探討核電清潔能源在供暖行業中的應用

張濤 冷濤濤 郭永偉

摘要：核電能源是新時期的重要清潔能源。采用清潔且高效的核能進行供暖，能夠有效提高供暖質量與供暖穩定性，并降低傳統供暖方式所帶來的環境污染。隨著人們生活水平的提高，各大城市的供暖需求將會逐漸增長，為了滿足日益增長的供暖需求，核能供暖將會成為不可忽視的重要供暖模式。本文對核電清潔能源進行分析，并結合實際對核能供暖行業中的應用提出個人看法，希望為關注核能、供暖行業發展的人群提供參考。

關鍵詞：核電清潔能源? 核能發展現狀? 核能供暖? 核能供暖優勢

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

我國的傳統供暖模式的能源一直以煤炭為主，在“碳中和·碳達峰”的新發展理念下，這種供暖能源結構必將因環保性、經濟性等因素而逐漸被時代所淘汰。而作為電清潔能源的核能，在大力發展過程中勢必會逐漸取代傳統能源在供暖行業中的地位。在山東海陽、浙江海鹽等核能供暖項目中已展現出核能供熱的巨大優勢：既保證了供暖質量，又大大提高了環保性。因此，有必要對核能在供暖行業中的應用進行研究，以此來讓核能發揮出真正的價值。

1核電清潔能源的發展現狀

在日益重視生態文明建設以及對國際社會做出了“雙碳”目標承諾的今天，我國政府大力支持各種新能源、清潔能源的研發，核能便是其中不可忽視的清潔能源。自進入新世紀以來，我國核能的發展速度與日俱增，國務院批準了核電中長期發展規劃更是為核能今后的長期發展奠定了優化能源結構的基調。截至2021年，我國的核能裝機容量已經達到了5360萬千瓦，在政府推行的科技發展中長期規劃綱領中，更是明確了核電的重要地位^[1]。

核能開發利用在我國已經逐漸完善，發展核能是滿足我國國情的必然選擇。從長期可持續發展角度出發，核電清潔能源的優勢遠遠強于傳統能源，因此為了緩解傳統能源壓力并降低溫室氣體的產出，就必須利用核能來改變現有的能源發展結構。諸如風電能源、太陽能等一系列能源都會在氣候條件、地理位置的影響下而受限，水電資源則因開發飽和而無法保證開發潛力，所以核能的發展潛力在各種能源中無疑會更高。因此，從我國當前的能源結構出發，核能將會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域的優勢分析

隨著生活水平的提高，不僅北方地區供暖需求增長很快，南方地區也產生了一定的供暖需求。數據顯示，我國冬季供暖面積以年均約10%的速度增長。然而，2021年冬煤炭價格大幅上漲、供需緊張的局面警示人們，僅靠傳統能源無法滿足快速增長的需求，必須大力發展包括核能在內的清潔能源供暖^[3]。

2.1清潔、高效

核能與化石能源不同，在生產電力時核能并不會造成污染物排放，核電站運行期間只會生成少量的放射性廢料和廢液，廢料可以通過嬗變技術實現再利用，廢液則可以通過玻璃固化技術將其封閉，不會對環境造成過于嚴重的影響。相較于傳統的火力發電，核電清潔能源具有非常大的優勢：核電廠在運行中不會產生大量的二氧化硫、氮氧化物等有害物質，更不會產生粉塵、煤渣等造成環境污染。據統計，核電廠在運行中生成的廢料約等于同等規模火電廠的0.5%～4%。對于核能而言，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的標準煤炭，一座大規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輸難題^[4]。

2.2安全、穩定

世界各國在面對核能時，都會選擇將安全作為考慮的核心要素，因為核泄漏問題的發生將會帶來極為嚴重的影響，甚至會牽動全世界的神經。三代、四代核電技術的成熟讓核電能源的安全性得到大幅提高，在核電站建設、維護中，必須嚴格制定相關程序與標準，并且提前針對有可能出現的各種情況、事故進行分析，并提供合理的應對方式^[5]。為了保證核電站的安全運行，在設計上會考慮縱深防御，即提前制定多層防御體系來防止安全事故問題的發生，開展的各項保護設施能夠實現對各種風險的控制。20世紀兩次較大的核事故后，核行業已經建立了WANO和INPO兩大協會，制定國際上通用的性能指標，進行統一管理和協調，加強核電技術、經驗和事故情報的交流，從而不斷提高世界核電站的安全可靠性。從制度、認知上已形成了核安全必須得到保證的核安全文化。對于核電站而言，縱深防御為核電廠安全的硬實力，核安全文化則是核電廠安全的軟實力，兩者共同保證了核電廠的安全。

2.3經濟性高

衡量核電經濟性的主要指標有兩個：比投資和發電成本。比投資是指核電站單位裝機容量的投資，包括土建費、設備采購費和安裝費等;發電成本則包括燃料成本、運維成本等。核電的成本高，主要體現在建造成本（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，國內已建成投產的二代改進型技術機組，單位造價一般在12 000～14 000元/kW，與風電、太陽能的比投資相當，是火電的3倍。不過，在發電成本上，由于核原料體積小、能量大，加上鈾價比較低，核電的燃料及燃料運輸成本相較于煤電、氣電要低，且由于不受自然條件限制，核電的年有效運行小時數遠高于風電、光伏等。這些因素使得核電的發電成本比較低，僅高于大型水電，其作為清潔能源具有較高的經濟性優勢。相比煤炭、石油等一系列傳統能源，在供暖行業的未來發展中，核能供暖具有非常高的發展潛力。

3核電清潔能源在供暖領域的應用

3.1核能供暖簡述

核能供熱目前可實現的方式主要有兩種：一種是在城市中或近郊建低參數的低溫核供熱堆，設計上類似深水池，也稱泳池堆;另一種是基于現有的大型核電廠，利用核電站的抽汽/余熱向熱網供熱。

低溫核供熱堆在設計上無壓力殼和安全殼等承壓的復雜設備，可節省土建投資;低溫常壓運行，簡化了工藝系統和安全設施，降低了設備技術要求和投資。目前設計成型的燕龍堆就是此種類型，其設計時參考的原型泳池式堆在國內已有幾十年的設計、建造和運行經驗。但因我國幅員遼闊，南北跨度較大，秦嶺-淮河線以南無需集中供暖或供暖季較短，從經濟性考慮，此堆型在緯度較高供暖季長的北方城市應用更具有前景，故其設計參數限制了使用地區。夏季不需供暖時停運無疑是一種資源的浪費，為實現資源最大利用率，仍需開發其應用范圍。

核電廠供暖則是利用汽輪發電機組發電時產生的蒸汽余熱。從核電廠發電機組抽取部分發電過程中參數降低后的蒸汽作為熱源，通過廠內換熱器，轉換成高溫水，隨后經管網進行多級換熱后，最終抵達城市各用戶終端。此過程中不會影響發電機正常發電，與傳統熱電廠一樣可以實現熱電聯產，有效提升了核電廠的熱利用率，可以取代傳統燃煤鍋爐作為城市供暖時的核心熱源^[6]。

3.2工程概況

某市推行核電廠供暖項目，首期70萬㎡核能供熱項目運行穩定，在此基礎上實現了核能供熱全覆蓋，供熱面積達450萬㎡，成為全國首個“零碳”供暖城市。核能供熱項目投運后，當地用戶取暖費用每平方米減少1元錢，核電機組取代了12臺燃煤鍋爐，每個供暖季可節約原煤10萬t、減排二氧化碳18萬t，對環境有明顯改善作用，核電廠的熱效率從36.69%提高到了39.94%。在自然環境等條件相似的情況下，核能供熱模式可復制可推廣。

3.3核電清潔能源的供暖方案

核能供暖是從核電廠發電機組抽取部分發電過程中參數降低后的蒸汽作為熱源，通過廠內換熱器，轉換成高溫水傳遞給熱力公司，再經過供熱管網送至終端用戶的過程。這個過程是由5個回路完成的，首先一回路核反應產生的熱量通過蒸汽發生器將二回路的水加熱產生高溫高壓蒸汽，通過抽取部分蒸汽加熱核電廠內換熱站的水，加熱后的水經過三回路管網，傳送至換熱站，繼續依次加熱四、五回路供熱網絡內的水，從而實現將核電廠產生的熱量，送入千家萬戶家中進行供暖^[7]。

3.4核能供暖安全分析

核能供暖，用戶與核電機組之間采取多重屏障隔離，換熱過程中由多個換熱回路完成，整個過程中只有熱量交換，沒有介質的交換。采暖用戶接觸到的是通過層層隔離過的充分安全的水，核電廠在設計上其二回路不帶有放射性，是安全的，而在供暖項目中又通過三回路壓力高于二回路的壓差設計可有效保證三回路的安全，而且在各回路上增加輻射監測裝置等措施，實現多重屏障防御。目前，全世界400余臺在運核反應堆中有超過1/10的機組已實現熱電聯供，且已累計安全運行約1000堆/年，核能供暖技術路線成熟，在世界范圍內已得到廣泛應用。

4結語

通過對核能供暖現狀與前景的分析，可以發現核能供暖具有非常大的優勢，核能供暖可以在保證安全的同時迎合生態環保的發展理念;能夠為居民帶來更加潔凈的環境，也為“雙碳”目標做出了貢獻，發展更可持續。核能供暖可改善傳統能源供暖帶來的一些問題，將作為構建清潔高效、多元供暖體系的一種全新選擇。

參考文獻[吖1]

[1]李瑩，孫玉兵.我國核電發展現狀、問題和建議[J].當代化工研究，2021（22）：175-177.

[2]田力.核能供暖：碳中和下的供暖新解[J].能源，2021（8）：38-40.

[3]Solomykov Aleksandr.核能供熱的中俄比較及基本熱負荷優化研究[D].大連：大連理工大學，2020.

[4]本刊記者.立足清潔能源發展 創建世界一流企業——中廣核創新驅動高質量發展紀實[J].企業管理，2019（6）：60-63.

[5]孟莉莎，杜姜開林.低碳約束下中國核電發展及其規模分析[J].山東工業技術，2018（10）：102.

[6]吳志華.“新電改”形勢下A核電公司發展戰略研究[D].南京：南京航空航天大學，2018.

[7]陳華.清潔能源的發展現狀及其在供暖行業中的應用[J].中國新技術新產品，2015（24）：150.