俄罗斯控制的乌克兰扎波罗热核电站,出现了十分敏感的事件:核电站两座大型冷却塔中的一座,发生了严重的火灾。大视频中能看到冷却塔的底部有猛烈的火光,而浓烟正从塔上方冒出,火灾的规模很大。根据俄方消息,该冷却塔的内部已经完全烧毁。
扎波罗热核电站是乌克兰最大的核电站,也是欧洲最大的核电站之一,拥有6台百万千瓦核电机组。俄乌冲突爆发以后,扎波罗热核电站控制权易手,被俄军占领。自那之后,双方围绕这座核电站不断产生摩擦和矛盾,电站设施多次遭到攻击。而这一次的火灾,到底是谁造成的?由钢筋混凝土建造的冷却塔,又为什么会起大火呢?
按照俄方的说法,是乌军的无人机袭击了核电站的冷却塔,引发了大火,并且还称这是扎波罗热核电站的关键基础设施首次在攻击中受损。俄外交部发言人扎哈罗娃发文称:“在西方的怂恿下,基辅恐怖分子摧毁了他们的国家,伤害了乌克兰人民,破坏了世界能源和粮食安全,现在他们开始对欧洲大陆实施核恐怖主义。”
而乌方的说法却和俄方大相径庭,乌克兰总统泽连斯基在社交媒体上公开指责是俄方在冷却塔中纵火,才引起了火灾。他的原话是:
“我们注意到,俄罗斯占领者在扎波罗热核电站范围内纵火。现在核电站的辐射水平正常,但只要俄罗斯继续控制核电站,正常情况就不会发生。从扎波罗热核电站被占领的第一天起,俄罗斯就一直在利用它来勒索乌克兰、欧洲和全世界。”
而国际原子能机构IAEA在扎波罗热核电站也派有观察员,声称当天夜间听到多次爆炸声,并亲眼目睹核电站西北部冒出滚滚黑烟。IAEA专家对周边辐射水平进行了独立核实,确认辐射水平正常。IAEA总干事格罗西表示,该事件目前没有影响到核安全,但警告说:“这些鲁莽的攻击危及核电站的安全,并增加了发生核事故的风险。他们必须现在就停下来。”
可以看出,现在各方的说法不一,信息非常混乱,人们唯一能看到的只有冷却塔起火的惨状,并不清楚是谁发动了攻击。但笔者认为还是乌军发动攻击的可能性大。
试想现在核电站由俄方控制,并且大有在此长期占领的迹象。让俄方自己在核电站里纵火,给自己制造麻烦,这个逻辑真的很难讲通。大概率是前线的乌军不清楚核电站的敏感性,擅自发动了无人机攻击,这才惹出了大事。
关于冷却塔为什么会起火的问题,这里先稍微解答一下:起火的并不是冷却塔本身的混凝土建筑,而是里面的填料。冷却塔工作时需要用喷嘴将水分散到塔内的填料上去,形成水膜,冷却效果才好。这些填料恰恰是可燃的。
那么冷却塔起火对核电站会产生什么后果呢?扎波罗热核电站可不是一般的军事目标,这里有6座大型核反应堆,存在着大量核燃料,一旦发生不测,有可能产生像切尔诺贝利那样的核灾难,或者更严重。那么这次的冷却塔火灾,会不会像人们担心的那样造成核泄漏呢?
这个问题涉及到扎波罗热核电站的核反应堆类型,以及系统组成,还是比较专业的。该核电站采用的是苏联研制的VVER-1000型压水堆,与切尔诺贝利核电站的RBMK型石墨水冷堆完全不一样。这种压水堆基本上与西方第二代压水堆类似,带有安全壳,安全水平比较高,不太容易出现切尔诺贝利那样的灾难。
不过,由于是上世纪七八十年代建造的压水堆,扎波罗热核电站的安全性与现在的三代核电相比还有欠缺,尤其是没太考虑非能动安全设计,还是存在一定风险的。而俄乌冲突又骤然增大了这种风险,如果控制不好,确实不能排除核事故的可能性。
大家可能都了解过核能发电的原理,与火电厂其实差别不大,只是把火电厂里烧开水的锅炉替换成了能够持续发热的核反应堆堆芯。核燃料在堆芯中源源不断的发生热量,将一回路的冷却水加热到300℃以上。如果平时我们在家里烧水,这样的温度下水早就沸腾了,因此反应堆内需要加上很高的压力,有150多个大气压,如同高压锅一般,可以让水保持在液态。
这些一回路水在主泵的驱动下流经反应堆堆芯,被加热后进入蒸汽发生器,将热量传递给二回路的水,再循环回到堆芯。二回路的水在蒸汽发生器内被加热产生蒸汽,通过主蒸汽管道送到常规岛,推动汽轮发电机组发电。做完功的乏汽会在凝汽器中被三回路的水冷却,重新凝结成水,再被重新输送到蒸汽发生器中。
那么这次发生大火的冷却塔,在这个过程中起了什么作用呢?其实它并不是一回路和二回路中的设备,而是在三回路中。核电厂的发电效率较低,只有32%左右,大量的剩余热量需要由三回路带走,释放到“最终热阱”中。
对于我国的滨海核电站来说,这个最终热阱就是大海,三回路的水就是从大海里抽取的海水,在凝汽器中吸收乏汽的热量,温度升高,然后又会流回大海。由于大海的热容量几乎是无限的,因此沿海核电站不需要建设大型冷却塔。
但扎波罗热核电站的情况就不一样了。它是内陆核电站,没有大海作为热阱,但利用旁边卡霍夫卡水库中的淡水来直接排热,热容量又不太够。因此内陆核电站往往会建设大型的自然通风冷却塔。吸收了二回路热量的三回路水会被送到塔顶的水箱,然后分散到塔内的填料中,形成水膜。
在这种大型冷却塔中,会形成自然的空气流动。空气会从塔底进入,与水发生热交换,被加热后再从塔顶出去。而塔内的水就会被冷却降温,变成温度较低的冷水,再被送回凝汽器。这样,内陆核电厂相当于把剩余的热量传递给了大气,地球的大气层就是它的最终热阱。
那么问题来了:现在冷却塔被烧了,不能继续冷却了,对核电站会造成什么影响呢?首先需要了解的是,扎波罗热核电站由于不断遭受攻击,现在6台反应堆已经没有一台在正常运行,全部进入了“冷停堆”状态。所谓冷停堆,是指核裂变的链式反应中止,一回路水的温度已经下降到了较低温度,压力也降到了常压状态,当然也就不能再发电了。
在这种状态下,汽轮发电机停止运行,也就不需要三回路来冷却。因此这两座冷却塔实际上处于“待业”状态,被烧了虽然损失很大,但不会直接影响到已经冷停堆的核反应堆,所以暂时不会因为这件事而酿成严重的核事故。但这是不是意味着扎波罗热核电站就彻底安全了呢?
并没有!因为停堆之后的核燃料并没有停止发热,而是还在不断产生衰变热,功率虽然不高,但仍需要持续冷却。否则一回路水就会沸腾,甚至被蒸干,导致核燃料熔化。一旦发生那样的事,被封闭在核燃料棒内部的高放射性气体就会大规模释放,虽然VVER-1000有安全壳,情况会比切尔诺贝利好一些,但一些放射性物质仍然有可能泄漏出来,造成核事故。
因此,处于冷停堆状态的核反应堆也是要冷却的,这种冷却靠的是余热排出系统,通过泵和热交换器将衰变热层层传递到重要厂用水系统,这个重要厂用水系统也需要利用海水或大气作为最终热阱,但排热功率没有正常运行时那么高。另外从反应堆中卸出的乏燃料同样需要冷却,冷源也是这个重要厂用水系统。
我国在江苏连云港的田湾核电站,堆型也是俄罗斯的VVER-1000,与扎波罗热核电站是一样的。田湾由于在海边,重要厂用水系统用的是海水来冷却。但扎波罗热核电站没有这样的条件,它的重要厂用水系统需要从淡水水库中取水,因为苏联在核电站旁边建设了一个巨大的冷却水池,由旁边的卡霍夫卡水库中供水。核反应堆冷却衰变热需要的水就从这个冷却水池中抽取。
但现在有一个比较严重的情况,那就是卡霍夫卡水库大坝在2023年6月被炸毁了,水库里的水基本跑光,对扎波罗热核电站冷却水池的供水造成了严重的影响,要保持水位很不容易。特别是今年夏季,水位更是出现了持续下降,国际原子能机构对此已经提出了多次警告。如果这种情况无法扭转,扎波罗热核电站的反应堆无法获得必要的冷却水的话,核事故就迫在眉睫了。
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