【文/科工力量專欄作者 鐵流】

2021年12月，我國南方地區(qū)首個核能供熱項目——浙江海鹽核能供熱示范工程（一期）在浙江海鹽正式投運(yùn)，供暖面積達(dá)46萬平方米，惠及近4000戶居民。到“十四五”末項目全部建成，能夠滿足海鹽約400萬平方米供暖需求。

據(jù)測算，相對于南方地區(qū)的電取暖方式，該項目全部建成投運(yùn)后，每年可節(jié)約電能消耗1.96億度，為我國南方大規(guī)模集中供熱項目建設(shè)發(fā)揮了良好的示范作用。

核電廠余熱利用綠色環(huán)保

核電站發(fā)電過程中會釋放巨大的能量，一部分能量會轉(zhuǎn)化成電能，另一部分能量會轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉。核能供熱就是把這些原本耗散逃逸掉的熱能利用起來，從核電機(jī)組二回路抽取蒸汽作為熱源，通過廠內(nèi)換熱首站、廠外供熱企業(yè)換熱站進(jìn)行多級換熱，再經(jīng)市政供熱管網(wǎng)將熱量傳遞至千家萬戶。

核能供熱并非多么革新的技術(shù)，其很多技術(shù)原理核煤電廠供熱是類似的，都是充分利用電廠余熱供熱方、采熱方之間只有熱量交換，不存在其他任何介質(zhì)傳輸，這就避免了水或其他媒介接觸到核物質(zhì)，受放射性污染。具體來說，核電廠會在含放射性的一回路和熱網(wǎng)之間設(shè)置隔離回路，隔離回路會把熱能傳給熱網(wǎng)蒸汽回路，同時保證放射性也不會進(jìn)入熱網(wǎng)。熱網(wǎng)蒸汽回路則將熱能傳遞給千家萬戶。

為保障安全，核電站與供熱用戶間有多道回路進(jìn)行隔離，每個回路間不存在媒介交換，只傳遞熱能。目前，全世界400余臺在運(yùn)核反應(yīng)堆中有超過1/10的機(jī)組已實現(xiàn)熱電聯(lián)供，且已累計安全運(yùn)行約1000堆/年，從國內(nèi)外核能供熱實踐看，核能供熱是相對安全可靠的方案。

核能供熱最大的優(yōu)點(diǎn)就是綠色環(huán)保，不需要額外制造碳排量，不需要消耗化石燃料，只是對核電廠的余熱進(jìn)行利用。據(jù)測算，相對于南方地區(qū)的電取暖方式，浙江海鹽核能供熱示范工程全部建成投運(yùn)后，每年可節(jié)約電能消耗1.96億度。相對于燃煤火電機(jī)組，每年可減少燃用標(biāo)煤約2.46萬噸。相應(yīng)地每年減排二氧化硫1817噸、氮氧化物908噸、二氧化碳5.9萬噸，非常符合當(dāng)下減少碳排放的時代精神。

其實，浙江海鹽核能供熱示范工程并非國內(nèi)第一個核能供熱工程，早在2019年，國內(nèi)就建成“暖核一號”70萬平方米供熱項目，2021年11月，“暖核一號”450萬平方米供熱項目正式投運(yùn)。“暖核一號”位于山東海陽核電廠，被國家能源局命名為“國家能源核能供熱商用示范工程”，海陽核電1號機(jī)組成為世界上最大的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組。

（水熱同傳）

值得一提的是，海陽核電廠還實現(xiàn)了水熱同傳。海陽核電水熱同傳科技示范項目設(shè)計輸送量為每天180噸，依托海陽核電已有的海水淡化工程及供熱設(shè)施，將滿足飲用水標(biāo)準(zhǔn)的淡化海水加熱至85℃，利用一根管道輸送到用戶，并在此進(jìn)行水熱分離，熱量進(jìn)入熱力系統(tǒng)，放熱后的水進(jìn)入供水系統(tǒng)使用。目前，國內(nèi)在推進(jìn)水熱同產(chǎn)同送項目研究，如果海陽核電廠8臺機(jī)組全部完成改造，可實現(xiàn)供熱2億㎡、每日供水140萬噸，滿足周邊城市供水供熱需求。

低溫供熱堆可在北方靈活部署

除了核電廠余熱可以用于城市供暖之外，低溫供熱反應(yīng)堆也是一個不錯的選擇。

幾十年前，北歐就有民用核能供暖的核反應(yīng)堆。蘇聯(lián)在勃涅日涅夫時期，為了城市集中供暖的需要，也興建過核能供熱反應(yīng)堆。一些西歐國家也專門研究過低溫供熱堆，但在核能供熱反應(yīng)堆商業(yè)化運(yùn)營方面尚無成功范例。之所以蘇聯(lián)和瑞典能夠民用化，而西歐國家在商業(yè)化運(yùn)營方面遭遇困境，主要還是地理和氣候因素。

核電廠供熱是余熱再利用，發(fā)電是主業(yè)，供熱是副業(yè)，即便季節(jié)性供熱也不影響經(jīng)濟(jì)性。而低溫供熱堆是專用供熱堆，瑞典、蘇聯(lián)維度高，氣候寒冷，低溫供熱堆可以全年供熱。但西歐國家大多數(shù)是溫帶海洋氣候和地中海氣候，不需要像蘇聯(lián)和瑞典那樣進(jìn)行全年供暖，只需要季節(jié)性供暖。恰恰低溫供熱堆是專用供熱堆，并不能用于發(fā)電，這就使低溫供熱堆在非高緯度地區(qū)會產(chǎn)生較大浪費(fèi)，不適合商業(yè)化運(yùn)營。

我國于上世紀(jì)80年代初期開始研發(fā)核能供熱反應(yīng)堆，目前已有“燕龍”、“玲瓏”、“HAPPY200”等堆型。根據(jù)公開數(shù)據(jù)，一座400兆瓦的供熱堆，能給20萬戶三居室供暖，如果用這種核供熱堆來取代同等功率的燃煤鍋爐房，每年可減少32萬噸煤炭使用量。

將核供熱堆與高溫多效蒸餾工藝相結(jié)合，還可以用于海水淡化，一座200兆瓦核供熱堆可日產(chǎn)淡水約16萬噸，而成本只有約每噸5元。在國外缺水地區(qū)，這個價格還是很有市場競爭力的。比如阿拉伯半島部分國家，既臨海又缺水，還不差錢。

中國北方一些城市的淡水供應(yīng)嚴(yán)重依賴各種大型工程，比如天津“引灤入津”工程的引水長度達(dá)234公里，大連“引英入連”輸水管線工程全長達(dá)114.5公里，目前這些工程的成本由財政承擔(dān)，并沒有被計入淡水價格中。而如果將引水工程的真實成本計入淡水水價中，核供熱堆用于海水淡化在中國北方的部分缺水城市，也具備一定經(jīng)濟(jì)競爭力。

2019年，國家核電、上海核工院先后與國核吉林核電有限公司、國家電投黑龍江分公司簽署《吉林白山核能供熱項目總承包框架協(xié)議》和《國家電投佳木斯綜合智慧核能供熱示范項目工程總承包框架協(xié)議》。白山核能供熱項目將采用HAPPY200，該堆按雙堆布置，每年可替代32萬噸燃煤，為白山市提供800萬平方米的冬季采暖需求。佳木斯綜合智慧核能供熱示范項目采用國家電投上海核工院研發(fā)的一體化多功能供熱堆。之所以在白山市和佳木斯建設(shè)供暖堆，主要還是兩地地處東北高寒地區(qū)，適合部署低溫供暖堆。

就安全性而言，國內(nèi)各堆型均具有較高的安全性，可以從理論上排除發(fā)生類似切爾諾貝利核電站、福島核電站這樣事故的可能。從福島核事故來看，反應(yīng)堆的安全性高度依賴停堆后的能動降溫措施帶走堆芯余熱。當(dāng)?shù)卣鹨l(fā)的海嘯導(dǎo)致福島核電站全廠斷電后，所有能動降溫措施失效，而反應(yīng)堆內(nèi)的剩余裂變和裂變產(chǎn)物衰變會持續(xù)產(chǎn)生剩余功率，這使得堆芯溫度不斷上升，加上日本東電在處置中優(yōu)柔寡斷，最終誘發(fā)了有史以來最為嚴(yán)重的核事故。相比之下，國內(nèi)低溫供熱堆從設(shè)計之初就充分考慮了固有安全性，即便發(fā)生意外，冷卻水可以確保實現(xiàn)“零堆熔”。

結(jié)語

由于民間普遍存在“談核色變”的情況，這使核能供熱在輿論上容易受到非議。從全球的案例來看，無論是核電廠余熱供暖，還是低溫供熱堆供暖都是非常成熟的技術(shù)，在國內(nèi)外都有成功案例，是相對比較安全的技術(shù)。從適用條件來看，核電廠余熱供暖比較適合距離核電廠150公里以內(nèi)的城市，而低溫供暖堆比較適合北方寒冷地區(qū)，可以在寒冷地區(qū)靈活部署。隨著節(jié)能降耗和碳中和成為大勢所趨，核能供暖相對于煤炭取暖、天然氣取暖和電取供暖的優(yōu)勢會進(jìn)一步顯現(xiàn)。

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