核能綜合利用研究現狀和展望探討

李曉強

摘要：現如今，核能主要在發電行業當中得到應用，而在核能供熱以及海水淡化等方面所應用的反應堆數量較少。隨著我國科學技術的快速發展，特別是第四代核能系統技術的不斷更新和完善，核能的綜合利用水平也得到了明顯提升。本文針對核能綜合利用研究現狀進行分析，并提出具體展望，希望能夠為相關研究人員起到一些參考和借鑒。

關鍵詞：核能;綜合利用;研究現狀;展望

科學應用核能不僅能夠滿足能源供應需求，而且還能夠提升國家安全水平。現如今，隨著“碳達峰”、“碳中和”目標的提出，“零碳排放”的核能發電越來越受關注，逐漸成為我國的一種重要清潔能源。其無間歇性的特點，可以減少受到外界自然環境條件所帶來的約束，能夠對化石能源進行大規模替代。隨著核能綜合利用研究工作的有效開展，核能的利用在技術成熟性、可持續性以及經濟性等方面的優勢也逐漸凸顯。

一、核能利用研究現狀

（一）高效發電

反應堆當中運行溫度超過700攝氏度的第四代先進核能系統，目前主要采用技術比較成熟的熱功轉換系統，該系統具體由閉式循環燃氣輪機和蒸汽輪機等系統組成。按照具體工作性質進行分析，閉式循環燃氣輪機還可以具體分為氮氣輪機、氨汽輪機以及混合工質輪機等。通過相關研究可以發現，當溫度逐漸升高后，熱功轉換系統的效率也會有所提升，與傳統蒸汽循環相比，熱循環發電系統在高溫條件下可以對超過700攝氏度的核能系統高品質熱量進行充分利用，從而保證發電的高效性。針對閉式循環燃氣輪機系統進行分析，其在中高溫熱源當中比較適用，可以對較高的熱功轉換效率進行獲取，技術優勢主要表現在具有靈活的熱源和多樣性等方面。對比蒸汽輪機，閉式循環燃氣輪機具有較大的功率密度，尺寸相對較小，可以減少投資。此外，其用水量相對較少，因此在選址時靈活性較強[1]。

（二）核能制氫

應用第四代核能反應堆制氫，核心在于對高溫堆工藝熱進行應用。針對核反應堆進行分析，無論是熔鹽堆還是超高溫氣冷堆，其出口溫度都要高于700攝氏度，因此由其提供的熱能溫度，可以使高溫制氫要求得到有效滿足。在此過程中，系統效率與反應堆的熱能溫度提供具有密切聯系。現如今，核能制氫具體通過以下兩種途徑：首先，熱化學循環制氫，其主要對水蒸氣熱裂解時具有的高溫熱化學循環過程進行利用，具體通過反應堆對高溫熱進行提供。在熱化學循環路線當中，具體包括Ca-Br 循環、Cu-Cl 循環等，其與第四代堆技術路線相匹配。其次，高溫電解制氫，其主要以固體氧化物電解池作為具體的核心反應器，可以高效分解水蒸氣，從而對氫氣進行制備。高溫電解制氫技術具有清潔、高效以及過程簡單等優勢，因此受到相關研究人員和企業的高度重視，目前已成為清潔能源聯用制氫的一項重要技術。針對高溫電解制氫技術進行分析，其具體包括電解堆、電解池、電極材料以及系統。

（三）海水淡化

在人類社會發展過程中，淡水、能源資源等具有十分重要的作用，也是人類生存不可或缺的關鍵條件。在獲取淡水資源時，可以通過海水淡化的方式，而在大規模海水淡化過程中往往需要消耗大量能量。所以，從可持續發展的角度出發，需要對基于核能的海水淡化技術進行有效應用。具體來說，海水淡化技術主要對膜分離以及蒸發等手段進行利用，可以有效分離出海水中的鹽分，從而對含鹽量較低的淡水進行獲取。在此過程中，所采用的技術具體包括熱壓縮多效蒸餾法、多效蒸餾法、反滲透法以及多級閃蒸法等。而此類海水淡化技術主要以熱能、電能等提供動力，因此與核反應堆耦合十分適用。

（四）核能供熱

我國多數地區需要在冬季進行供熱，而采取的供熱方式具體包括集中供熱、分布式供熱等。其中，集中供熱對燃煤熱電聯產、燃煤鍋爐等進行應用，因此需要對大量煤炭進行消耗。對此，我國開展了相關煤改氣以及煤改電等工程項目，但同時也導致天然氣資源出現短缺問題，并加重了電網負擔。在此背景下，可以將核能這一清潔能源在供熱當中進行有效應用，其具有規模化、清潔以及低碳等優勢，可以有效滿足供熱需求。而核能供熱所采取的方式具體包括兩種，分別為低溫核供熱以及核熱電聯產[2]。

二、核能綜合利用展望

針對未來發展過程中的能源低碳化需求，為了有效實現零碳排放目標，需要對核能以及可再生能源等進行充分利用。首先，可再生能源具有可再生、清潔以及資源豐富等優勢，但其具有較大的間歇性和波動性，這使其與電網基礎設施之間的兼容性較差。而在對能源進行大規模使用時，需要對穩定的基荷能源進行提供，從而有效調控電力輸出。其次，核能具有可持續的特點，而且還有著較高的可靠性和高效性，是唯一一種能夠對可調度基荷電力進行提供的清潔能源。因此，需要對核能與可再生能源融合的復合型能源系統進行有效構建，從而使能源低碳、高效、清潔等目標得到有效實現。

第四代核能系統主要對熔鹽傳蓄熱以及高溫制氫技術等進行利用，可以充分發揮出核能和可再生能源具有的優勢。所以，現階段，需要具體從能源安全、經濟等角度對各種清潔能源在全球能源體系當中的具體份額進行評估，同時還需要合理制定技術路線，對多能融合的核能和可再生能源的復合型能源系統進行開展，并要確保系統的穩定運行。在耦合使用這兩項技術時，需要對相關問題進行解決和克服，以此來進一步促進核能的綜合利用發展。

現如今，第三代核能系統已經逐漸實現了大規模商業應用，其代表系統主要包括EPR、華龍一號等，可以使一段時期內的核電發展需求得到有效滿足。相關研究人員需要對以熔鹽堆為代表的第四代核能系統和相關綜合利用技術加大研發力度，對國內的研究機構以及企業優勢進行充分調動，同時還應在政策上提供支持和保障，將這一任務納入到具體的國家科技專項當中，有效建設核能綜合利用示范項目，從而全面提升核能的綜合利用價值[3]。

結束語：

綜上所述，通過分析核能綜合利用研究現狀可知，目前核能的綜合利用技術水平已得到顯著提升，使核能在供熱、海水淡化、制氫和發電等方面逐漸得到了有效應用。在此背景下，我國相關研究人員需要進一步加大對核能綜合利用的研究工作，并對第四代核能系統進行有效研究，使其在高溫制氫、熔鹽傳蓄熱等方面的優勢得到充分發揮，全面推動我國核能綜合利用的創新發展。

參考文獻：

[1]王建強，戴志敏，徐洪杰.核能綜合利用研究現狀與展望[J].中國科學院院刊，2019，34（04）：460-468.

[2]彭疆南，彭福銀.核能綜合利用發展趨勢[J].中國科技信息，2019，14（02）：107-108.

[3]徐洪杰，戴志敏，蔡翔舟，王建強.釷基熔鹽堆和核能綜合利用[J].現代物理知識，2018，30（04）：25-34.