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核能供热,清洁取暖新途径

2018-03-23

    自去年11月发布“燕龙”泳池式低温供热堆以来,中核集团已确定泳池式低温供热堆示范工程目标厂址,示范工程各项工作正在积极推进。在今年全国两会期间,全国政协委员、中核集团科技与信息化部主任钱天林表示,中核集团已完成泳池式低温供热堆的技术开发,正针对特定厂址开展工程设计,已具备工程建设条件。建议国家在示范项目核准上给予政策支持,加快项目审批,推动示范项目在今年开工建造。

近期有关核能供热的信息表明,核能供热正在蓄势待发,有望在不久的将来变成现实,成为北方地区冬季清洁取暖的新方式。

核能供热既保温暖又保清洁

“核能供热,听起来很新鲜,其实历史并不短,国外早已付诸实践。”中核集团中国核电工程有限公司河北分公司总经理、泳池式低温供热堆(燕龙)型号总设计师王献庭说。

20世纪50年代中期,瑞典在斯德哥尔摩附近建造了世界上第一座主要用于区域供热的原型堆,连续供热10年。

2011年底,俄罗斯共有9座核电站的29台机组在发电的同时供热,输出功率在25兆瓦至200兆瓦之间,其用户中包括周边城镇居民。

有资料显示,截至2016年底,在全球总计446台在运核电机组中,有56台机组采用热电联供方式,在发电的同时进行区域供热。

20世纪80年代以来,我国开展核供热研究已经30多年,已掌握能够工程化应用的核能供热技术。1983年,清华大学对该校核能院泳池堆进行改造后,实现核能供热,连续两年向核能院大楼供热。1989年,清华大学又完成专用供热堆研发,功率为5兆瓦。

“尽管研究早就在进行,核能供热一直未能实际应用。但随着冬季清洁取暖需要愈加迫切,开展核能供热很有必要。”王献庭表示。

冬季供热在北方地区是件大事。采暖范围涉及17个省、市、自治区,采暖人口达到7亿以上。根据国家统计局的数据,2000年至2013年,我国城市集中供热面积从11.10亿平方米增长到57.17亿平方米,年增长率超过12%。随着我国城镇化发展,预计到2020年集中供热面积将达到129亿平方米。

“近年来,随着大气污染问题日益严重,特别是雾霾天增多,很多地方都在推行清洁取暖。但是,到目前,集中供热的热源仍以热电联产和区域锅炉房为主,使用的燃料以煤炭为主,而不达标的燃煤燃烧排放正是导致北方地区特别是京津冀地区冬季大气污染严重的主要原因之一。”王献庭说。

“在推行清洁取暖中,很多地方加快拆除高耗能、高污染、低热效率的区域锅炉,实行煤改气、煤改电。与此同时,一些城市热源缺口问题也凸显出来。”王献庭表示。

推进北方地区冬季清洁取暖,关系广大群众温暖过冬,关系雾霾天能不能减少,是能源生产和消费革命、农村生活方式革命的重要内容,是必须要做好的民生工程。按照国家发展改革委、国家能源局印发的《北方地区冬季清洁取暖规划(2017-2021年)》,到2019年,北方地区清洁取暖率达到50%,替代散烧煤(含低效小锅炉用煤)7400万吨。到2021年,北方地区清洁取暖率达到70%,替代散烧煤(含低效小锅炉用煤)1.5亿吨。

“核能是一种安全、清洁的能源。核能供热无污染,无任何烟尘、灰渣、碳化物、硫化物、氮氧化物的排放。如同气代煤、电代煤一样,核能供热也是实现清洁取暖的一个新途径。”王献庭说。

令王献庭振奋的是,《北方地区冬季清洁取暖规划(2017-2021年)》中提出,研究探索核能供热,推动现役核电机组向周边供热,安全发展低温泳池堆供暖示范。“核能供热已经引起国家有关部门的重视,这必将加快核能供热实施步伐。”他表示。

低温供热堆技术成熟经济可行

“从核能供热技术看,泳池式低温供热堆比较有代表性,有望得到优先运用。”王献庭解释说,泳池式低温供热堆是将反应堆产生的热量通过两级换热,传递给供热回路系统,供热回路系统与热网连接,将热量输送千家万户。这种反应堆将堆芯放在一个常压水池的深处,利用水层的静压力提高堆芯出口水温,使堆芯出口水温超过90摄氏度,以满足城市供热的温度要求。它结构简单,主要包括反应堆及一回路系统、隔离回路系统、供热回路系统、余热冷却系统及其他辅助工艺系统。

以中核集团研发的“燕龙”泳池式低温供热堆为例,王献庭将泳池式低温供热堆特点和优势概括为:安全、环保、经济、可推广。

“泳池式低温供热堆采用的是泳池式反应堆堆型,具有丰富的运行实践经验,技术成熟。”王献庭介绍说,泳池式反应堆是世界上广泛应用的一种堆型,国际上已建有200多座泳池式反应堆,累计安全运行1万堆年。国内已建成11座泳池式反应堆,累计安全运行超过300堆年。其中,中国原子能科学研究院的49-2反应堆已运行50多年。泳池式低温供热堆采用很多成熟的技术,主要关键设备都在研究堆和供热设施中得到验证和运用,如回路混流泵、钢丝绳式控制棒驱动机构、板式换热器等,不存在技术瓶颈。

核能供热属于核能开发应用,安全、环保是关键。对于泳池式低温供热堆的安全可靠性,王献庭很有信心:“堆芯位于水池底部,始终处于淹没状态。在任何事故情况下,反应堆依赖固有负反馈特性可实现自动停堆。停堆后在不采取任何余热冷却手段情况下,1800吨池水可确保堆芯26天不会裸露,能确保不发生熔堆事故。低温供热堆设置中间隔离回路(二回路),其压力高于一回路的压力,使放射性水不会漏到热网回路,并采用燃料包壳、堆水池、水池深埋地下及密封厂房等四道屏障,有效隔离放射性,确保放射不泄漏到厂房外,无碳排放,无烟尘排放,从而实现零排放。”

核能供热能否得到推行,还要看其是否经济可行。“一座400兆瓦的泳池式低温供热堆,供暖建筑面积可达约1000万至2000万平方米,相当于10万至20万户三居室。低温供热堆投资较少,只相当于同规模燃煤锅炉的23倍。低温供热堆运行成本远远低于燃煤锅炉。同规模燃煤锅炉每年消耗30余万吨燃煤,低温供热堆每年仅消耗核燃料约2.5吨。采取燃煤锅炉供热,每年需运送30余万吨煤炭、10万吨灰渣,而低温供热堆没有如此大的运输压力。低温供热堆使用寿命可达4060年,是燃煤锅炉的24倍。同时,低温供热堆供热价格远低于天然气,居民可以承受。”王献庭说。

“泳池式低温供热堆厂址适应广泛,简便易行。”王献庭表示,泳池式低温供热堆无大型水源要求,内陆、沿海均可,尤其适合北方内陆地区。同时,其系统相对简单,占地面积不超过50亩。供水温度达到90度,满足供热水温要求,可直接接入城镇集中供热管网,不需对城镇热网进行改造或更换,也不需对用户的采暖设备进行改造或更换。

推行核能供热需要政府规划

利用核能供热来推动北方冬季清洁取暖,正越来越成为共识。发展核能供热项目非常有前景,是实现绿色发展的有效手段,可以造福社会,造福人民。

去年11月,中国核工业集团有限公司正式发布自主研发的“燕龙”泳池式低温供热堆。这标志着中核集团在核能供热技术领域取得重要进展,将为我国后续探索核能供热提供有力技术支持。

中国核电工程有限公司河北分公司核工程研究设计所副所长李建敏介绍说,“燕龙”泳池式低温供热堆,是以中国核电工程有限公司河北分公司和中国原子能研究院为主研制的。

就“燕龙”发布以来的新进展,李建敏说,中核集团已确定示范工程目标厂址,示范工程的各项工作正在积极快速推进。

眼下,国内有的城市正在积极推进核能供热。今年1月,中核集团与烟台市政府签署《海上清洁能源综合供给平台及泳池式低温供热堆项目合作协议》。依照协议,双方将加速推进海上清洁能源综合供给平台及泳池式低温供热堆项目在烟台市开发和建设,打造烟台市国家军民融合示范项目,助推烟台市建设核电装备千亿级产业集群。

我省冬季供热任务艰巨,已有发展核能供热的设想。省发改委去年9月印发的《河北省“十三五”电力发展规划》中提出,加快低温供热堆项目前期工作。结合城镇集中供热发展规划,积极利用国内先进可靠技术,在条件适宜地区,谋划布局一批低温供热堆项目,重点加快推进承德、邢台项目前期工作,争取列入国家首批示范。

“核能供热有需求,前景看好。但要使核能供热项目真正落地,需要政府加强领导和规划。”李建敏建议,将核能供热纳入城市供热规划中,做好管网对接工作。

城市供热属于公用事业。核能供热作为新生事物,需要政府扶持。“政府应出台针对核能供热的鼓励性政策,既有利于公众购买核能供热服务,又能够促进核能供热企业健康发展。要给予泳池式低温供热堆与其他清洁能源供热同样的补贴政策,以推动核能供热产业化发展。要加大投入,推动开展有关进一步提高核能供热堆技术、效能和经济性等方面的研发工作。”李建敏表示。

公众的支持,是推行核能供热顺利进行的必要条件。“应加大宣传力度,解决公众中存在的‘邻避效应’问题。”李建敏建议,以深入浅出的形式,推动核能科普和公众沟通。可以组织各界代表赴核电厂参观考察,消除公众对核能利用的模糊认知,打消其顾虑,为推行核能供热营造良好社会环境。

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