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核电站准备好应对气候变化的威胁了吗?

发布时间:2018-8-24 15:55 原作者:科学人Scientists    来自: SciencePlus科技

随着海平面上升,海岸线内移,以及风暴天气恶化,世界各地的核反应堆面临新的挑战。

世界上最昂贵的核电站的外部防御墙,正在英格兰西部布里斯托尔海峡(Bristol Channel)波涛汹涌的海岸线上树立起来。这个造价250亿美元的Hinkley Point C核电站将在2028年完工,为其提供防御得混凝土海堤高12.5米,长900米,能承受最强的风暴,最大的海啸和最高的海平面上升。

但是,有人对其预期效果表示担忧。沿着这片海岸的潮汐,是世界上最高的潮汐范围之一,并且侵蚀很严重。1981年,一个核电站在春潮和风暴的夹击之下不得不关闭一周,当时的现场发生了严重的洪水。

无论建造得多好,新海堤都没有充分考虑气候变化导致的海平面上升。

这座防御墙设计得很坚固,但计划是在2012年制定的,当时大多数专家认为冰盖没有开始融化,但在之后,南极洲和格陵兰冰盖得融化量都在持续增加。目前,科学家将未来50年海平面上升幅度的预期从不到30厘米调整到超过一米。Hinkley Point C的运行寿命内正是在这个时间内,甚至在100年后反应堆才会最终退役,而核燃料在此储存的时间可能更长。

事实上,在美国,欧洲和亚洲,超过100个核电站建在海拔几米的地方;他们可能会受到海平面上升加速,以及风暴潮频繁增加所导致的严重洪灾威胁。

尽管工程人员正在进行一些努力,为将来的洪水风险做好准备。但是,2018年发表的一项研究显示,气候变化对沿海核电站的影响,将比工业,政府或监管机构所预期的更早和更大。更为严重的是,国家核监管机构和国际原子能机构(IAEA)制定的安全标准可能已经过时,并且没有充分考虑气候变化对核电站的影响。

洪水问题

洪水对核电站来说可能是灾难性的,因为它可以摧毁其电力系统,使其冷却机制失效,并导致过热和核燃料的熔化,以及放射性泄露的危险。由于2011年3月的海啸,日本福岛第一核电站的洪水对该工厂的几个反应堆造成了严重破坏,事后的措施也只是勉强避免了灾难性放射性释放。

根据世界核电运营商协会(WANO)编制的地图,全球460个正在运行的商用核反应堆中,约有四分之一位于海岸线上。在气候变化几乎不被视为威胁的时候,许多建筑物仅建在海拔10至20米的地方。

在美国,有9座核电站距离海洋不到3公里,斯坦福大学的四座反应堆极易受到风暴潮和海平面上升的影响,那里的洪水很常见。自20世纪80年代初以来,美国核电站已发生20多起洪水事件。虽然由于海平面上升和暴风雨而从未触发生过事故,但福岛的洪水与未来海平面上升存在类似的威胁。

大多数美国核电厂建造时,并没有考虑到气候变化,工程人员使用的历史参考模型电工对保守;此外,他们主要建立在一个平静的时期,当时没有多少大风暴。

气候变化的影响

国际原子能机构目前的全球安全标准于2011年发布。这些标准指出,运营商应该考虑到《政府间气候变化专门委员会(IPCC)第四次评估报告》中预计到“2100年海平面上升18至59厘米”的情况。但这些安全标准并未考虑2013 - 14年发布的最新IPCC评估。这份科学共识报告显示,到2100年海洋将上升26厘米至1米,这取决于气温持续上升的程度以及极地冰盖融化的速度。如果海平面上升1米,加上潮汐和风暴潮,将大大增加了海岸和核电站被淹没的风险。

我们可能会严重低估沿海地区的气候变化风险和损害。

美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心最近的一项研究预计,到2100年平均平均上升幅度至少为65厘米。而这65厘米的上升几乎肯定是保守估计,这一结论是假设海平面在过去的25年里继续发生变化,然而,从今天在冰盖上看到的巨大变化,这是不可能的。

时间紧迫

IPCC表示海平面上升需要一段时间,这是一个非常长的过程。

大多数反应堆将在任何重大海平面上升发生前已经退役。

全球海平面平均每年上升3毫米(取决于地形和地理位置,某些地方会更多或更少);然而,两个全球核贸易机构只是将之视为未来,而不是目前的风险。然而,沿着美国海岸线,洪水已经变得越来越频繁。根据美国环境保护署(EPA)的数据,自20世纪50年代以来,几乎所有27个收到监测的沿海地区都经历了洪水的显着增加;而在东部和墨西哥湾沿岸的许多地方都有许多反应在运行。

迄今为止最全面的研究还显示,随着冰盖融化,海平面上升正在加速。这些自2007年以来观察到的冰盖融速度,使得2013年IPCC对海平面上升的估计变得已经过时。在过去的十年里,南极洲的冰盖损失急剧增加,而且非洲大陆的海平面上升速度比过去25年的任何时候都要快。这对于政府来说是一个值得关注的问题,以保护我们的沿海城市和社区。

当第一批英国和美国核电站建于20世纪60年代时,没有考虑海平面上升。在英国,政府洪水和海岸侵蚀小组在2012年的一项研究中发现,如果更多的保护措施,该国19座核电站中有12座将在2080年代遭受侵蚀或沿海洪水的风险;其中,Bradwell,Hinkley Point,Hartlepool,Sizewell,Dungeness和Oldbury被认为是“高风险”。

暴风雨的威胁

除了海平面上升之外,还必须考虑风暴潮引起的额外影响。根据全球极端海平面(extreme sea levels,ESL,考虑平均海平面,潮汐和风暴引起的增加因素)分析,自1970年以来,极端海平面的大小和频率在世界范围内都有所增加,这可能导致灾难性洪水。美国国家海洋和大气管理局(NOAA),美国国家航空航天局和其他主要科学机构进行的新卫星研究均显示,平均海平面上升,以及ESL频率增加和破坏严重程度增强。

在过去40年中,中国,日本,韩国和菲律宾造成严重破坏的台风的破坏力增强了12%至15%,其中4级和5级风暴的比例增加了一到三倍。同样,自2003年以来,最严重的大西洋飓风季节已经发生多次。新的研究表明,全球平均温度每上升1°C,并伴随着海平面上升,和风暴的发生将增加2至7倍。 2005年卡特里娜飓风袭击新奥尔良和其他美国南部沿海城市正说明了这些风暴所造成的风险。

美国一些单独的核电厂非常脆弱。考虑到每年3毫米的海平面上升全球平均值,以及自然沉降和最新的风暴数据,科学家在2015年的一项计算模拟研究显示,几个美国沿海工厂可能被风暴潮淹没,其中包括佛罗里达州的St. Lucie和Turkey Point。许多沿海核电站甚至比福岛第一核电站更容易受到洪水的影响。

虽然没有核电站因风暴潮而面临崩溃的迫在眉睫的危险,但已经有许多威胁已经非常接近。2012年,飓风“桑迪”使美国三座核动力反应堆暂时停工,而新泽西州的另一座核动力反应堆因为水位急剧上升而处于警戒状态。美国核电厂因为风暴面临灾难最接近的一次发生在1992年,“安德鲁”飓风正面袭击了佛罗里达州的Turkey Point核电厂。最终,每小时282公里的阵风和4.9米的浪涌只会造成有限的破坏,但使,如果海平面高达现在的预测水平,那次可能会导致重大灾难。

2006年,如果台风“桑美”(50年内袭击中国的最强风暴之一,造成3.76米的风暴潮和7米长的海浪,240人丧生,952艘船沉没)晚登陆两小时,将会和春潮叠加一起,那样几乎肯定会淹没秦山核电站的反应堆。

重新评估和改进

2011年福岛灾难发生后,国际原子能机构为生产商业核电设施的31个国家提供了新的安全性建议。在2011年地震发生后的几天内,中国暂停了新工厂建设的批准,暂时停止了在建工厂,以等待测试工作的完成。在福岛核电站迫使世界核电运营商重新评估和改进其应急控制措施(包括与洪水有关的措施)后,国际原子能机构和核监管机构要求对反应堆进行压力测试。例如,英国Dungeness的一个反应堆在2013年被关闭了两个月,同时建立了额外的防洪措施。

自福岛事件以来,所有沿海核电站都安装了更强大的泵,升级了电源,安装了防水门和可移动的防洪屏障。为了应对类似福岛的事故,世界各地的反应堆进行了审查,包括防洪检查和后备电源的稳健性(即所谓的压力测试)。

在美国,NRC责令运营商在福岛和飓风桑迪之后加强安全计划,安装了新的备用设备以处理洪水,新增变电站和发电站,安装了新电池,加强了通道。每个美国反应堆场址都已完成其洪水灾害再分析;49个站点中的40个已经完成了对当地强降水的重点评估,以安全地处理新的威胁,其中包括海平面上升和风暴潮等相关影响。

然而,世界上很少有监管当局特别要求运营商加强对气候变化相关危险的防御。已经采取措施减少核电站遭受洪水的可能性,但问题仍然存在。工厂经营者了解海平面上升和极端事件的问题,他们看福岛的后果,他们有数十亿美元的资产,他们不想失去他们。但如果法力不强制要求更坚固的结构,而由运营商决定,他们可能不太愿意出钱。

福岛事故发生后,人们在新设备上花了不少钱,但并不总是有效。

展望未来

目前,全球约有50座核电站正在建设中,另有约150座正在筹划中。世界上许多新核电站正在亚洲国家的沿海地区建造,这些国家面临洪水,海平面上升和台风。中国运营的39座反应堆中至少有15座,以及正在建设中的许多工厂,都在沿海地区。对此,国际原子能机构将在今年晚些时候发表关于核电和其他能源设施如何适应气候变化(包括海平面上升)的研究,。

变化发生的速度比预期的要快,标准必须考虑到气候变化。

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