作者
亚当港口

摘要

由2011年3月11日的日本大地震和随后的海啸引发的福岛第一核电站(Fukushima Daiichi)核灾难，引发了很多关于核电行业未来的争论。日本已经关闭了所有54座核反应堆，并通过化石燃料工厂增加电力产量来弥补这一差距(Foster 2012)。本文分析了日本关闭核反应堆的决定，并调查了这一决定的环境、经济和健康成本。在生命周期成本、土地使用、CO方面，核能与其他形式的电力进行了比较₂排放，以及各自标准化尺度上的死亡。本文通过分析日本使用其他形式的电力取代核电的影响，对先前的研究进行了扩展。得出的结论是，用任何一种被研究过的能源取代日本的核电都会增加成本、土地使用和CO₂排放和死亡。

简介

2011年3月11日，日本本州州北部发生里氏9.0级的大地震，是有记录以来日本发生的最大地震(《美国地质调查局更新2011年日本东北地震震级至9.0级》2011)。它还与1952年的堪察加地震并列，成为有记录以来世界第四大地震(“1900年以来世界最大地震”2010年)。这次大地震的震中位于海底30公里(18.6英里)以下，距离日本福岛第一核电站177公里(109英里)(“9.0级-日本本州东海岸附近”2011年)。核电站有6个反应堆，其中一个之前已经脱了燃料，另外两个正在冷停堆进行计划维护，这意味着它们没有发电(Black 2011)。地震发生时，其他三个反应堆自动关闭，应急发电机启动，为冷却反应堆的水泵提供动力。

一小时后，一场50英尺高的海啸袭击，冲毁了保护福岛第一核电站的18.7英尺高的海啸墙，使应急发电机和水泵瘫痪(Mitchel 2012)。反应堆堆芯温度开始上升，最终三座反应堆建筑遭到破坏。水被注入反应堆，试图保持燃料棒的冷却，但这一尝试不成功，三个反应堆发生了熔毁(Wheeler 2011)。在这个过程中，辐射从反应堆建筑的裂缝中释放到大气和海洋中。此次危机在国际核危机级别中被评为7级，与1986年俄罗斯切尔诺贝利核灾难的级别相同(Wheeler 2011)。

在灾难发生后的几天、几周、几个月里，世界各国竞相测量辐射释放，并调查这场灾难对本国的可能影响。在日本，在饮用水中发现辐射后，人们被建议不要给婴儿饮用自来水(Wheeler 2011)。在美国西部的许多州，包括阿拉斯加、亚利桑那州和加利福尼亚州，大气辐射水平显示出福岛第一核电站辐射沉降物的证据(Wheeler 2011)。因此，日本宣布将放弃到2050年新建14座核反应堆的计划(Wheeler 2011)。印度宣布不接受从日本进口的任何食品(Wheeler 2011)。3月15日，德国宣布将关闭17个核反应堆中的7个，以应对福岛灾难(Wheeler 2011)。

2012年5月5日，日本关闭了50座核电站中的最后一座(福斯特，2012)。日本人和世界各地的环保人士庆祝日本从40年的核历史中解放出来(福斯特2012年)。然而，日本核电站的损失需要新的能源。日本通过鼓励公民采用更高效的能源实践节省了一些能源，总电力消耗减少了约15% (Foster 2012)。为了弥补日本剩余的电力需求，日本增加了石油和煤炭发电的产量，日本环境省估计，这将导致2012财年的温室气体排放总量比1990财年增加15%(“国家分析简报:日本”2012)。在福岛之前，日本在减少温室气体排放方面一直处于世界领先地位，在2010财年地震之前，日本的温室气体排放量接近1990年的水平(福斯特，2012年)。

日本关闭核反应堆将会在经济、环境和健康方面付出怎样的代价?没有核电，日本会更安全吗?本文将试图回答这些问题，通过比较核能，煤和石油在以下方面:成本，CO₂排放、土地使用和死亡。

方法

为了获取本文的数据，我们进行了文献综述。以前的研究成本，CO₂使用与各种电源相关的排放、土地使用和死亡来提供数据和参数估计。该研究用于成本，CO₂澳大利亚麦考瑞大学的埃文斯(Evans)在2010年进行了排放和土地使用的研究。之所以选择这项研究，是因为它分析并平均了其他几项研究，这些研究在不同世代类型的生命中考察了这三个领域。Wang的一项研究用于生命周期死亡(2008年)。Wang的研究汇总了来自世界卫生组织、职业安全与健康管理局和欧洲外部局等各种来源的数据。在所有使用的研究中，都考虑了整个生产时间线，包括材料的获取、施工、运行、事故、污染和退役。所有这些因素都被考虑在内，各种生产方法的结果都被归一化为每千瓦时(kWh)或每太瓦时(TWh)的基础。这些数据随后被应用于记录在案的福岛核泄漏前的日本核电生产，以确定用各种发电类型取代核电的影响。分析了日本使用其他形式的电力取代核电的效果。

数据源

一个。日本的电力使用
美国能源情报署是日本电力使用数据[9]的来源。该研究指出，在福岛核事故发生之前的2010年，日本总共产生了1太瓦时的电力。其中，27%(或270千兆瓦时)来自核能，63%(或630千兆瓦时)来自传统热能燃料(煤和石油)。整个2011年和2012年初，日本关闭了所有50个剩余的核反应堆，最后一个反应堆于2012年5月5日关闭(Foster 2012)。2012年第一季度，日本通过石油和煤炭发电186千兆瓦时(“国家分析简报:日本”2012)。由于在第一季度，一些核电仍在生产，因此可以肯定地说，在整个2012年，日本的石油和煤炭发电量将至少是第一季度的四倍。这将总计744吉瓦时，或比福岛事故前的石油和煤炭发电量增加114吉瓦时。在这项研究中，日本在福岛核泄漏之前的270吉瓦时的核电产量将被用于确定各种生产来源之间的成本、排放、土地使用和死亡的差异。

B。各种能源的生命周期成本
澳大利亚麦考瑞大学(Macquarie University)在2010年的一项研究中汇编了各种能源的生命周期成本数据。这项研究收集了全球各种电力生产来源的数据。图1显示了各种技术整个生命周期的平均成本。

核能是最便宜的发电方式，为4300万美元/太瓦时。石油和煤炭的平均成本分别为4800万美元/太瓦时。水电和风能分别为5100万美元/太瓦时和6600万美元/太瓦时。太阳能的成本是核能的5倍多，为2.4亿美元/太瓦时。括号中是其他能源的成本高于核能。

C。生命周期CO₂各种能源的排放
生命周期CO数据₂排放也从麦考瑞大学的研究中收集(Evans 2010)。该研究指出，虽然人们一直在推动可再生能源技术以减少温室气体排放，但这些形式的能源并不完全是碳中性的。它指出，“虽然风力涡轮机和光伏电池不排放CO₂运行过程中，有CO₂与每个系统的建造、安装和处置/回收相关的排放。水电大坝在运行过程中会产生温室气体排放，这是大坝内部有机物质腐烂的结果。”大坝的大部分衰变导致甲烷的形成。

图2显示了二氧化碳当量(CO .)的生命周期平均公吨(mT)₂e)每太瓦时。核能的温室气体排放量最低，为1.6万吨二氧化碳当量₂e / TWh。其次是风能和太阳能，产量为2.5万吨/年₂e/TWh，水力为41,000 mTCO₂e / TWh。石油和煤炭是最大的排放源，为54.3万吨二氧化碳当量₂e/TWh和1,004,000 mTCO₂e/TWh，或者34和62乘以CO₂分别作为核排放。在括号中，其他能源的排放量超过了核能。

D。各种能源的生命周期土地利用
此外，生命周期土地使用的数据来自麦考瑞大学的研究(Evans 2010)。测量了每种技术所需的直接和间接占地面积。这项研究有局限性，因为它没有考虑到“土地是如何使用的，使用了多长时间，以及技术[10]对景观造成了多大的破坏。”麦格理的研究引用了两项独立的研究，Fthenakis and Kim(2007)和Bertani(2005)。两项研究都显示了相似的结果，除了Bertani的研究没有对天然气进行数值计算。因此，本文使用了Fthenakis和Kim研究的数据，如图3所示。

核能的土地利用率最低，为0.05公里²/TWh，其次是太阳能，石油，煤炭和风能，0.3 km²/太瓦时，0.3公里²/太瓦时，0.4公里²/TWh和1.5公里²/ TWh分别。水电使用的土地最多，有4公里²/太瓦时，这是核能所需土地使用量的80倍。Bertani研究中的数据也得出了类似的结果，并表明核能分别比水力、风能、太阳能和煤炭少使用304、144、90和8倍的土地(2005年)。

E。各种能源的生命周期死亡
布莱恩·王(Brian Wang)在2008年6月的一项研究中收集了与各种能源相关的生命周期死亡数据，并在2012年6月福岛灾难后进行了更新。这项研究汇集了来自欧洲研究机构ExternE、世界卫生组织和其他几项流行病学研究的统计数据。它考虑了材料开采、施工、操作、事故和污染造成的死亡(如世界卫生组织公布的“黑肺”和煤炭空气污染造成的死亡率)。这项研究没有考虑到全球变暖导致的干旱等因素。福布斯也在2012年6月10日发表了一项类似的研究，但数据略有不同(Conca 2012)。

图4显示了研究结果，其中核造成0.04死亡/太瓦时(0.09福布斯研究中的死亡/TWh)。风能、太阳能和水力分别造成0.15人死亡/太瓦时、0.44人死亡/太瓦时和1.4人死亡/太瓦时。石油导致36人死亡/太瓦时，煤炭导致161人死亡/太瓦时(福布斯研究中为170人死亡/太瓦时)。石油和煤炭的杀伤力分别是核能的900倍和4025倍。

结果与讨论

计算结果使用了上述数据以及日本在福岛核电站关闭后石油和煤炭发电产量的增加。结果表明，该方法的成本为CO₂如果日本继续使用核能，与转向其他形式的电力相比，排放、土地使用和死亡将会增加。

一个。预计后福岛各种能源的成本
根据2010年福岛核事故前270吉瓦时的核电产量，维持核电将在10年内花费4.3亿美元。日本用水电、风能和太阳能取代所有核能生产的成本将分别为5.1亿美元、6.6亿美元和24亿美元。这意味着每年分别增加8000万美元、1.3亿美元和19.7亿美元的水电、风能和太阳能转换成本。日本目前转向石油和煤炭混合能源的道路，在未来十年将比核能多花费500亿美元。

B。预计福岛CO₂各种能源的排放
日本关闭所有核反应堆的决定也带来了环境代价。在接下来的10年里，日本将生产1.6亿千克二氧化碳₂e.如果他们将所有的生产转移到风能、太阳能或水力发电，每年的排放量将达到2.5亿千克二氧化碳当量₂e, 2.5亿kgCO₂e, 4.1亿kgCO₂e分别。这是CO的增加₂日本核电站排放的二氧化碳是美国的1.56倍₂如果日本使用风能或太阳能取代核能，则二氧化碳排放量将增加2.56倍₂E排放与水力。从核能转向石油和煤炭，日本将排放54.3亿千克二氧化碳当量₂e和100.4亿kgCO₂E在接下来的十年。这意味着二氧化碳增加了33到62倍₂如果核反应堆继续关闭，未来十年的E排放将会增加。

C。预计后福岛土地将被各种能源利用
日本的无核战略也将使用更多的土地。用核能发电的270千兆瓦时需要0.135公里²未来10年的土地。而改用太阳能、风能或水力发电则需要0.081公里²， 4.05公里²， 10.8公里²在接下来的十年里。如果改用石油和煤炭，日本将消耗0.081公里²1.08公里²每年土地使用量增加6到8倍。

D。预计福岛事故后各种能源造成的死亡人数
也许最重要的代价将是人类生命的代价。在未来10年里，日本运行核反应堆将导致0.243人死亡，或者说大约每41年就有1人死亡。风能、太阳能和水电每年分别造成0.405人、1.188人和3.78人死亡，或每24.5年、8年或2.5年造成一人死亡。日本决定用石油和煤炭取代核能，每年将造成97.2至459人死亡，或每8至37.5天就有一人死亡。

限制

本文有几个局限性。本文没有回顾在确定核电政策时必须考虑的几个因素。其中包括水的使用、核废料的处理、福岛灾难对周边陆地和海洋生态环境的影响、核扩散、能源产业补贴、核扩散、社会影响以及非致命的人类健康。另一个限制是，关于核电的成本、环境影响和健康影响的研究有多种相互矛盾的研究。这篇论文小心翼翼地试图找到不偏向于核能的来源。麦格理研究用于计算成本，CO₂排放，土地使用是一项总体上不支持核能的研究，因为水的使用和公众舆论。未来的研究将包括分析这些其他因素，并进一步检查Macquarie和Wang研究的方法。

结论

2011年3月11日的东北地震和随之而来的海啸，以及随之而来的福岛第一核电站熔毁，是一场悲剧。从这场悲剧中我们将吸取教训，世界各地的核电站将得到安全改进。就福岛核灾难辐射暴露者的健康风险进行了两项全面、独立的研究。联合国原子辐射影响科学委员会和世界卫生组织都对这场灾难对健康的影响进行了研究。两项研究都发现，尽管该工厂167名工人接受的剂量足以轻微增加他们患癌症的长期风险，但这种增加非常低，甚至不会在统计上显示出来(Brumfiel 2012)。很明显，与造成近2万人死亡的日本大地震和海啸的非核影响相比，核电不应该为大部分破坏负责(Devine 2012)。数据显示，基于恐惧的仓促反应实际上可能会导致更多的成本，浪费更多的土地，污染更多的空气，杀死更多的人，而不是一个改善日本完善的核基础设施的仔细计划。

确认

我要感谢罗纳德·e·麦克奈尔后学士学位成就计划对这个项目的资助和指导，并给我机会在18岁的时候展示这个研究^th亚特兰大年度SAEOPP McNair/SSS学者研究会议。此外，如果没有我的导师凯文·埃利奥特博士、我的麦克奈尔项目协调员梅丽莎·库普弗女士以及其他麦克奈尔项目的教职人员的不懈指导和反馈，我不可能完成这个项目，他们在整个研究和写作过程中都给了我宝贵的反馈。我还要感谢我的麦克奈尔计划参与者，他们在整个过程中与我一起度过漫漫长夜和鬼鬼祟祟的截止日期。麦克奈尔项目让我从一名普通的本科生变成了一名发表论文的研究人员。感谢你们创造的奇迹。

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作者简介

亚当港口

我是南卡罗来纳艾肯大学荣誉化学专业的大三学生。bob官方体育登陆我在2012年夏天参加罗纳德·e·麦克奈尔学士学位后成就项目时完成了这篇论文。由于我参与了这个项目，我被授予罗纳德·e·麦克奈尔杰出学者奖。我在亚特兰大举行的第18届年度SAEOPP McNair/SSS学者研究会议上提出了这个研究项目，在那里我获得了社会科学类别的第二名。我是这篇论文的唯一作者，我在Kevin Elliott博士的指导下设计了这个项目。这个项目让我在整个研究过程中获得了宝贵的经验，从设计项目到文献回顾，再到在会议上展示研究成果。这让我对研究生学习有了很好的了解。在未来，我计划在生物化学领域读研。这份报告将有助于向我申请的学校表明，我对研究是认真的，并且我了解研究过程。

参考文献

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