核電站能量綜合利用模式的探討

楊倩+王闖

中圖分類號：F270 文獻(xiàn)標(biāo)識：A 文章編號：1674-1145（2017）04-000-01

摘 要 為積極應(yīng)對核電消納問題及未來電力競爭趨勢，通過能量綜合利用方式提升核電站運(yùn)行效益和綜合競爭力，已變得日益迫切和必要。本文對核能熱電聯(lián)產(chǎn)、循環(huán)冷卻水余熱利用、綜合功能區(qū)設(shè)計(jì)開發(fā)等三種能量綜合利用模式進(jìn)行了初步分析和探討，指出這三種模式盡管面臨著一些技術(shù)、經(jīng)濟(jì)問題，但其效益前景良好、發(fā)展?jié)摿薮螅档眠M(jìn)一步探究。

關(guān)鍵詞 核能熱電聯(lián)產(chǎn) 余熱利用 綜合功能區(qū)設(shè)計(jì)開發(fā)

作為一種清潔高效能源，核電在應(yīng)對氣候變化、節(jié)能減排、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展方面具有很大優(yōu)勢，其發(fā)展受到國家政策的大力支持。與此同時(shí)，隨著經(jīng)濟(jì)增速放緩和電力需求下降，核電消納問題也逐漸顯現(xiàn)，作為基荷電源的地位受到挑戰(zhàn)，加之國家電力體制改革，核電在與火電、水電、風(fēng)電、光電的競爭中面臨著愈加復(fù)雜的環(huán)境。在此大背景下，提升核電站運(yùn)行效益和綜合競爭力就顯得尤為必要。

能量的綜合利用是提升核電效益與競爭力的一項(xiàng)重要途徑，可以拓寬核電站的供能范圍和調(diào)峰能力，提升核電站綜合熱效率，保障核電設(shè)備的負(fù)載率和運(yùn)行時(shí)長，從而提高核電站的運(yùn)行效益與綜合競爭力。本文將對國內(nèi)外核電站能量綜合利用的三種典型模式（熱電聯(lián)產(chǎn)、余熱利用與聯(lián)合開發(fā)）進(jìn)行梳理歸納，初步分析各自的潛力和問題。

一、核能熱電聯(lián)產(chǎn)

與燃煤熱電廠類似，利用汽輪機(jī)的抽汽或排汽，核電站同樣可以實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，形成核能熱電廠。核電廠核島所產(chǎn)生的蒸汽，一部分用于發(fā)電，一部分用于供熱。對外供熱的蒸汽既可用于工業(yè)生產(chǎn)，又可用于建筑供暖、供冷，以及生產(chǎn)居民生活熱水。與機(jī)組單純發(fā)電時(shí)40%左右的能量利用率相比，熱電聯(lián)產(chǎn)方式由于減少了冷卻熱損失，可將機(jī)組能量綜合利用效率提高到85%左右。這樣不僅拓寬了核電站的供能范圍，還能產(chǎn)生良好的節(jié)能和經(jīng)濟(jì)效益。

一般而言，造紙、鋼鐵和石化工業(yè)是熱電聯(lián)產(chǎn)的主要用戶，其生產(chǎn)工藝過程往往需要消耗大量的電和熱。汽輪機(jī)蒸汽除能滿足各種熱負(fù)荷外，還可以通過吸收式制冷機(jī)組生產(chǎn)6～8℃冷水用于生產(chǎn)車間空調(diào)或工藝過程冷卻。城市工業(yè)區(qū)及人口居住密集區(qū)也是發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的主要對象，其電力需求、建筑采暖需求和生活熱水需求較大。從國外經(jīng)驗(yàn)看，適宜采用熱電聯(lián)產(chǎn)的負(fù)載熱化系數(shù)不應(yīng)低于0.5（工業(yè)熱負(fù)荷年利用小時(shí)數(shù)在3500小時(shí)以上，居民冬季采暖不少于3個(gè)月）。從我國的實(shí)際情況來看，北方城市由于采用集中供暖，容易滿足這一要求。特別是我國北方地區(qū)冬季燃煤供暖面臨著嚴(yán)重的霧霾問題，通過核電站核能熱電聯(lián)產(chǎn)來代替目前的燃煤鍋爐、燃煤熱電廠，減少污染物排放，具有現(xiàn)實(shí)意義。

通過熱電聯(lián)產(chǎn)的方式，還在一定程度上賦予核電站參與電力調(diào)峰的能力，在電力過剩時(shí)，減少電力供應(yīng)，將更多的蒸汽用于供熱；而電力緊缺時(shí)，減少供熱蒸汽，增加電力供應(yīng)。但這對機(jī)組的安全可靠運(yùn)行提出了更高的要求。如何協(xié)調(diào)平衡熱電負(fù)荷的比例，合理安排機(jī)組運(yùn)行模式（是以熱定電、還是以電定熱），保證核電機(jī)組安全高效運(yùn)行，都是值得進(jìn)一步研究的問題。

此外，由于目前核電站的建設(shè)地點(diǎn)往往遠(yuǎn)離城市工業(yè)區(qū)和居住區(qū)，如何接入現(xiàn)有的城市熱網(wǎng)、解決遠(yuǎn)距離輸送熱量的經(jīng)濟(jì)性問題，也需要進(jìn)一步探討。

二、循環(huán)冷卻水余熱利用

核電站的循環(huán)冷卻水蘊(yùn)含了巨大的熱量。對于核電汽輪機(jī)而言，一般僅有30～40%左右轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽酂岫茧S著循環(huán)冷卻水失散到環(huán)境中。對核電站循環(huán)冷卻水余熱加以合理利用，不僅具有良好的節(jié)能效益，同時(shí)也能減少余熱處理的環(huán)節(jié)。

余熱利用的途徑，一是直接用于解決工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需，例如在核電站附近建立水產(chǎn)養(yǎng)殖場，將溫排水用于水產(chǎn)品、海產(chǎn)品養(yǎng)殖，但這種方式利用量及效率均較低；二是通過熱泵、熱管技術(shù)，將低品位余熱轉(zhuǎn)為高品位熱量，解決工業(yè)生產(chǎn)過程中的熱能需求，或者解決核電站生活區(qū)以及城市人口密集區(qū)的供熱和生活熱水需求。

然而，要讓這些熱能得到充分利用，同樣面臨上述接入城市熱網(wǎng)、及遠(yuǎn)距離輸送等技術(shù)經(jīng)濟(jì)問題。

三、核電站綜合功能區(qū)設(shè)計(jì)與開發(fā)

就目前的核電站選址與城市區(qū)劃的距離看往往無法滿足，將核電站電力熱力資源輸送到城市區(qū)域，面臨著高昂的管網(wǎng)建設(shè)成本和較大的輸配損失，將會降低核電的經(jīng)濟(jì)競爭力。

避免這一局面途徑之一是，圍繞核電站打造一個(gè)綜合功能區(qū)，在核電站附近的安全范圍內(nèi)，綜合考慮布局和配套工業(yè)區(qū)、農(nóng)業(yè)區(qū)、生態(tài)區(qū)、居住區(qū)等。從而實(shí)現(xiàn)能量的近距離輸送，從全局上統(tǒng)籌解決能量供給與需求平衡的問題，最大化核電能源利用效益。從地方政府角度，也是促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一種手段。由于可以提供充沛、經(jīng)濟(jì)的電力、熱力、土地資源，核電站周邊土地的吸引力和價(jià)值會有大幅提升，從而實(shí)現(xiàn)核電站與地方政府的雙贏。這就要求在核電站建設(shè)前期做好充分的規(guī)劃與設(shè)計(jì)。

四、結(jié)語

能量的綜合利用是提升核電效益與競爭力的一項(xiàng)重要途徑，通過核能熱電聯(lián)產(chǎn)、循環(huán)冷卻水余熱利用、綜合功能區(qū)設(shè)計(jì)開發(fā)等三種能量綜合利用模式，可以拓寬核電站的供能范圍和調(diào)峰能力，提升核電站綜合熱效率，保障核電設(shè)備的負(fù)載率和運(yùn)行時(shí)長，從而提高核電站的運(yùn)行效益與綜合競爭力。

但這三種模式都面臨著一些技術(shù)、經(jīng)濟(jì)問題，雖國內(nèi)暫無實(shí)際案例可供參考，但其效益前景良好，發(fā)展?jié)摿薮螅档眠M(jìn)一步探索和研究、并盡早進(jìn)行技術(shù)示范，從而進(jìn)一步增進(jìn)核電在促進(jìn)社會節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展方面的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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