中国报告网提示:随着我国城市化进程加快,以及“蓝天工程行动”推进,北方地区清洁供暖正酝酿出巨大空间。近年来,我国核能供热,尤其华北和东北地区的核能供热项

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核能供热:理想照进现实

随着我国城市化进程加快,以及“蓝天工程行动”推进,北方地区清洁供暖正酝酿出巨大空间。近年来,我国核能供热,尤其华北和东北地区的核能供热项目,已经走进公众视野。
参考观研天下发布《2017-2022年中国核能市场运营格局现状及十三五盈利前景预测报告》
目前,山东、河北、吉林等省均有意选择核能供暖。中核集团已针对北方地区清洁供暖需求,开发出“燕龙”泳池式低温供热堆,并与山东烟台、吉林省签署了相关项目合作协议。今年2月,国家能源局同意中广核联合清华大学开展国内首个核能供暖示范项目的前期工作,采用NHR200-II低温供热堆技术,在华北地区规划建设我国首个小型核能供暖示范项目。
核能供暖的经济性、安全性到底如何?与“煤改电、煤改气”相比,核能供热有何优势?未来,核能供暖模式可否在北方地区大规模推广应用?
核能供热存在空间
“目前,燃煤仍然是我国冬季供暖的主要热源。”中国工程院院士、清华大学建筑节能研究中心主任江亿说,“北方城镇70%的房屋是集中供热,其中,热电联产约占一半,剩下的一半是燃煤、燃气、锅炉房。”
公开信息显示,我国采暖范围遍布17个省,占国土面积的60%以上,采暖人口达7亿。目前我国主要的供热方式为集中供热和分散供热,集中供热每年消耗煤炭超过5亿吨,供暖行业升级形势严峻。
自清洁取暖行动启动以来,津京冀地区开始“煤改气、煤改电”工程,以缓解冬季频发的雾霾天气。但鉴于我国天然气资源稀缺的境况,在充分分析预估后,江亿认为,让天然气充当主要的基础供热,并不适用于我国国情。
相关数据显示,目前我国天然气消费量2130亿平方米,其中自产1400亿平方米,进口730亿平方米,占国际天然气贸易总量的7%。未来天然气若占能源总使用量15%的目标,每年至少要进口4000亿平方米,占国际天然气贸易总量的40%。
采用核能供暖并不是中国首创的技术。早在半个世纪前,北欧就有民用核能供暖的核反应堆。苏联在勃涅日涅夫时期,为了城市集中供暖的需要,也兴建过核能供热反应堆,而且还在部分社会主义国家得到应用。此外,德国、法国、瑞士、加拿大等国也都进行过核供热堆的研究与开发。
不过,除了苏联/俄罗斯一直在推动核能供热,以此解决冬季的供暖问题之外,世界上还没有特别成功的核能供热反应堆商业化运营的先例。
中国于上世纪80年代初期开始研发核能供热反应堆。本次成功研发出泳池式低温供热堆,是技术不断积累改进的最新成果。虽然并非革命性的技术进步,但其在经济性、安全性和热功率等方面都有不小的提升。泳池式低温供热堆无大型水源要求,内陆、沿海均可投用,尤其适合北方内陆地区;切实消除大规模放射性释放,无需厂外应急,厂址边界小,可贴临城市建设。不过,到目前为止,世界上并没有特别成功的商运先例。柯国土坦言,并不是技术上有难度,而是国外的分散式供热模式和较小的环境治理压力所决定的。从经济性上考虑,池式低温供热堆低温常压运行,无压力壳、安全壳、稳压器等复杂昂贵的设备,简化了工艺系统和安全设施,节省了土建投资和设备投资。核能供热成本可控,价格具有竞争力。初步估算,总投资约13.5亿元的400兆瓦单堆工程可供热面积约1000万平方米、建设周期能够缩短到3年以内,运行寿命可以达到60年,且全部设备能够实现自主化。在全年5个月的采暖期内,供热价约40元/吉焦,与热锅炉房供热价相当,远低于80~100元/吉焦的燃气供热价格。“利用‘49-2堆’开展供热试验研究只是第一步。”中核集团总经理钱智民表示,中核集团提出了泳池式低温供热堆“演示验证-示范工程-商业推广”三步走发展战略,计划2018年底示范工程完成核准开工,在2020年底或2021上半年实现供热。
资料来源:观研天下整理

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。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。

谈霾色变的季节又来了。雾霾让本该得瑟的北方人对整个供暖季都“累觉不爱”。

中国报告网提示:随着我国城市化进程加快,以及“蓝天工程行动”推进,北方地区清洁供暖正酝酿出巨大空间。近年来,我国核能供热,尤其华北和东北地区的核能供热项

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。

目前,我国供暖能源结构依然以煤炭为主,供暖系统中有60%以上的热源来自于燃煤锅炉或燃煤的热电生产。然而,供暖燃煤造成大量污染物的排放,将“供暖季”变成了“雾霾季”。有没有一种技术,在保证室内环境温度的同时还能保护室外环境?

“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、泳池式低温供热堆型号总设计师王献庭说。

11月28日,中国原子能科学研究院的泳池式轻水反应堆“49-2堆”实现安全供热168小时,标志着我国在核能供热技术领域取得重要进展。这为冬季供暖提供了一种新选择。

20世纪50年代中期,在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。

迟到了30年

到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。

核能供热就是将反应堆产生的热量通过两级换热传递给供热回路,供热回路与热网直接相连,将热量输送到千家万户。

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。

据了解,核能供热的历史最早可追溯至上世纪60年代。从上世纪70年代开始,前苏联、加拿大、德国、瑞士及法国等国家进行专门用于核供热堆的研究与开发,主要涉及壳式和池式等技术路线。

自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,大学对该校核能院泳池堆进行后,实现核能供热,连续两年向核能院大楼供热。1989年,大学又完成专用供热堆研发,功率为5兆瓦。

1983年底,清华大学对2兆瓦池式堆进行了技术改造,向工作区三幢面积1.6万余平方米的建筑物供暖两个冬季,开启了我国首次核能供热的工程试验。

“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。

“遗憾的是,推了30年,最终也没能落地。”原子能院科技委主任柯国土认为,究其原因主要是市场时机不够成熟,当时对于环保与新能源的关注远差于现在。目前,清华大学主要研究的是“一体化、自然循环”的壳式供热堆。

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。

随着雾霾日益严重,影响了我国国民经济发展和百姓生活质量,治理雾霾刻不容缓,寻找替代能源已迫在眉睫。在各种新型能源利用形式的衡量中,核能供热重新受到了广泛关注。

“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。

“三年前,我们业界开始提出核能供热,并对专用池式低温供热堆开展前期研究和经济可行性评价等工作。”柯国土介绍说,“半年前,我们开始对原子能院‘49-2堆’进行改造。在原反应堆二回路的基础上新增一条独立封闭的二回路,供热时,只需通过切换回路即可将热量传递给新建二回路,通过反应堆厂房内换热站的二次换热,将热量传递给供热回路,供热回路与供热管网连接,由供热管网将热量输送到院内两座办公楼及‘49-2堆’厂房中。”

“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。

零堆熔 零排放 易退役

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、农村生活方式的重要内容,是必须要做好的民生工程。按照国家发展委、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7400万吨。到2021年,北方地区清洁取暖率达到70%,替代散烧煤1.5亿吨。

我国自主设计、建造的第一座反应堆——“49-2堆”,位于原子能院里一幢不起眼的三层小楼中。目前,这幢小楼正由“49-2堆”供热。记者摸了摸楼道里的暖气片,有点烫手。

“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。

www.38238.com,“池式低温供热堆就是将堆芯放置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,以满足城市供热的温度要求。”柯国土说。

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。

既然是满足城市的供热需求,反应堆自然就建在了百姓家门口,安全性如何保证?柯国土把它的安全性概括为“零堆熔、零排放、易退役”。

“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,传递给供热回系统,供热回系统与热网连接,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系统、隔离回系统、供热回系统、余热冷却系统及其他辅助工艺系统。

池式低温供热堆堆芯位于水池底部,始终处于淹没状态。事故状况下即使不采取任何干预手段,大容量水可确保堆芯不裸露,实现“零堆熔”。同时,设置隔离回路,并使其压力高于一回路和供热回路,确保放射性水不漏到热网。

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。

“燃料包壳、堆水池、厂房及深埋地下等多重安全防线与屏障,能有效隔离放射性。”柯国土说,“一座400兆瓦的池式低温供热堆,对比同等规模的燃煤供热站,放射性释放仅为燃煤排放的2%左右,实现近零排放。”

“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。

记者看到,主控室显示的办公楼辐射剂量实测水平为0.13微西弗/小时,这相当于北京市的本底值。

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,其压力高于一回的压力,使放射性水不会漏到热网回,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。”

中国科学院院士王乃彦表示,池式反应堆是一种技术成熟度很高的堆型,在全球累计约1万堆年的运行实践中,保持了良好的安全运行记录。我国也已建成9座池式反应堆,累计安全运行超过300堆年。其系统设备简单,放射性源项总量少,仅为百万千瓦核电站的1%左右。

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2至3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40至60年,是燃煤锅炉的2至4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。

验证、示范、推广“三步走”

“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或更换,也不需对用户的采暖设备进行或更换。

池式低温供热堆无大型水源要求,内陆、沿海均可投用,尤其适合北方内陆地区;切实消除大规模放射性释放,无需厂外应急,厂址边界小,可贴临城市建设。

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,可以社会,人民。

不过,到目前为止,世界上并没有特别成功的商运先例。柯国土坦言,并不是技术上有难度,而是国外的分散式供热模式和较小的环境治理压力所决定的。

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。

从经济性上考虑,池式低温供热堆低温常压运行,无压力壳、安全壳、稳压器等复杂昂贵的设备,简化了工艺系统和安全设施,节省了土建投资和设备投资。核能供热成本可控,价格具有竞争力。

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。

初步估算,总投资约13.5亿元的400兆瓦单堆工程可供热面积约1000万平方米、建设周期能够缩短到3年以内,运行寿命可以达到60年,且全部设备能够实现自主化。在全年5个月的采暖期内,供热价约40元/吉焦,与热锅炉房供热价相当,远低于80~100元/吉焦的燃气供热价格。

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。

“利用‘49-2堆’开展供热试验研究只是第一步。”中核集团总经理钱智民表示,中核集团提出了泳池式低温供热堆“演示验证-示范工程-商业推广”三步走发展战略,计划2018年底示范工程完成核准开工,在2020年底或2021上半年实现供热。

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《“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,需要加强领导和规划。”李建敏,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,需要扶持。“应出台针对核能供热的鼓励性政策,既有利于购买核能供热服务,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。

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,解决中存在的‘邻避效应’问题。”李建敏,以深入浅出的形式,推动核能科普和沟通。可以组织代表赴核电厂参观考察,消除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。

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