世界人口的增长至少还会持续几十年;能源的需求将会增加更快,电力的供应比例也会更快增大。对于电力通过网络化供应,还是通过靠近用电地点的发电站来供应有不同的意见。这是一个政策的问题,但是无论哪种方法,在未来的十几年,尤其是在现代化城市,都不能避免对更大规模电网的供电需求。大部分需求是持续的,可靠的大规模电力供应,这种定性的考虑也将继续成为问题的主导。关键的问题就在于我们怎样去发电。目前,全球的电力68%来源于化石燃料(41%煤,21%天然气,5.5%石油),13.4%来源于核裂变,19%来源于水电和气体可再生能源。没有它们中的任何一个,我们的生活就没有前景。
利用风能和太阳能等可再生能源是可持续发展过程中优先考虑,因为用它们发电没有矿产资源的枯竭以及由它们直接引起的空气和水的污染问题。与几十年前的情况不同,我们现在有技术利用风能进行大规模发电,利用这些资源能够负担一些小的需求。但是利用这些“免费”的资源不是唯一的选择。除了水电外的可再生能源,尤其是风能和太阳能,通常是分布较散,间歇性,不可靠。考虑到电能不能大规模储存,这些问题就给技术方面带来了巨大的挑战。例如,当太阳照射时,太阳能需要至少达到1千瓦每平方米的能量密度,以满足持续的能量需求的供应。
风能在许多国家是发展最快的用来发电的能源,其规模将进一步扩大。虽然风力涡轮机的快速发展在许多国家受到欢迎,但是在一周或一年的时间中,能够利用它发电的时间很少超过30%,这一点证明了该资源的不可靠性,以及无法满足能源的需求模式。风能是间歇性的,当不吹风时,需要备用能源,例如水或天然气等。吹风的时候,就可以替代其他能源来发电,这样就减少了这些资源的经济可行性,因此就提高了价格。
政府的授权,津贴以及消费者最终的支付,对风电场和太阳能发电的迅速发展有相当大的帮助。然而在金融诱因下建造风电和太阳能电站引起了强烈的反响,补贴成为了负担,许多国家都开始削减补贴。在风电场所在的农村经常也有强烈的反对浪潮。
风能和太阳能等可再生能源本质上不适合满足发达国家对于能源持续的需求以及可靠的大规模供应。除了可再生能源,什么是最丰富、污染最小的能源。30年前几乎无法想象今天,地面上有着丰富的能源资源。煤和铀(更不用说钍)是可使用的,而且本世纪不太可能耗尽。
任何可采用的能源供应标准都需要包括成本、安全性、供应安全以及环境因素。解决环境的影响通常需要考虑成本因素,正如目前对气候变化的争论。具有可接受的安全性和低的环境影响的低成本电力供应将大幅依赖于合理的开发和利用复杂的技术。这就包括大型和小型的核电站,它们可以直接用于氢气的生产,海水淡化等工业过程,也可用于传统的发电。
通常可再生能源涉及到使用自然力量产生的能量,这些能量可以通过自然过程再生,特别是风力,波涛,太阳和雨,包括来自地壳和地幔的热量。虽然与使用这些自然力量有很多共同的技术特点,例如地热能来源于放射性衰变产生的热量,但是核能通常不归于可再生能源这一类。
传统的核反应堆使用矿物燃料,消耗燃料可提供的能量。在这种反应堆中,输入的燃料是铀235(U-235),它是质量更大铀的一部分,其中最多的是U-238。U-235逐步的“燃烧”产生热量。但是大约有三分之一的能量不是来自最初加载的燃料,而是钚239(Pu-239),它的效果几乎与U-235相同。一些U-238通过捕获U-235“燃烧”时释放的中子变成Pu-239。因此U-235通过从U-238产生Pu-239在一定程度上实现了再生。
这个过程在快中子堆中得到了优化,快中子堆可能在下一代核能反应堆中得到广泛应用。快中子堆产生的Pu-239比它消耗的多,因此这个系统可以无限的运行。虽然它可以产生更多的燃料,但是需要不断的进行后处理,将易裂变的钚与铀和反应堆释放的其他物质分离。这个过程中使用过的燃料可以再循环,而且可用的部分也逐步增加。
快中子堆可以开发利用钍作为燃料的潜力,在快中子堆中,钍可以转换为可裂变的U-233。这个过程还没有商业化运行,但是它确实可行,如果有迫切的需要,将会得到加速发展。印度是唯一专注于该方面发展的国家,因为世界上铀的储量还比较丰富,价格也相对便宜。另外,有150万吨贫铀也成为了燃料资源。这些情况下,快中子堆可用的资源是相当丰富的,资源的衰竭也不再那么明显。
核能的安全性已经得到了充分的证明,尽管还有少数按西方标准在继续运行的反应堆并不理想。其中包括两座由前苏联设计的,其中一座是进行较大改进前的反应堆,在1986年发生了切尔诺贝利事故。西方设计的核电站在30年来,出现的严重事故只有2011年3月由海啸引起的福岛事故。有可能全球其他的大型的技术有类似的安全记录。这主要是因为,安全在民用核能计划开始的时候就有非常高的优先级,至少西方国家是这样的。这些安全措施包括堆芯和环境之间的一系列物理屏障,多重安全系统,每个安全系统都有备用系统,以及对操作的容错。安全系统等在反应堆成本中所占比例比在飞机设计和建造中所占比例还要高。
统计数据表明,核能发电与其他发电方式相比是最安全的。事实上,切尔诺贝利事故和福岛事故是核能历史上的唯一污点,而世界上大多数的核电站的安全性远远超过了切尔诺贝利。
无论可再生能源是怎样定义的,现在看来核能在各方面都满足可持续发展的要求,这都是我们首要关注的。