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添加时间:2022-12-16 13:58:58

  在核能供暖的整个过程中,只有“蒸汽加热水”和“水加热水”这两种模式,核电站与供暖用户间有多道回路进行物理隔离,回路间只有热量的传递,没有水的交换,也就不会有任何放射性物质进入到用户的暖气管道内。

  入冬后,我国北方各城市的供暖季如约而至,而山东省海阳市的供暖方式却与其他地方有所不同。前不久,国内最大的核能供热项目——“暖核一号”核能供热工程正式启动今冬明春供暖,为海阳市的20万居民送上了温暖。

  此外,上个月,我国东北地区首个核能供暖项目——辽宁红沿河核电站核能供暖示范项目也开始正式投运供热,该项目可惠及当地近2万居民。

  那么,到底什么是核能供暖?核能供暖相比传统供暖模式有何优势?核能供暖会带来辐射吗?针对上述问题,科技日报记者采访了相关专家,为您带来权威解读和专业科普。

  我国北方大多数地区都采取集中供暖方式,利用热电联产电站或各类燃煤、燃气锅炉对水进行加热或制造低压蒸汽,经换热站换热后,再将市政供热管网内被加热后的水送至千家万户。

  其中,加热水或制造低压蒸汽的阶段被广大网友戏称为“烧开水”阶段。抛开设备、规模等方面的差别不谈,这一阶段和烧开水确实有不少相似之处。

  想要“烧开水”,首先就要有热源。在家里要想把水烧开,可以用燃气灶或者电水壶。而在大规模供热中,想要高效率地把水“烧开”,则需要使用热值(表示燃料质量的重要指标)较高的煤炭、天然气或者发电厂的余热等。长期以来,我国北方地区集中供热的“功臣”主要是各类燃煤、燃气锅炉或火电机组,燃煤供热比重高达70%到80%。

  传统供暖方式成本较低,但是会产生大量的温室气体。据清华大学建筑节能中心测算,2018年我国建筑运行碳排放量在21亿吨左右,约占全社会排放总量的20%。其中,我国北方城镇供暖能耗为2.12亿吨标煤、碳排放量约为5.5亿吨,这大约相当于2亿辆小轿车一年的碳排放量。

  有人将目光投向了核能。相比于风能、太阳能等新能源,核能具有稳定性强、能量密度大等特点,是冬季供热的更优选择。

  在许多人的印象当中,核能最直接的应用似乎是发电。事实上,核电站的发电原理和传统火电站是非常相似的,它也可以像火电站一样,做到热电联产,也就是既发电又供热。

  核电站最常见的堆型之一是压水堆,这也是目前我国热电联产式核电站的主要堆形。该堆型就是把核反应堆用“高压锅”装起来,整个系统由若干个回路组成:其中一回路是核电站最核心的地方,相当于火电厂的锅炉,核裂变反应在这里发生以后,会产生非常多的热量,将高压水加热到300摄氏度以上。

  二回路的水通过蒸汽发生器,吸收一回路中水蒸气的热量,使其变为饱和蒸汽,推动汽轮机做功之后冷凝变成水,继续进行封闭循环。

  如果需要供热,就在原有核电机组的基础上进行改造,将其改造为热电联产式核能供暖机组。启动供热后,就从机组抽取部分蒸汽进入热网加热器,加热三回路的水完成“汽—水”热交换,三回路的水在热力公司加热四回路的水完成“水—水”热交换,这样的操作还可以持续到五回路甚至更多。最终输出的水,就成为传导到居民家中的“供暖水”了。

  “‘暖核一号’核能供热工程就是从核电机组抽取蒸汽作为热源,在物理隔绝的情况下,进行多次热量交换,最终通过市政供热管网将热量送到用户家中。”国家电力投资集团有限公司山东核电有限公司(以下简称国家电投山东核电)党委书记、董事长吴放解释道。

  2019年,“暖核一号”一期3.15万千瓦核能供热工程投运;2021年,“暖核一号”二期20.25万千瓦核能供热工程投运,助力海阳市成为全国首个“零碳”供暖城市。吴放说,“暖核一号”二期核能供热工程正式供暖后,首个供暖季节约原煤约18万吨,减排二氧化碳约33万吨、烟尘1243吨、氮氧化物2021吨、二氧化硫2138吨;同时,海阳市居民住宅取暖费每建筑平方米较核能供热前下调了一元。

  目前,“暖核一号”三期900兆瓦核能供热工程正在按计划稳步推进,计划于2023年底供暖季投运,届时将实现跨区域供热,供热面积可达3000万平方米,能满足约100万人口的取暖需求,同时可替代原煤消耗90万吨、减排二氧化碳165万吨。

  虽然核能供暖好处多多,但是在现实生活中,一些人谈核色变,尤其是在核能供暖的过程中,有人担心暖气管里的水是直接从核电厂加热后流出的,因而会有辐射。

  要想回答这个问题,首先要搞清楚一点,核能供暖不等于核供暖。目前,世界上没有任何一种技术,能够把核燃料直接拿来作为热源,都是要经过层层介质转换才能实现供暖。

  “热电联产式核能供暖机组与一般的热电联产机组最大的不同,就在于前者代替了煤炭、天然气等化石能源燃烧,以核裂变方式产生热量。”吴放进一步表示,在核能供暖的整个过程中,只有“蒸汽加热水”和“水加热水”这两种模式,核电站与供暖用户间有多道回路进行物理隔离,回路间只有热量的传递,没有水的交换,也就不会有任何放射性物质进入到用户的暖气管道内。

  说白了,使用核能供暖的居民,他们家里暖气管道内的热水,并不是直接从核电站里流出来的,而是经过层层换热后被“捂”热的水。核电站只是为供暖企业提供热源,并不直接负责向居民家里供热。

  “除此之外,居民家中暖气管里的热水也只是在小区内部封闭循环,与核电厂层层隔离,没有任何接触,十分安全。”吴放总结道。

  好处多多的核能供暖,其实并非新概念。早在半个世纪前,北欧一些国家就已经有相关应用,还有的国家曾经兴建过核能供热反应堆,我国早在上世纪80年代也开展过相关研究工作。

  首先,建造一个热电联产式核能供暖机组需要解决较多的技术问题,一些技术问题的攻关难度很高。

  除此之外,仅仅有了技术上的突破还远远不够。核电厂在改造施工的过程中,因其特殊性,施工的安全和技术难度极大;同时,热电联产式核能供暖机组由于需要大量冷水进行冷却,不适宜在缺水的内陆地区进行修建。

  另据行业内相关人士表示,若进行跨区域核能供暖,就会涉及到市政规划、管网铺设、热企衔接、费用核算等一系列问题,这些问题虽然不是技术性难题,但可能比攻克技术难题还要耗费功夫。

  与此同时,核反应堆需要建在无人居住的海边,或者周围一定范围内没有人烟的区域,为了后期将热量进行传送,需要建设非常长的导热设施,那么热量在传导过程中的耗损有多大,目前尚需进一步研究。

  面对种种难题,“暖核一号”的经验或许能够为全国热电联产式核电机组的建设运行提供借鉴。

  “我们已经拥有‘园区级’(供热能力30兆瓦)辅汽供热模块、‘县域级’(供热能力200兆瓦)抽汽供热模块、‘区域级’(供热能力900兆瓦)大规模抽汽供热模块等多个技术标准化方案,这些方案可向全国进行复制推广。”吴放表示。

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