探討核電清潔能源在供暖行業(yè)中的應(yīng)用

張濤 冷濤濤 郭永偉

摘要：核電能源是新時(shí)期的重要清潔能源。采用清潔且高效的核能進(jìn)行供暖，能夠有效提高供暖質(zhì)量與供暖穩(wěn)定性，并降低傳統(tǒng)供暖方式所帶來(lái)的環(huán)境污染。隨著人們生活水平的提高，各大城市的供暖需求將會(huì)逐漸增長(zhǎng)，為了滿足日益增長(zhǎng)的供暖需求，核能供暖將會(huì)成為不可忽視的重要供暖模式。本文對(duì)核電清潔能源進(jìn)行分析，并結(jié)合實(shí)際對(duì)核能供暖行業(yè)中的應(yīng)用提出個(gè)人看法，希望為關(guān)注核能、供暖行業(yè)發(fā)展的人群提供參考。

關(guān)鍵詞：核電清潔能源? 核能發(fā)展現(xiàn)狀? 核能供暖? 核能供暖優(yōu)勢(shì)

The Application of Nuclear Clean Energy in Heating Industry is Discussed

ZHANG Tao? ?LENG ?Taotao? ?GUO ?Yongwei

（Jiangsu Nuclear Power Co.， Ltd.， Lianyungang， Jiangsu Province， 222000 China）

Abstract： Nuclear power energy is an important clean energy source in the new era. The use of clean and efficient nuclear energy for heating， can effectively improve the heating quality and heating stability， and reduce the environmental pollution brought about by the traditional heating methods. As people's living standards improve， the heating demand of the major cities will gradually increase， in order to meet the growing heating demand， nuclear heating will become an important heating model that cannot be ignored. This paper analyzes the clean energy of nuclear power， and puts forward my personal views on the application of nuclear energy heating industry combined with the reality， hoping to provide a reference for the people who focus on the development of nuclear energy and heating industry.

Key Words： Nuclear power and clean energy; Nuclear energy development status quo; Nuclear energy heating; Advantages of nuclear heating

我國(guó)的傳統(tǒng)供暖模式的能源一直以煤炭為主，在“碳中和·碳達(dá)峰”的新發(fā)展理念下，這種供暖能源結(jié)構(gòu)必將因環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性等因素而逐漸被時(shí)代所淘汰。而作為電清潔能源的核能，在大力發(fā)展過(guò)程中勢(shì)必會(huì)逐漸取代傳統(tǒng)能源在供暖行業(yè)中的地位。在山東海陽(yáng)、浙江海鹽等核能供暖項(xiàng)目中已展現(xiàn)出核能供熱的巨大優(yōu)勢(shì)：既保證了供暖質(zhì)量，又大大提高了環(huán)保性。因此，有必要對(duì)核能在供暖行業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行研究，以此來(lái)讓核能發(fā)揮出真正的價(jià)值。

1核電清潔能源的發(fā)展現(xiàn)狀

在日益重視生態(tài)文明建設(shè)以及對(duì)國(guó)際社會(huì)做出了“雙碳”目標(biāo)承諾的今天，我國(guó)政府大力支持各種新能源、清潔能源的研發(fā)，核能便是其中不可忽視的清潔能源。自進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)核能的發(fā)展速度與日俱增，國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)了核電中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃更是為核能今后的長(zhǎng)期發(fā)展奠定了優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)的基調(diào)。截至2021年，我國(guó)的核能裝機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到了5360萬(wàn)千瓦，在政府推行的科技發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃綱領(lǐng)中，更是明確了核電的重要地位^[1]。

核能開(kāi)發(fā)利用在我國(guó)已經(jīng)逐漸完善，發(fā)展核能是滿足我國(guó)國(guó)情的必然選擇。從長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展角度出發(fā)，核電清潔能源的優(yōu)勢(shì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于傳統(tǒng)能源，因此為了緩解傳統(tǒng)能源壓力并降低溫室氣體的產(chǎn)出，就必須利用核能來(lái)改變現(xiàn)有的能源發(fā)展結(jié)構(gòu)。諸如風(fēng)電能源、太陽(yáng)能等一系列能源都會(huì)在氣候條件、地理位置的影響下而受限，水電資源則因開(kāi)發(fā)飽和而無(wú)法保證開(kāi)發(fā)潛力，所以核能的發(fā)展?jié)摿υ诟鞣N能源中無(wú)疑會(huì)更高。因此，從我國(guó)當(dāng)前的能源結(jié)構(gòu)出發(fā)，核能將會(huì)成為得到更多重視的清潔能源^[2]。

2核電清潔能源在供暖領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)分析

隨著生活水平的提高，不僅北方地區(qū)供暖需求增長(zhǎng)很快，南方地區(qū)也產(chǎn)生了一定的供暖需求。數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)冬季供暖面積以年均約10%的速度增長(zhǎng)。然而，2021年冬煤炭?jī)r(jià)格大幅上漲、供需緊張的局面警示人們，僅靠傳統(tǒng)能源無(wú)法滿足快速增長(zhǎng)的需求，必須大力發(fā)展包括核能在內(nèi)的清潔能源供暖^[3]。

2.1清潔、高效

核能與化石能源不同，在生產(chǎn)電力時(shí)核能并不會(huì)造成污染物排放，核電站運(yùn)行期間只會(huì)生成少量的放射性廢料和廢液，廢料可以通過(guò)嬗變技術(shù)實(shí)現(xiàn)再利用，廢液則可以通過(guò)玻璃固化技術(shù)將其封閉，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成過(guò)于嚴(yán)重的影響。相較于傳統(tǒng)的火力發(fā)電，核電清潔能源具有非常大的優(yōu)勢(shì)：核電廠在運(yùn)行中不會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化硫、氮氧化物等有害物質(zhì)，更不會(huì)產(chǎn)生粉塵、煤渣等造成環(huán)境污染。據(jù)統(tǒng)計(jì)，核電廠在運(yùn)行中生成的廢料約等于同等規(guī)模火電廠的0.5%～4%。對(duì)于核能而言，除了具有清潔性以外，還具有高效特征：1kg的U235在裂變之后能夠釋放出的能量約等于2700t的標(biāo)準(zhǔn)煤炭，一座大規(guī)模核電站每年只需加入25t左右的核燃料就能夠滿足能源需求，使得核能在使用期間不需要額外考慮運(yùn)輸難題^[4]。

2.2安全、穩(wěn)定

世界各國(guó)在面對(duì)核能時(shí)，都會(huì)選擇將安全作為考慮的核心要素，因?yàn)楹诵孤﹩?wèn)題的發(fā)生將會(huì)帶來(lái)極為嚴(yán)重的影響，甚至?xí)縿?dòng)全世界的神經(jīng)。三代、四代核電技術(shù)的成熟讓核電能源的安全性得到大幅提高，在核電站建設(shè)、維護(hù)中，必須嚴(yán)格制定相關(guān)程序與標(biāo)準(zhǔn)，并且提前針對(duì)有可能出現(xiàn)的各種情況、事故進(jìn)行分析，并提供合理的應(yīng)對(duì)方式^[5]。為了保證核電站的安全運(yùn)行，在設(shè)計(jì)上會(huì)考慮縱深防御，即提前制定多層防御體系來(lái)防止安全事故問(wèn)題的發(fā)生，開(kāi)展的各項(xiàng)保護(hù)設(shè)施能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各種風(fēng)險(xiǎn)的控制。20世紀(jì)兩次較大的核事故后，核行業(yè)已經(jīng)建立了WANO和INPO兩大協(xié)會(huì)，制定國(guó)際上通用的性能指標(biāo)，進(jìn)行統(tǒng)一管理和協(xié)調(diào)，加強(qiáng)核電技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)和事故情報(bào)的交流，從而不斷提高世界核電站的安全可靠性。從制度、認(rèn)知上已形成了核安全必須得到保證的核安全文化。對(duì)于核電站而言，縱深防御為核電廠安全的硬實(shí)力，核安全文化則是核電廠安全的軟實(shí)力，兩者共同保證了核電廠的安全。

2.3經(jīng)濟(jì)性高

衡量核電經(jīng)濟(jì)性的主要指標(biāo)有兩個(gè)：比投資和發(fā)電成本。比投資是指核電站單位裝機(jī)容量的投資，包括土建費(fèi)、設(shè)備采購(gòu)費(fèi)和安裝費(fèi)等;發(fā)電成本則包括燃料成本、運(yùn)維成本等。核電的成本高，主要體現(xiàn)在建造成本（也就是比投資）上。核電的初期投資大，其前期的建造成本大約占到全部成本的50%～70%。目前，國(guó)內(nèi)已建成投產(chǎn)的二代改進(jìn)型技術(shù)機(jī)組，單位造價(jià)一般在12 000～14 000元/kW，與風(fēng)電、太陽(yáng)能的比投資相當(dāng)，是火電的3倍。不過(guò)，在發(fā)電成本上，由于核原料體積小、能量大，加上鈾價(jià)比較低，核電的燃料及燃料運(yùn)輸成本相較于煤電、氣電要低，且由于不受自然條件限制，核電的年有效運(yùn)行小時(shí)數(shù)遠(yuǎn)高于風(fēng)電、光伏等。這些因素使得核電的發(fā)電成本比較低，僅高于大型水電，其作為清潔能源具有較高的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)。相比煤炭、石油等一系列傳統(tǒng)能源，在供暖行業(yè)的未來(lái)發(fā)展中，核能供暖具有非常高的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

3核電清潔能源在供暖領(lǐng)域的應(yīng)用

3.1核能供暖簡(jiǎn)述

核能供熱目前可實(shí)現(xiàn)的方式主要有兩種：一種是在城市中或近郊建低參數(shù)的低溫核供熱堆，設(shè)計(jì)上類似深水池，也稱泳池堆;另一種是基于現(xiàn)有的大型核電廠，利用核電站的抽汽/余熱向熱網(wǎng)供熱。

低溫核供熱堆在設(shè)計(jì)上無(wú)壓力殼和安全殼等承壓的復(fù)雜設(shè)備，可節(jié)省土建投資;低溫常壓運(yùn)行，簡(jiǎn)化了工藝系統(tǒng)和安全設(shè)施，降低了設(shè)備技術(shù)要求和投資。目前設(shè)計(jì)成型的燕龍堆就是此種類型，其設(shè)計(jì)時(shí)參考的原型泳池式堆在國(guó)內(nèi)已有幾十年的設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。但因我國(guó)幅員遼闊，南北跨度較大，秦嶺-淮河線以南無(wú)需集中供暖或供暖季較短，從經(jīng)濟(jì)性考慮，此堆型在緯度較高供暖季長(zhǎng)的北方城市應(yīng)用更具有前景，故其設(shè)計(jì)參數(shù)限制了使用地區(qū)。夏季不需供暖時(shí)停運(yùn)無(wú)疑是一種資源的浪費(fèi)，為實(shí)現(xiàn)資源最大利用率，仍需開(kāi)發(fā)其應(yīng)用范圍。

核電廠供暖則是利用汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電時(shí)產(chǎn)生的蒸汽余熱。從核電廠發(fā)電機(jī)組抽取部分發(fā)電過(guò)程中參數(shù)降低后的蒸汽作為熱源，通過(guò)廠內(nèi)換熱器，轉(zhuǎn)換成高溫水，隨后經(jīng)管網(wǎng)進(jìn)行多級(jí)換熱后，最終抵達(dá)城市各用戶終端。此過(guò)程中不會(huì)影響發(fā)電機(jī)正常發(fā)電，與傳統(tǒng)熱電廠一樣可以實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，有效提升了核電廠的熱利用率，可以取代傳統(tǒng)燃煤鍋爐作為城市供暖時(shí)的核心熱源^[6]。

3.2工程概況

某市推行核電廠供暖項(xiàng)目，首期70萬(wàn)㎡核能供熱項(xiàng)目運(yùn)行穩(wěn)定，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了核能供熱全覆蓋，供熱面積達(dá)450萬(wàn)㎡，成為全國(guó)首個(gè)“零碳”供暖城市。核能供熱項(xiàng)目投運(yùn)后，當(dāng)?shù)赜脩羧∨M(fèi)用每平方米減少1元錢(qián)，核電機(jī)組取代了12臺(tái)燃煤鍋爐，每個(gè)供暖季可節(jié)約原煤10萬(wàn)t、減排二氧化碳18萬(wàn)t，對(duì)環(huán)境有明顯改善作用，核電廠的熱效率從36.69%提高到了39.94%。在自然環(huán)境等條件相似的情況下，核能供熱模式可復(fù)制可推廣。

3.3核電清潔能源的供暖方案

核能供暖是從核電廠發(fā)電機(jī)組抽取部分發(fā)電過(guò)程中參數(shù)降低后的蒸汽作為熱源，通過(guò)廠內(nèi)換熱器，轉(zhuǎn)換成高溫水傳遞給熱力公司，再經(jīng)過(guò)供熱管網(wǎng)送至終端用戶的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程是由5個(gè)回路完成的，首先一回路核反應(yīng)產(chǎn)生的熱量通過(guò)蒸汽發(fā)生器將二回路的水加熱產(chǎn)生高溫高壓蒸汽，通過(guò)抽取部分蒸汽加熱核電廠內(nèi)換熱站的水，加熱后的水經(jīng)過(guò)三回路管網(wǎng)，傳送至換熱站，繼續(xù)依次加熱四、五回路供熱網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的水，從而實(shí)現(xiàn)將核電廠產(chǎn)生的熱量，送入千家萬(wàn)戶家中進(jìn)行供暖^[7]。

3.4核能供暖安全分析

核能供暖，用戶與核電機(jī)組之間采取多重屏障隔離，換熱過(guò)程中由多個(gè)換熱回路完成，整個(gè)過(guò)程中只有熱量交換，沒(méi)有介質(zhì)的交換。采暖用戶接觸到的是通過(guò)層層隔離過(guò)的充分安全的水，核電廠在設(shè)計(jì)上其二回路不帶有放射性，是安全的，而在供暖項(xiàng)目中又通過(guò)三回路壓力高于二回路的壓差設(shè)計(jì)可有效保證三回路的安全，而且在各回路上增加輻射監(jiān)測(cè)裝置等措施，實(shí)現(xiàn)多重屏障防御。目前，全世界400余臺(tái)在運(yùn)核反應(yīng)堆中有超過(guò)1/10的機(jī)組已實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)供，且已累計(jì)安全運(yùn)行約1000堆/年，核能供暖技術(shù)路線成熟，在世界范圍內(nèi)已得到廣泛應(yīng)用。

4結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)核能供暖現(xiàn)狀與前景的分析，可以發(fā)現(xiàn)核能供暖具有非常大的優(yōu)勢(shì)，核能供暖可以在保證安全的同時(shí)迎合生態(tài)環(huán)保的發(fā)展理念;能夠?yàn)榫用駧?lái)更加潔凈的環(huán)境，也為“雙碳”目標(biāo)做出了貢獻(xiàn)，發(fā)展更可持續(xù)。核能供暖可改善傳統(tǒng)能源供暖帶來(lái)的一些問(wèn)題，將作為構(gòu)建清潔高效、多元供暖體系的一種全新選擇。

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