最近有一個笑話甚是流行，是說南方人以前一直以為到了冬天北方冰天雪地，那北方人一定特別抗凍，后來才知道，北方冬天有供暖，過得比南方舒適多了——所以，近兩年南方對供暖的呼聲越來越強(qiáng)烈。雖是調(diào)侃，也由此看出百姓對供暖的需求是普遍的。然而，常規(guī)燃煤供暖會導(dǎo)致環(huán)境污染加重。面對如此矛盾，尋找替代燃煤的新型清潔采暖能源刻不容緩
游泳池反應(yīng)堆模型。
核能作為一種安全、清潔的能源，正在區(qū)域供熱中逐步走進(jìn)人們視野。11月28日，中國核工業(yè)集團(tuán)公司正式發(fā)布自主研發(fā)可用來實(shí)現(xiàn)區(qū)域供熱的“燕龍”泳池式低溫供熱堆——讓核能供熱成為冬季供暖新選擇。
治理霧霾新路徑
核能供熱對于城市發(fā)展和環(huán)境保護(hù)意義重大
習(xí)近平總書記特別關(guān)心廣大群眾的供暖工作，2016年12月21日，他曾在中央財(cái)經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組第十四次會議上作出“推進(jìn)北方地區(qū)冬季清潔取暖”重要指示，指出要以清潔化為目標(biāo)，宜氣則氣，宜電則電。十九大報(bào)告也將“美麗”作為社會主義現(xiàn)代化強(qiáng)國建設(shè)的重要目標(biāo)，表明了建設(shè)美麗中國的決心和魄力。
“隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)展，供熱面積每年以5%至10%的速度遞增，很多地方都面臨熱源緊缺的問題。與此同時，我國北方地區(qū)供熱熱源主要來自化石能源，這是造成當(dāng)?shù)仂F霾非常重要的原因之一。因此，利用核能供熱來解決熱源緊缺、實(shí)現(xiàn)清潔供熱對于城市發(fā)展、環(huán)境保護(hù)有著非常重要的意義。”中國工程院院士江億指出。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國北方采暖范圍占國土面積的60%以上，采暖人口達(dá)7億以上。統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2000年至2013年，中國城市集中供熱面積逐年增長，2000年為11.10億平方米，2013年增長至57.17億平方米;隨著中國農(nóng)村城鎮(zhèn)化發(fā)展，預(yù)計(jì)到2020年將達(dá)到129億平方米。
目前，我國集中供暖的熱源仍以熱電聯(lián)產(chǎn)和區(qū)域鍋爐房為主，所使用的燃料仍然以煤炭為主，燃煤排放物是導(dǎo)致北方地區(qū)冬季霧霾的主要原因。“總體來看，北方取暖用能結(jié)構(gòu)單一、效率不高。北方燃煤取暖面積占取暖總面積的83%，天然氣、電、地?zé)崮艿惹鍧嵞茉慈∨瘍H占17%;城鎮(zhèn)地區(qū)僅有一半采取集中式供暖，廣大農(nóng)村等地基本采用散燒煤。其中，散燒煤年消耗約2億噸標(biāo)煤，占取暖用煤總量的一半，用能效率低，排放壓力大。”國家能源局副局長劉寶華說，相對于化石能源供熱，核能低碳供熱為解決北方冬季供暖污染問題提供了契機(jī)。
那么，核能供熱的社會效益究竟有多顯著?中國電力發(fā)展促進(jìn)會核能分會副會長兼秘書長田力給出了這樣一組數(shù)據(jù)：相對于化石能源，核能供熱低碳、清潔，環(huán)保效益明顯。一座400MW熱功率的核能供熱站可以滿足約1500萬平方米的冬季集中供暖需求，每年大約可替代32萬噸燃煤或16000萬立方米燃?xì)猓热济簻p排煙塵3200噸、二氧化碳32萬噸、氮氧化物2000噸、灰渣10萬噸;比天然氣減排二氧化碳26萬噸、氮氧化物1000噸;并且，大家最為關(guān)心的放射性物質(zhì)排放僅為燃煤的2%左右。
泳池式低溫供熱堆總監(jiān)控室。
技術(shù)儲備已成熟
我國已掌握能夠工程化應(yīng)用的低溫供熱技術(shù)
核能供熱不是一個新概念，其發(fā)展歷史可追溯至上世紀(jì)60年代至70年代。放眼全球，使用核能供熱并非新鮮事。國際上關(guān)于核能供熱領(lǐng)域的研究與應(yīng)用開展較早，國外大型反應(yīng)堆用于城市區(qū)域供暖在技術(shù)層面已經(jīng)非常成熟。
核能供熱主要有兩種方式：第一種是核電站在發(fā)電的同時采用抽氣供熱，稱為核熱電站。核熱電站反應(yīng)堆工作參數(shù)高，必須按照核電站選址相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)要求建在遠(yuǎn)離居民區(qū)的地點(diǎn)，從而在一定程度上導(dǎo)致發(fā)展受限。第二種是建設(shè)專用的小型低溫供熱堆，僅提供低壓蒸汽和熱水，稱為低溫核供熱站。該類型反應(yīng)堆工作參數(shù)低、安全性好，可以緊臨城市建設(shè)。
至今，核熱電站技術(shù)應(yīng)用已具有一定規(guī)模，全球有57座反應(yīng)堆在發(fā)電同時產(chǎn)生熱水或蒸汽用于區(qū)域供熱。其中，用于供熱的反應(yīng)堆堆型包括壓水堆、重水堆、石墨水冷堆、快堆。主要分布于寒冷的東歐。對于專用低溫核供熱站，加拿大、德國及法國等均開展了卓有成效的研究和開發(fā)。如今，專用低溫核供熱站技術(shù)已進(jìn)入工程使用階段。
我國從1981年提出低溫核供熱堆研究倡議開始，經(jīng)過30多年研究，已掌握了能夠工程化應(yīng)用的低溫供熱技術(shù)。“低溫供熱堆可長期在低溫下運(yùn)行，具有安全性高、技術(shù)成熟、系統(tǒng)簡單、運(yùn)行穩(wěn)定、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，并且建造成本低、運(yùn)行維護(hù)方便。”中國科學(xué)院院士王乃彥說。目前，我國已建成多座池式堆，如中國原子能科學(xué)研究院的49—2堆、微堆、CARR堆等，累積運(yùn)行中的已經(jīng)超過300座。
王乃彥指出，深池式低溫供熱堆因其常壓低溫運(yùn)行，水容積大，并且采用非能動余熱排出方式，在正常運(yùn)行和事故工況下，堆本體均不會出現(xiàn)超壓、失冷和堆芯裸露，且堆芯熔化幾率基本為零。因此，它具有很高的固有安全性，可做到不需要廠外應(yīng)急。加之其低溫供熱堆系統(tǒng)簡單，堆芯和設(shè)備易拆除和處置，水池屏蔽效果顯著，民眾最關(guān)心的安全性可得到有效保障。
泳池式低溫供熱堆內(nèi)部管道。
泳池堆是上佳之選
因技術(shù)成熟、安全性高而具有顯著優(yōu)勢
在“燕龍”泳池式低溫供熱堆發(fā)布同日，作為泳池式低溫供熱堆“演示驗(yàn)證—示范工程—商業(yè)推廣”三步走發(fā)展戰(zhàn)略的第一步，中國核工業(yè)集團(tuán)公司在中國原子能科學(xué)研究院啟動的供熱演示項(xiàng)目——泳池式輕水反應(yīng)堆(49—2堆)實(shí)現(xiàn)安全供熱168小時，具備為原子能院(院區(qū)包括兩座辦公樓和一座49—2堆廠房，總體供熱面積約1萬平方米)部分辦公樓供熱、功能演示及實(shí)操培訓(xùn)能力。
“這充分驗(yàn)證了泳池堆供熱的可行性和安全性，也標(biāo)志著中核集團(tuán)在核能供熱技術(shù)領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，為后續(xù)池式低溫供熱堆型號設(shè)計(jì)研發(fā)提供了有力技術(shù)支持。”中國核工業(yè)集團(tuán)公司科技與信息化部主任錢天林說。
“燕龍”是中核集團(tuán)在泳池式研究堆50多年安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，針對北方城市供暖需求開發(fā)的一種安全經(jīng)濟(jì)、綠色環(huán)保堆型產(chǎn)品。其原理是將反應(yīng)堆堆芯放置在一個常壓水池的深處，利用水層的靜壓力提高堆芯出口水溫以滿足供熱要求。熱量通過兩級交換后傳遞給供熱回路，再通過熱網(wǎng)將熱量輸送給千家萬戶。
據(jù)測算，一座400MW的“燕龍”低溫供熱堆，供暖建筑面積可達(dá)約2000萬平方米，相當(dāng)于20萬戶三居室。
“泳池堆是世界上最早建造的堆型，也是目前應(yīng)用最多的堆型。”原子能院副總工程師、泳池式低供熱堆總設(shè)計(jì)師柯國土介紹，池式供熱堆的原型是池式研究堆，目前全球共建設(shè)了200多座池式反應(yīng)堆，積累了一萬多堆年的安全運(yùn)行時間。
“這些安全運(yùn)行時間是最為寶貴的財(cái)富。我國也已建成10余座池式反應(yīng)堆，累計(jì)安全運(yùn)行超過300堆年。”柯國土介紹，作為一種技術(shù)成熟、安全性高的堆型，“燕龍”具有“零”堆熔、“零”排放、易退役、投資少等顯著特點(diǎn)，在反應(yīng)堆多道安全屏障的基礎(chǔ)上，增設(shè)壓力較高的隔離回路，確保放射性與熱網(wǎng)隔離。
此外，池式低溫供熱堆選址靈活，內(nèi)陸沿海均可，使用壽命達(dá)60年;在經(jīng)濟(jì)方面，熱價(jià)遠(yuǎn)優(yōu)于燃?xì)?，與燃煤、熱電聯(lián)產(chǎn)有經(jīng)濟(jì)可比性;并且反應(yīng)堆退役徹底，廠址可實(shí)現(xiàn)綠色復(fù)用。
“歷經(jīng)近兩年的不懈努力，型號研發(fā)設(shè)計(jì)進(jìn)展順利，今年底將完成初步設(shè)計(jì)工作，明年一季度完成初步安全分析報(bào)告編制，具備2018年開工條件，可滿足2020年供暖季的核能供熱目標(biāo)。”中國核工業(yè)集團(tuán)公司總經(jīng)理錢智民介紹，他們在開發(fā)“燕龍”的同時，將建立一套安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，便于在全國乃至全球推廣。(記者 齊 慧)
