科学传奇·都市的智能工程：解决电力紧缺的方法

2024-10-06 百科知识版权反馈

【摘要】：点亮今天的都市由于电力紧缺，安大略至今还有5个以煤为燃料的火力发电厂在运行，它们都是20世纪五六十年代能源需求膨胀时期匆忙上马的。事故发生6分钟后，核电站值班消防队赶到了现场。由于反应堆管道发生爆炸，大量放射性物质泄漏，整个过程持续了10天。在切尔诺贝利核电站事故发生3天后，76个小镇和村庄的居民匆匆撤走。而在今天，能源的第三个表兄弟天然气占领了城市，它燃烧时比煤和石油的污染更少，而且资源充足。

点亮今天的都市

由于电力紧缺，安大略至今还有5个以煤为燃料的火力发电厂在运行，它们都是20世纪五六十年代能源需求膨胀时期匆忙上马的。自20世纪70年代起，核电站建设成为安大略的长期战略目标。

◆自20世纪70年代起，核电站建设成为安大略的长期成略目标◆

我们都知道，所有的发电站都离不开水。在水力发电中，涡轮靠落下的水流驱动，而燃油或燃煤电厂则加热水，使之产生蒸汽，从而驱动涡轮。在达令敦，4座大型反应堆在安大略最大最新的核电厂装备完毕，反应炉内核子分裂，产生巨热，传送给16台蒸汽锅炉。这个发电厂的水源全都来自安大略湖。

设备全速运转时极其炙热，因此，电站每秒钟还需要12．6万升水，用来冷却设备。

核能发电站耗资巨大，仅在1993年达令敦核电站完成时，就支出近150亿美元。安大略纳税人投资建成了这座电厂，可以满足1／6的需求总量，足以为多伦多及其东部郊区供应充足的电力。

不过，核能发电的真实花费难以计数。安大略的3座核电厂已经受到停工的困扰，进料系统紧张是问题的关键。当然，安全问题也不容忽视，因为核裂变的燃料来源于铀。在达令敦，每个反应堆装有6000根以铀为原料的燃料棒。失效的原料棒也充满放射性，因而极其危险。在被封存到贮料仓之前，它们必须在电站水池中冷却10年，直到能妥善处理它们。

◆在达令敦，每个反应堆装有6000根以铀为原料的燃料棒◆

◆在被封存到贮料仓之前，失效的原料棒必须在电站水池中冷却10年，直到能妥善处理它们◆

对放射性的担心令大家焦虑不安，即使是发生在20年前，那场切尔诺贝利核电站事故也令人至今难忘。

前苏联切尔诺贝利核电站坐落在基辅东北130千米的普里皮亚特河畔。这座核电站是苏联1973年开始修建的，第一个反应堆于1977年启动。20世纪70年代末和80年代初，又建了3个反应堆。每一个反应堆连同冷却系统、涡轮机和存放机器的厂房都置于一个建筑物之中，简称为一个动力站。核电站计划工作30年。然而，在1986年4月26日，它却发生了核电发展史上最严重的核泄漏事故，引起了全世界的震惊。

事故前有1、2、3、4号动力站在运行，5、6号正在建造之中。运行的1、2、3、4号动力站都是发电功率为100万千瓦的压力管式石墨沸水堆。这种反应堆以2%浓缩度的二氧化铀作燃料，石墨作中子慢化剂，沸腾水作冷却剂。这种反应堆在苏联已有近百年的运行经验，有着比较好的安全记录。苏联人对这种堆型的安全过于自信，当时全苏16座这种堆型的核电站都没有在反应堆系统外部设置最近一道安全屏障——钢筋混凝土结构的安全壳。

按照维修计划，1986年4月25日开始对4号动力站进行定期维修。在连续严重操作失误的情况下，4号动力站反应堆处于失去控制的极不稳定状态。4月26日凌晨1点23分，切尔诺贝利核电站的两声爆炸声打破了深夜的沉静，浓烟笼罩了核电站，烈火从4号动力站反应堆厂房顶部喷出。反应堆上部防护结构及其安装的各种设备整个地被掀起，高温的堆芯片散落在反应堆的一些工作间，引起30余处起火；由于油管破裂、电线短路，再加上反应堆强烈的热辐射，使被毁的反应堆大厅和与反应堆大厅相连的部分燃起大火。

事故发生6分钟后，核电站值班消防队赶到了现场。火焰高达30多米，强烈的热辐射使人难以靠近，消防队员脚穿的靴子陷入被高温融化的沥青中。空军出动了直升飞机向炽热的反应堆投下了5000多吨含铅、硼的砂袋，封住了反应堆，以隔绝空气、阻止放射性物质外泄。在空军和地面人员的努力下，清晨5点，大火全部平熄了。由于反应堆管道发生爆炸，大量放射性物质泄漏，整个过程持续了10天。

在切尔诺贝利核电站事故发生3天后，76个小镇和村庄的居民匆匆撤走。在撤走前的3天里，放射性尘埃落到了他们身上，他们呼吸了碘、锶以及在核反应堆遭破坏时所出现的其他放射性物质。

由于事故造成堆芯熔毁、石墨砌体燃烧，使大量放射性物质外泄，造成了严重的震惊世界的环境污染。经过比较详细的估算，这次事故对30千米范围内撤离的13．25万人造成的外照射剂量为1．6×106人·雷姆；对前苏联欧洲部分7450万人今后50年内造成的外照射剂量为2．0×107人·雷姆。(www.chuimin.cn)

切尔诺贝利核电站事故发生10年来，乌克兰已有16．7万人被核辐射夺去生命，320万人受到核辐射侵害，其中有95万儿童。目前的主要威胁来自于钢筋混凝土保护层下的近200吨核燃烧，这一保护层的有效期限仅有20～30年，周围还有成千上万吨受到核污染的废墟，潜在的危险因素始终存在。

切尔诺贝利核事故产生的放射性烟云，先后随风飘向北欧、东欧、西欧地区。直到4月30日，前苏联才正式发布关于切尔诺贝利核电站事故的公告，推迟了近60个小时。

随着世界有机燃料储量的消耗，核能将成为21世纪人类赖以生存的重要能源。然而，如何确保核能安全利用，则是摆在世界各国面前的一个不可稍有疏忽的紧要问题。从那时起，只有俄罗斯及其邻国还在继续建造各种规模的核电站。

但是，在一次性能源过度消耗的今天，每种发电方式都在走下坡路。截流大坝有害于生态环境。人们举行示威活动，反对修建更多的水坝。燃油、燃煤和燃气发电厂固然比以前少了一些污染，但仍然在制造扼杀地球的温室效应。

该如何为城市提供能源？人们进退维谷。能源危机敦促人类寻找更好的技术。

◆燃煤和燃气发电厂固然比以前少了一些污染，但仍然在制造扼杀地球的温室效应◆

◆在北海，作业的渔船越来越不多见，而天然气钻探平台却越来越多◆

矿物燃料的生成需要漫长的10亿年，比如煤．这种能源一举推动了第一次工业革命。它的近亲石油改变了20世纪的人类世界。而在今天，能源的第三个表兄弟天然气占领了城市，它燃烧时比煤和石油的污染更少，而且资源充足。

天然气成为公共事业和个人用户的时兴燃料，在全球的各大地区，每周都有新气井被发现。在北海，作业的渔船越来越不多见，而天然气钻探平台却越来越多。

天然气改变了英国的能源工业。英国人口众多，水资源匮乏，以前，它们主要依靠煤来发电。但是，进入20世纪90年代以后，公共设施更普遍地使用天然气，家庭也用它做饭和取暖。

英国的天然气大多来自海底，通过管道，他们把天然气输送到海滩中转站。天然气在那里经测量后被滤掉水分和其他杂质，制成家用燃气，使它能够在适宜的温度下燃烧。它的热效率与精炼油相当，但没有臭味儿和浓烟。

接着气体被适度加压，以便于管道把它输送到城市。英国地势平缓，燃气无法自己移动，管道一端有强大的压缩机推动气体流动。沿途配有多座压缩站，以喷气发动机为动力，保持气体以20千米的时速流动。燃气接近城市时，加入人们熟悉的难闻的气味，以便于识别出最细微的泄露。最后，在到达城市之前，压缩的燃气被减压。

英国的能源一向昂贵，所以一开始，天然气就很受欢迎。公共设施、工业以及家庭都用上了高效、清洁的新型能源，能源公司不断打井，管道公司不断绘制新的蓝图。发电公司也喜欢天然气，因为与核能发电和水力发电相比，燃气发电规模小，投资回报周期快。

◆在今天的都市，电的触角无处不在，它已经占据了我们生活中不可或缺的位置◆

天然气成了能源市场上的新宠，有人期望天然气能成为救治能源病症的良方。但是正如人们所见，过去的能源技术如巨型水电厂、燃煤或燃油热电厂等等，这些技术从幼稚走向成熟，最终被新的技术取而代之。天然气可能是通向未来的桥梁，直到更耐用、更可靠、更便宜的新能源取代它的位置。

科学传奇·都市的智能工程：解决电力紧缺的方法

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