互动科普

8月的一个下午，美国首都华盛顿潮湿闷热得令人窒息。就在这种倒霉的天气里，记者们被召集到市中心一家通风相当糟糕的酒店，挤进连窗户都没有的会议室，电视台记者的灯光令室内空气更加酷热。我们聚集在这儿，只为恭候迈克尔·J·华莱士（Michael J. Wallace）大驾光临。华莱士是美国联合能源公司（Constellation Energy）与欧洲核电集团Areva合资经营的UniStar核能公司董事长，他早就准备适时拉开核电史上第二场好戏的大幕了。

华莱士虽然不擅长即兴讲演，但也算得上一位沉着细心的企业主管。他步入会场后，看到汗流浃背的记者，立即微笑着说：“诸位，看看今天这天气，毫无疑问，我们非常迫切需要一种新型的零排放发电方式，来保证最基本的电力供应。”他还宣称，除非我们迅即采取行动，否则大面积停电将成为家常便饭。

穿西装打领带的华莱士似乎很享受这样的闷热。他兴奋地宣布，UniStar核能公司正致力在美国和其他地区建造一种新型核电站。“我很高兴地告诉大家，我们在最近一轮核电站开发建设中起了一定作用，而且我真的很高兴能涉足这项事业。”这位董事长的话不禁让人回想起那位多年前曾漫步月球、如今虽已满鬓银发却仍想重返月球的宇航员。

那是2006年的事了。此后，华莱士每隔一段时间便发布新的公告，介绍华盛顿以南70千米处一座新反应堆的建设进展。该反应堆有可能成为美国自1973年以来订购并建造的第一座核电站。华莱士曾领导了美国最后一批大型核电站建设项目中的两个，这两座位于伊利诺伊州的核电项目在1987年竣工。与重温登月行动的旧梦一样，美国在中断35年之后开始重建新反应堆。专家认为，随着技术不断进步，此番核电建设更有把握。然而，核电与登月这种浩大的工程，都必须回答一个问题：它值得我们投资吗？

包括华莱士的公司在内的许多公司，都给出了肯定的答案。厂商们向美国核管理委员会 （Nuclear Regulatory Commission）的安全工程师递交了一些新方案，部分方案已获批准并进入建设准备阶段，但工程必须在此前批准的一处场地上进行。公用事业公司、反应堆制造商以及建筑/工程公司组建了合资企业，只待最终审批结果。学生也踊跃报名攻读核工程类的大学课程。业界和官方均预测，一轮建设热潮即将掀起。

现代竞争压力却使这个问题变得复杂。首先，美国许多地方规定，任何新建电站都必须由“商业电力公司”这类独立企业来建造，而非庞大的垄断型公用事业公司。20年前的情况要简单一些，因为公用事业公司可以建造自己的电站，不管成本有多高，只要转嫁到消费者身上就行了。但现在许多州（如得克萨斯、马里兰和纽约州等）的公用服务管委会都把发电同输电及配电分离开来。这样一来，发电企业如果决策失误，就无法再让其他人为此埋单了——发电站必须按市场能够承受的价格出售电力。

这个价位很难预测。虽然反应堆可以利用最新的工艺与技术，但煤电站和天然气电站同样可以这么做。尤其是天然气发电，初期投入非常小，这在当前不景气的经济环境下尤为重要。此外，天然气电站的规模可以比较小，建设周期只有三四年，而反应堆规模庞大，需要建设6~8年。

核电的现代化能够带来重大变革，即实现每年运行时间90%以上、运行寿命超过60年的核电站。而现有核电站刚建成时每年的运行时间就只有60%左右，运行寿命估计也只有40年。不过，公用事业公司已经陆续签订了一些有关大型太阳能电站的长期合同，风力发电也正以前所未有的速度发展。尽管这些替代能源每年的工作时间较少，但它们完全没有燃料成本，也不存在任何燃料处理问题，价格有可能便宜得让核电完全失去竞争力。

或许，市场才是核电面临的更严峻的问题。美国有些州已经定下了“电力零增长”的目标，即采用能耗更低的新设备来代替灯、泵、吹风机等所有电器。如果“电力零增长”这一宏伟目标达成，那么即使需要建设新电站来取代逐渐老化的旧电站，所需数量也肯定会少得多了。

几乎所有人都认为，减少需求的成本比扩大发电能力低得多。美国能源部负责节能与可再生能源事务的前副部长丹·W·雷谢（Dan W. Reicher）就曾多次抱怨，企业一窝蜂地投资发电成本高达每度电20~30美分的太阳能电站，却对一些新的节电技术不屑一顾，而这类技术改进成本换算成发电只相当于每度电4美分。

各种不可预知的因素使人们更加拿不准将来究竟需要多少电力。新能源汽车的支持者预言，数千万辆复合动力车乃至电动汽车将会投入运行，每车每天耗电10度，可行驶五六十千米。这样一来，电力需求量将大幅增加，但这些新能源汽车能否成功还很难说。如果电动汽车真的大量使用，它们基本上都将在夜间充电，那么就会改变“负荷曲线”——目前用电高峰期是白天，而将来一天24小时用电量或许都差不多。这种变化对核电等建设资金大、但运行的边际成本（marginal cost）较低的发电技术更加有利。考虑到这些因素，任何一家电力公司在规划建设周期为6~8年的大型发电站时，都无法准确估计电站落成之时的电力需求量。

可能出台的碳排放政策让人们的猜测更加困难。各国政府在认真考虑征收统一的废气税，或者是推行所谓“限额交易”（cap-and-trade）制度，相当于征收废气附加费。无论采取何种做法，价格都很难预测：欧洲初步试行交易制，结果市场极不稳定。但经济学家仍然预测，这种制度将使每排放一吨废气的平均成本保持在数十美元的水平上。废气附加费每增加10美元，电价就将上涨1美分。新建煤电站每发一度电的成本通常为六七美分，因此，如果对每吨废气征收20~30美元的附加费，就将使核电等不排放废气的技术大占便宜。

核电或许真的卷土重来了。华莱士的理想是建设标准化电站，这样它们的制造和审批费用就比以前那些定制的反应堆省下一大截。实现标准化后，技术人员和工人只须在不同的地方建起一座座同样的电站，长此下去，建设者都轻车熟路了。批量生产总是比单独生产的产品便宜，这是公认的道理。通用电气公司能源基础建设事业部总裁兼首席执行官约翰·克伦尼希（John Krenicki）认为，如果每个地方都要建设不同的电站，那么永远也不会找到一个成本低廉且行之有效的解决方案。

华莱士的设想似乎正在成为现实。第一座标准化核电站计划建在华盛顿以南约70千米的卡尔弗特悬岩，成为联合能源公司现有两座电站旁边的第3座电站。2008年7月，美国中西部一家大型公用事业公司AmerenUE也提交了一座标准化电站经营牌照的申请。此外还有一些申请在排队待批，其中包括宾夕法尼亚州一座电站、纽约州北部一座、爱达荷州一座，还有得克萨斯州阿马尼洛的一个双反应堆电站。所有这些电站都将由UniStar公司与当地公用事业公司或电力公司合作建造。UniStar还没有公布确切的造价，但最近华莱士简要介绍了对其他标准化电站的研究，调研报告称，如果不计建设期利息，那么每千瓦容量造价（总造价除以总发电能力）为4,000~6,000美元。华莱士说，他的电厂造价将在这一价格范围的上限。一座现代燃煤电站每千瓦容量造价约为3,000美元，但如果要支付二氧化碳排放附加费，或者另行购置二氧化碳处理设备，造价就会大幅度增高。

一系列新反应堆被提上议程，标志着核电发展出现了转折。在上世纪80年代，巨额成本曾让投资者破产； 90年代初，形势更是每况愈下，某些已完工的电站仅仅运行几年后就被迫关闭。核电拥护者则宣称，电力公司如今已经发现了核电技术的更多好处：首先，核电把经济风险前移到了建设成本中；其次，与天然气相比，核电原料价格波动更小，而与煤相比，核电又不会受废气排放政策变化的影响。因此，尽管还没有一家企业决定掷出数十亿美元巨资修建一座核电站，但它们争相投入数千万美元资金来探索核电方案，包括进行工程研究并准备申请牌照等。华莱士感叹：“我好像又回到了当年。”

比洁净煤更可行

毫无疑问，对任何一项反应堆规划而言，成本都是一个突出问题。UniStar公司标准化反应堆的首个工程——欧洲压水堆（European Pressurized Reactor，EPR）——正在芬兰奥尔基卢奥托岛进行。这项工程施工初期就遇到了质量控制问题，目前进度已经落后于预定计划，费用也已超支。

导致人们对核电价格持怀疑态度的其他因素也始终未能解决。公用事业公司向佛罗里达州主管部门提交的评估报告说，如果把输电成本和贷款利息考虑进去，造价将达到每千瓦容量8,000美元。钢材、水泥和劳动力成本全都上涨了，近来的金融危机也可能使建筑贷款利率提高，当然受影响的并不只是核电，所有电站都不能幸免。

建反应堆是否划算，还得看看同其他环保型发电方案比较的结果。能收集处理自己排放的二氧化碳的煤电站也是一种选择，但按这种思路建造的示范电站——“未来型电厂”（FutureGen）已经被淘汰了。

未来电厂当初规划在伊利诺伊州马顿镇，由一个公私联营集团负责监造。它的运行原理是让煤在低氧环境下燃烧，生成一种由氢气和一氧化碳组成的气体燃料。氢用来发电，一氧化碳则被转化为二氧化碳并泵入地下封存。唯一的排放物就是水蒸气。但是，随着国际上原料价格的上涨，该电站的造价也节节攀升。2008年初，美国能源部宣布退出。

美国能源部继续推广以低排放为特色的第4代核反应堆，该技术使用处理过的燃料，产生的废气也更易处理。同时，煤电行业也在尝试一些低碳燃煤技术。美国电力研究所与威斯康星电力公司在威斯康星州普雷里市普莱森特地区试验了一项新方法，运用一种氨基化合物来结合烟囱里的二氧化碳，将二氧化碳封存起来。但这个方法仅能处理该电站废气排放总量的1%出头。

“15~20年前，我们就应该以环保的方式来利用煤炭资源了，”玛莎·H·史密斯（Marsha H. Smith）宣称，他是美国国家公用事业管制委员会主席。关键在于，尽管核能有一些明显缺陷，如成本太高，会产生有毒放射性废料等，但与碳捕集型煤电技术相比，它的表现仍好很多。

比风能太阳能更可靠

眼下发展最快的清洁能源当数风能。2008年9月，美国风能协会宣布风力发电装机容量已达20,000兆瓦，比2006年翻了一番，推动风能发展的主要因素，一是优惠的税收政策，二是实行了各州可再生能源的配额制度。但一年下来，风力电站的运行时间远远少于核电站，容量为10,000兆瓦的风力发电机所生产的电能，仅相当于两三座1,000兆瓦的大型反应堆。而且，风是“不可调配”的，风力发电完全靠天吃饭，不是想叫它发电就能发电的，所以它能在多大程度上取代核电等连续式发电技术还有待观察。

太阳能相对要好一些，如果再与某些储能技术配合，它甚至会成为可调配的能源，在多云期间或日落之后的用电高峰也可供应电力。目前的太阳能发电技术是利用凹面镜来反射阳光，加热水或矿物油，有些实验系统也使用熔盐（molten salt），它的工作温度更高，并且能在隔热箱中存储数小时乃至数天。还有一些公司则建造庞大的光伏电池（photovoltaic cell）阵列，直接把阳光转化为电力。

然而，为了获得更好的效益，太阳能和风能工程规模通常都非常巨大，必须修建在沙漠、山顶或平原，远离需要电力的城镇。这样就需要架设输电线路，把供需双方连接起来。“你想想看，这输电量得有多大，”美国最大的公用事业公司之一——Exelon公司董事长约翰·罗（John Rowe）感叹道，“这需要一个极其庞大的电网，但我们无法很快建成这样的网络。”事实上，美国能源部最近一项研究得出的结论是，到2030年风力或许可以解决20%的美国能源需求，但必须至少投入600亿美元来建设一个新的输电网。核反应堆可以就建在城镇周边，只须对现有电网进行小规模扩建就能解决问题。

能效决定命运

核电所面临的最大问题便是能效。人口还在迅速膨胀，生活水平也在不断提高，这都会促使电力需求节节攀升，但为了减少温室气体排放，各种电器的能效都在逐步提高，从而有望在多年后抵消掉电力需求的增长。既然如此，为什么还要建那么多反应堆呢？

2007年12月，著名咨询公司麦肯锡预测，通过一些措施，美国可以削减本国11%的温室气体排放量，而且执行者不仅可以收回成本，还可以获得利润。麦肯锡的报告指出，这些“负成本机会”几乎不需要技术革新。如果采取一些低成本的能效改进措施，还可以使废气排放再减少17%。

艾默里·洛文斯（Amory Lovins）是一位知名的能效专家，他认为这类机会比天上掉馅饼还划算——“你白吃白喝，还有人要倒贴你钱”。但这些措施经常被忽视。因为人们列举10大要事的时候，总是把能效问题排在第11位。举个例，高能效空调比普通空调贵，但由于省电，一两个季节后节约的电费便超过了多付的钱。然而许多买空调的人却不在意，特别是那些从来就不需要支付电费的房东或建筑商。

其他一些措施虽然节电，但会牺牲便利性：许多家电在关掉后依然会保持待机状态，以便重新打开时能迅速启动，但这样会消耗更多电力，专家称之为“吸血鬼负荷”。房间里的总“吸血鬼负荷”相当可观，但很少有人知道或关心这件事。美国国家自然资源保护委员会能源专家理查德·D·杜克（Richard D. Duke）笑称：“哪位消费者在买TiVo（一种数码录像机）时会要求厂商把待机耗电量作为一条性能标准呢？谁都不会。”

抓紧干吧

消费者个人采取行动总是好事，但要扭转碳排放的现状，还得靠改进发电技术，淘汰过时的燃煤发电设备，并用效益极高的现代核反应堆、可再生能源，甚至洁净煤取而代之。纵观美国各地电力行业的经营者——包括政策性公用事业公司、独立的商业发电厂以及市政设施供应商——都在为哪些方案最终将胜出而下注。

不过，这场竞争与中学赛跑有点相似，选手们的起跑线在跑道上是错开的。核能的起跑点在最后面，因为它需要花更多的时间办理场地与施工许可证并通过安全审查。任何人只要稍微动动新建反应堆的念头，都得付出不菲的入场费：提交申请和进行初步考察都得花钱。未来的电力需求、碳排放政策以及化石燃料都还存在众多未知变数，因而从商业角度看，探索核能方案是合乎情理的，至于是否真的要建造，就是另外一个问题了。

一个关键因素是贷款。如果电站在一夜之间建成的造价为50亿美元，那么这笔钱分摊在5年中用掉，产生的利息就可能累积到数亿乃至数十亿美元。为了扶持核电项目，联邦政府提供了185亿美元的贷款担保。此后政府很快就收到了超过1,000亿美元的融资申请。

另外一个因素则是究竟需要多长工期。建造商可以根据近年亚洲兴建反应堆的速度来估计，但没有人真正知道得克萨斯州或佛罗里达州的工程与日本或韩国的项目有多大的可比性。如果美国已经建成两三座反应堆（例如华莱士负责的反应堆），那么这个问题就简单了。如果今后几十年的碳排放政策有了明确的说法，也将有助于解决问题。

美国还需要更好地管理核废料。上世纪80年代初，联邦政府与电力公司签订合同，承诺自1998年起，从电力公司手中接管核废料。十年过去了，能源部仅仅申请了一座核废料储存场的许可证，这个储存场位于内华达州的尤卡山。由于备受争议，它何时才会建成开放尚无定论：最乐观的估计是2017年，也有人认为此计划最后将胎死腹中。比较现实的解决策略是采用一种过渡方案，比如选择几个气候干燥、人口稀少的地方，将核废料长期存放在地面上的储桶中。美国许多核电站的核废料存放池临时储存容量已经到了极限，它们不得不把废料装入巨大的干储桶中。为了避免锈蚀，储桶需要充入惰性气体，摆放在混凝土底座上，周围再设置带刺的铁丝网——看上去就像戒备森严的监狱篮球场。

然而，核电拥护者坚称核反应堆是必然选择。Areva公司的行政总监安妮·洛韦容（Anne Lauvergeon）对于还有其他选择方案的说法嗤之以鼻。煤电站会封存它们排放的二氧化碳吗？“这绝非易事，”洛韦容指出，“你对于成本问题一无所知，而所需技术也是一片空白。”与此同时，全世界的电力需求还在剧增。洛韦容说，她的公司将在中国开展项目，并打算在波斯湾建造首批核反应堆。

而在美国，电力行业的许多专家认为，将要建造的反应堆也就区区几座，至少在投资者看到首批反应堆运行情况之前会是如此。但蠢蠢欲动的反应堆建造商感受到了巨大的变化，他们有机会重操旧业，对他们20多年前建造的核电站进行优化和标准化，得出最新设计方案。至于像迈克尔·华莱士这样的人，则希望趁工程师还记得怎样做的时候，赶紧行动起来。