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核能供热科普,还面临哪些“堵点”

  独命唱        2021-08-23 14:04:44

中国核能电力股份有限公司近日发布公告称,拟与多家公司共同出资,设立低温堆平台公司“中核燕龙科技有限公司”,以布局低温供热堆技术市场。在此之前,秦山核电与海盐县合作的核能供暖节能工程示范项目于7月28日在海盐开工,成为中核集团首个核能供暖节能工程示范项目。


从商用核电站供热到低温供热堆商业化推广,中核集团近期在核能供热领域的举动,引起业内对于核能清洁、低碳供热的关注。记者注意到,无论是大型商业核电站的热电联产,还是池式、壳式小型供热堆,都已有较为成熟的技术积累,但目前,真正“开花结果”的核能供热项目只有山东海阳核电站一例。

核能供热科普,还面临哪些“堵点”


究竟是哪些难题制约了核能供热的发展?碳达峰、碳中和目标指引下,核能行业能否把握机遇,尽快实现核能供热的产业化和规模化发展?


01、标准未明确,小堆供热落地艰难


根据中核集团此前发布的测算数据,一座40万千瓦的“燕龙”低温供热堆,供暖建筑面积可达约2000万平方米,相当于20万户三居室;运行过程中二氧化碳排放为零,相比燃煤供暖可以显著降低二氧化碳和污染物的大气排放。


纵观国内外,核能供热技术发展至今已超过50年,核电站厂区内供热、试验堆供热也早已实现,为何大面积的工程应用少之又少?

核能供热科普,还面临哪些“堵点”


记者了解到,出于对安全性等问题的考虑,大型商用核电站在规划、选址、建设过程中受一系列严苛标准的制约。包括“燕龙”在内,国内核电企业研发的专门用于生产热能的各类供热堆,在常压下运行,安全性高、技术成熟,但在实际工程中,却因为没有自身标准,不得不采用大型核电站的标准,致使项目推进异常艰难。


“主管部门认为,现在没有落地的项目,标准制定没有依托,想建标准要先做出项目。”某业内人士告诉记者,“但是,项目推进要开展前期工作,前期工作中的各项审查因为没有供热堆的标准,就只能参照大型核电站,这种‘先有鸡还是先有蛋’的局面一直没有突破。”


在建设定位上的差异,也使大型商业核电站供热比供热堆项目建设走得更快。

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“核电站本身已经通过了一系列作为发电定位的标准审批,再开展供热改造的流程就相对简单。”清华大学教授付林认为,“换个角度说,国家每年核准一定规模的核电项目,也为大型核电站开展热电联产这种供热模式提供了保障。根据现有规划,2030年-2040年,连云港以北的北方沿海地区按照1亿千瓦核电装机测算,就可满足50亿平方米的供暖需求,可覆盖北方地区1/4的冬季取暖需求。相比之下,小型供热堆的应用还存在不确定性。”


02、机制不顺畅基层缺乏推动意愿


上述业内人士指出,小型堆供热呼声持续多年,很多项目正在立项或已完成立项,但没有实质进展。“国家能源局在积极推进,但地方往往十分谨慎。”


“按照目前的流程,前期工作一年、建设周期两三年,核能供热堆工程周期过长,难以像燃煤、生物质锅炉等其他供暖形式一样立竿见影,这也使各地普遍缺乏上马核能供热项目以解决供暖问题的意愿。”中国电力发展促进会核能分会副会长田力告诉记者,目前相关部门正在推进相关课题研究,在安全标准不降低的前提下,为供热堆项目打造“绿色通道”,设计单位也在优化设计,希望让供热堆项目在未来像卖锅炉一样,能以商品化的方式快速建设应用。

核能供热科普,还面临哪些“堵点”


“供热堆本身是成熟技术的组合,但是核工业出于安全考虑,依然要求其在工程上完成各项试验流程。如果这些成本最后都集中在第一个示范项目中,而不是通过落地多个项目来摊薄成本,第一个示范工程的业主单位很难承受这个压力。”田力说。


“生产关系没有理顺,也制约了供热堆的发展。”一位核电行业专家指出,“核电企业主要力量集中在核电及其他领域,在供热堆投入的力量相对较小,设计方案不科学、工程造价虚高等问题,近年来都曾出现。企业应该凝心聚力,好好做一批项目出来,才能打开这片市场。”


03、成本待降低,供热价值应受重视


采访中,多位专家均指出核能供热在成本方面需进一步降低,抓住发展机遇的同时,保证企业平稳经营。


付林指出,单从经济性角度看,虽然供热堆在常压下运行,安全性有保障,但其只生产热能只用于供热,不像核电站的供热是利用余热,因此会对其投资经济性产生影响;池式堆承担基础热负荷时效率最高,但非供暖季以及供暖季、热负荷高与低的工况变化会影响其运行经济性,需要与其他常规采暖方式结合。”


“总体而言,消耗价格不菲的核燃料来替代烧煤,最终只用来做民生供热,基本没什么经济性。”一位从事设计的核电专家表示,“现在核能行业发展面临的主要问题不是安全性,而是经济性。核能供热要想谋求经济性,有必要向工业领域延伸,例如小型供热堆可以建在接近工厂的地方,这是大型核电站不具备的优势,在各地减碳目标的激励下,供热堆或将迎来发展契机。”

核能供热科普,还面临哪些“堵点”


“能源企业经常把更多注意力集中在‘电’上,‘热’往往被忽略。实际上热能不仅涉及民生,在工业生产中也不可缺少,核能供热可取代企业自备电厂,保证工业蒸汽供应的同时压减化石能源消耗。除了池式堆可用于民生供暖,壳式堆也能满足低品位工业用热需求,比如高温气冷堆就可以探索供应高品位工业蒸汽,在电力市场之外拓展新的发展空间。”田力表示,“内陆地区若能放开中小型核电站建设,就可以同时解决热和电的供应问题。”


核能供热


近日喜闻山东核电有限公司报道《全国首个核能商业供热!山东海阳核能供热来了》一文,据报道,在2019年11月15日,经过试运行后,山东海阳核能供热项目一期工程第一阶段正式投入使用,对70万㎡建筑面积正式供热。与此同时,海阳核电一期工程1、2号机组持续保持安全稳定运行,预计2019年全年发电量可达206亿度。海阳核电热电联产的方式,使居民用上了绿色电力和清洁供热。作为全国首个核能商业供热项目,海阳核能供热项目是创造性落实“加快推进北方地区冬季清洁取暖”要求的有力举措,是推动《北方地区冬季清洁取暖规划(2017-2021年)》实施的良好实践,还为核电行业开拓核能综合利用领域作出了有益的尝试和探索,开启了核能综合利用新纪元。


那么核能供热在我国的发展历史如何?存在什么问题?核能供热的安全性如何?如何做好核能供热项目的公众沟通工作?这一系列的问题随着海阳核能供热项目的实施,逐渐显现了出来。


核能供热目前可实现的主要有两种方式,一种是建一个靠近居民生活区小型反应堆,对附近的居民进行供热,另一种是利用现有的大型核电厂,从核电机组二回路抽取蒸汽作为热源,通过换热站进行换热,然后经市政供热管网将热量传递至最终用户。还有一种采用化学热管远程核供热系统正在研发,它利用高温蒸汽热源进行可逆反应,在常温下通过管道送到用户,在再生装置中产生逆反应放出化学热,以供用户应用。这种方法可将大规模的核热送到远处供大片地区使用。目前投入使用的海阳核电供热项目属于第二种方式。


核能供热的优点十分明显。首先是可以显著降低二氧化碳和污染物的大气排放,改善供热区的空气质量。其次,由于核裂变能的能量密度大,核能供热具有稳定可靠而且可以大规模开发利用的优势。采用大型核电厂热电联供的方式,还可以提高核电厂的综合效益。核能供热以清洁高效的供暖方式改善民生、造福地方,具有居民供暖价格不增加、政府财政负担不增长、热力公司利益不受损、生态环保效益巨大、提高核电厂效率、拉动新产业等多个效果,真正实现企业与地方、环境、公众的协调发展和多方共赢。


城市集中供热所需温度不高,正在研究开发的低温供热堆的压力只有1~2兆帕,可以输出100°C左右的热水供城市应用。由于反应堆工作参数低,安全性好,是一种有可能建造在城市近郊的供热方案。但是由于要建造在人口密集区域,对其安全性就会提出更高的要求。据报道,2017年11月28日中核集团发布了可实现区域供热的“燕龙”泳池式低温供热堆的设计方案。该方案就是采用安全系数较高的游泳池式堆的设计,所谓游泳池式堆,就是把堆芯设计在一个巨大的水池的底部,实现在任何情况下堆芯都可以被水浸泡着,从而实际消除场外重大放射性释放。这种设计方案,具有固有安全性好,功率大小灵活,无须场外应急准备,可以建造在人口密集区等优点。但是,由于只有供热季节可以使用,温度参数太低从而导致在非供热季节无法发电,使得其经济效益比较差,为了保证供热堆和热力公司均有获利,会造成居民的供暖价格比较高,否则就需要大量的财政补贴,增加政府负担。而且,由于供热堆靠近居民生活区,存在较大的公众沟通工作量,因此这种方式的核供暖并还没有真正实现。


而第二种方式的核热联供电厂,它和普通热电联供的火电厂原理相似,只是用核电厂的高温蒸汽供热。核热电厂反应堆工作参数高,非供热季节也可以发电,发电和供热两不耽误,综合经济效益好。但是核电厂须建在相对远离居民区的地点,从而使它的供热范围受到一定的限制。


在世界上有些国家早就已经开展核能供热,在已运行的核电厂中,有十余座已经实现抽汽供热方式的热电联供。


来源:中国能源报, 核能科普ABC

注:文章内的所有配图皆为网络转载图片,侵权即删!

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