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【文/科工力量專(zhuān)欄作者 鐵流】

2021年12月，我國(guó)南方地區(qū)首個(gè)核能供熱項(xiàng)目——浙江海鹽核能供熱示范工程（一期）在浙江海鹽正式投運(yùn)，供暖面積達(dá)46萬(wàn)平方米，惠及近4000戶(hù)居民。到“十四五”末項(xiàng)目全部建成，能夠滿(mǎn)足海鹽約400萬(wàn)平方米供暖需求。

據(jù)測(cè)算，相對(duì)于南方地區(qū)的電取暖方式，該項(xiàng)目全部建成投運(yùn)后，每年可節(jié)約電能消耗1.96億度，為我國(guó)南方大規(guī)模集中供熱項(xiàng)目建設(shè)發(fā)揮了良好的示范作用。

核電廠余熱利用綠色環(huán)保

核電站發(fā)電過(guò)程中會(huì)釋放巨大的能量，一部分能量會(huì)轉(zhuǎn)化成電能，另一部分能量會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉。核能供熱就是把這些原本耗散逃逸掉的熱能利用起來(lái)，從核電機(jī)組二回路抽取蒸汽作為熱源，通過(guò)廠內(nèi)換熱首站、廠外供熱企業(yè)換熱站進(jìn)行多級(jí)換熱，再經(jīng)市政供熱管網(wǎng)將熱量傳遞至千家萬(wàn)戶(hù)。

核能供熱并非多么革新的技術(shù)，其很多技術(shù)原理核煤電廠供熱是類(lèi)似的，都是充分利用電廠余熱供熱方、采熱方之間只有熱量交換，不存在其他任何介質(zhì)傳輸，這就避免了水或其他媒介接觸到核物質(zhì)，受放射性污染。具體來(lái)說(shuō)，核電廠會(huì)在含放射性的一回路和熱網(wǎng)之間設(shè)置隔離回路，隔離回路會(huì)把熱能傳給熱網(wǎng)蒸汽回路，同時(shí)保證放射性也不會(huì)進(jìn)入熱網(wǎng)。熱網(wǎng)蒸汽回路則將熱能傳遞給千家萬(wàn)戶(hù)。

為保障安全，核電站與供熱用戶(hù)間有多道回路進(jìn)行隔離，每個(gè)回路間不存在媒介交換，只傳遞熱能。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，從國(guó)內(nèi)外核能供熱實(shí)踐看，核能供熱是相對(duì)安全可靠的方案。

核能供熱最大的優(yōu)點(diǎn)就是綠色環(huán)保，不需要額外制造碳排量，不需要消耗化石燃料，只是對(duì)核電廠的余熱進(jìn)行利用。據(jù)測(cè)算，相對(duì)于南方地區(qū)的電取暖方式，浙江海鹽核能供熱示范工程全部建成投運(yùn)后，每年可節(jié)約電能消耗1.96億度。相對(duì)于燃煤火電機(jī)組，每年可減少燃用標(biāo)煤約2.46萬(wàn)噸。相應(yīng)地每年減排二氧化硫1817噸、氮氧化物908噸、二氧化碳5.9萬(wàn)噸，非常符合當(dāng)下減少碳排放的時(shí)代精神。

其實(shí)，浙江海鹽核能供熱示范工程并非國(guó)內(nèi)第一個(gè)核能供熱工程，早在2019年，國(guó)內(nèi)就建成“暖核一號(hào)”70萬(wàn)平方米供熱項(xiàng)目，2021年11月，“暖核一號(hào)”450萬(wàn)平方米供熱項(xiàng)目正式投運(yùn)。“暖核一號(hào)”位于山東海陽(yáng)核電廠，被國(guó)家能源局命名為“國(guó)家能源核能供熱商用示范工程”，海陽(yáng)核電1號(hào)機(jī)組成為世界上最大的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組。

（水熱同傳）

值得一提的是，海陽(yáng)核電廠還實(shí)現(xiàn)了水熱同傳。海陽(yáng)核電水熱同傳科技示范項(xiàng)目設(shè)計(jì)輸送量為每天180噸，依托海陽(yáng)核電已有的海水淡化工程及供熱設(shè)施，將滿(mǎn)足飲用水標(biāo)準(zhǔn)的淡化海水加熱至85℃，利用一根管道輸送到用戶(hù)，并在此進(jìn)行水熱分離，熱量進(jìn)入熱力系統(tǒng)，放熱后的水進(jìn)入供水系統(tǒng)使用。目前，國(guó)內(nèi)在推進(jìn)水熱同產(chǎn)同送項(xiàng)目研究，如果海陽(yáng)核電廠8臺(tái)機(jī)組全部完成改造，可實(shí)現(xiàn)供熱2億㎡、每日供水140萬(wàn)噸，滿(mǎn)足周邊城市供水供熱需求。

低溫供熱堆可在北方靈活部署

除了核電廠余熱可以用于城市供暖之外，低溫供熱反應(yīng)堆也是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

幾十年前，北歐就有民用核能供暖的核反應(yīng)堆。蘇聯(lián)在勃涅日涅夫時(shí)期，為了城市集中供暖的需要，也興建過(guò)核能供熱反應(yīng)堆。一些西歐國(guó)家也專(zhuān)門(mén)研究過(guò)低溫供熱堆，但在核能供熱反應(yīng)堆商業(yè)化運(yùn)營(yíng)方面尚無(wú)成功范例。之所以蘇聯(lián)和瑞典能夠民用化，而西歐國(guó)家在商業(yè)化運(yùn)營(yíng)方面遭遇困境，主要還是地理和氣候因素。

核電廠供熱是余熱再利用，發(fā)電是主業(yè)，供熱是副業(yè)，即便季節(jié)性供熱也不影響經(jīng)濟(jì)性。而低溫供熱堆是專(zhuān)用供熱堆，瑞典、蘇聯(lián)維度高，氣候寒冷，低溫供熱堆可以全年供熱。但西歐國(guó)家大多數(shù)是溫帶海洋氣候和地中海氣候，不需要像蘇聯(lián)和瑞典那樣進(jìn)行全年供暖，只需要季節(jié)性供暖。恰恰低溫供熱堆是專(zhuān)用供熱堆，并不能用于發(fā)電，這就使低溫供熱堆在非高緯度地區(qū)會(huì)產(chǎn)生較大浪費(fèi)，不適合商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。

我國(guó)于上世紀(jì)80年代初期開(kāi)始研發(fā)核能供熱反應(yīng)堆，目前已有“燕龍”、“玲瓏”、“HAPPY200”等堆型。根據(jù)公開(kāi)數(shù)據(jù)，一座400兆瓦的供熱堆，能給20萬(wàn)戶(hù)三居室供暖，如果用這種核供熱堆來(lái)取代同等功率的燃煤鍋爐房，每年可減少32萬(wàn)噸煤炭使用量。

將核供熱堆與高溫多效蒸餾工藝相結(jié)合，還可以用于海水淡化，一座200兆瓦核供熱堆可日產(chǎn)淡水約16萬(wàn)噸，而成本只有約每噸5元。在國(guó)外缺水地區(qū)，這個(gè)價(jià)格還是很有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的。比如阿拉伯半島部分國(guó)家，既臨海又缺水，還不差錢(qián)。

中國(guó)北方一些城市的淡水供應(yīng)嚴(yán)重依賴(lài)各種大型工程，比如天津“引灤入津”工程的引水長(zhǎng)度達(dá)234公里，大連“引英入連”輸水管線工程全長(zhǎng)達(dá)114.5公里，目前這些工程的成本由財(cái)政承擔(dān)，并沒(méi)有被計(jì)入淡水價(jià)格中。而如果將引水工程的真實(shí)成本計(jì)入淡水水價(jià)中，核供熱堆用于海水淡化在中國(guó)北方的部分缺水城市，也具備一定經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力。

2019年，國(guó)家核電、上海核工院先后與國(guó)核吉林核電有限公司、國(guó)家電投黑龍江分公司簽署《吉林白山核能供熱項(xiàng)目總承包框架協(xié)議》和《國(guó)家電投佳木斯綜合智慧核能供熱示范項(xiàng)目工程總承包框架協(xié)議》。白山核能供熱項(xiàng)目將采用HAPPY200，該堆按雙堆布置，每年可替代32萬(wàn)噸燃煤，為白山市提供800萬(wàn)平方米的冬季采暖需求。佳木斯綜合智慧核能供熱示范項(xiàng)目采用國(guó)家電投上海核工院研發(fā)的一體化多功能供熱堆。之所以在白山市和佳木斯建設(shè)供暖堆，主要還是兩地地處東北高寒地區(qū)，適合部署低溫供暖堆。

就安全性而言，國(guó)內(nèi)各堆型均具有較高的安全性，可以從理論上排除發(fā)生類(lèi)似切爾諾貝利核電站、福島核電站這樣事故的可能。從福島核事故來(lái)看，反應(yīng)堆的安全性高度依賴(lài)停堆后的能動(dòng)降溫措施帶走堆芯余熱。當(dāng)?shù)卣鹨l(fā)的海嘯導(dǎo)致福島核電站全廠斷電后，所有能動(dòng)降溫措施失效，而反應(yīng)堆內(nèi)的剩余裂變和裂變產(chǎn)物衰變會(huì)持續(xù)產(chǎn)生剩余功率，這使得堆芯溫度不斷上升，加上日本東電在處置中優(yōu)柔寡斷，最終誘發(fā)了有史以來(lái)最為嚴(yán)重的核事故。相比之下，國(guó)內(nèi)低溫供熱堆從設(shè)計(jì)之初就充分考慮了固有安全性，即便發(fā)生意外，冷卻水可以確保實(shí)現(xiàn)“零堆熔”。

結(jié)語(yǔ)

由于民間普遍存在“談核色變”的情況，這使核能供熱在輿論上容易受到非議。從全球的案例來(lái)看，無(wú)論是核電廠余熱供暖，還是低溫供熱堆供暖都是非常成熟的技術(shù)，在國(guó)內(nèi)外都有成功案例，是相對(duì)比較安全的技術(shù)。從適用條件來(lái)看，核電廠余熱供暖比較適合距離核電廠150公里以?xún)?nèi)的城市，而低溫供暖堆比較適合北方寒冷地區(qū)，可以在寒冷地區(qū)靈活部署。隨著節(jié)能降耗和碳中和成為大勢(shì)所趨，核能供暖相對(duì)于煤炭取暖、天然氣取暖和電取供暖的優(yōu)勢(shì)會(huì)進(jìn)一步顯現(xiàn)。

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