積極推進(jìn)池式低溫供熱堆發(fā)展

王長(zhǎng)松　夏繼豪

【摘要】一次能源的多元化，是國(guó)家能源安全戰(zhàn)略的重要保證。實(shí)踐證明，核能是一種安全、清潔、可靠的能源。我國(guó)人均能源資源占有率較低，分布也不均勻，為保證我國(guó)能源的長(zhǎng)期穩(wěn)定供應(yīng)，核能將成為必不可少的替代能源。發(fā)展低溫供熱堆既有利于保障國(guó)家的核能安全和經(jīng)濟(jì)安全，還有利于改善我國(guó)的“核能供應(yīng)結(jié)構(gòu)”。

【關(guān)鍵詞】低溫供熱堆 安全性 社會(huì)效益

近年來(lái)，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快和工業(yè)化的高速發(fā)展，在為國(guó)家?guī)?lái)經(jīng)濟(jì)繁榮的同時(shí)，也對(duì)自然環(huán)境造成了巨大的影響，其中，尤以霧霾天氣的影響為最，其波及之深，影響之廣讓人怵目驚心。而燃煤排放物正是導(dǎo)致霧霾天氣形成的一個(gè)重要原因，尋找一種替代燃煤的新型清潔能源已刻不容緩。利用核能供熱的池式低溫供熱堆正是在這種情況下應(yīng)運(yùn)而生。

池式低溫供熱堆是利用核能作為熱源的一種新型動(dòng)力裝置，其作用相當(dāng)于集中供熱系統(tǒng)上的一座大型熱水鍋爐，與傳統(tǒng)的核電站反應(yīng)堆裝置不同，這種反應(yīng)堆在低溫低壓的條件下工作，只供熱，不供電，其技術(shù)要求相對(duì)簡(jiǎn)單，安全性、經(jīng)濟(jì)性更好。

一、池式低溫供熱堆的特點(diǎn)

（一）低溫供熱堆的固有安全性

池式低溫供熱堆，從它的核心部分直至全部供熱回路都處于低溫低壓的條件下，因此它與核電站用的反應(yīng)堆有很大的差別;但供熱用的反應(yīng)堆需要建造在用戶附近，這些用戶多是在人口密集，工業(yè)集中的地區(qū)， 必須防止和排除大規(guī)模放射性泄露的可能，確保城市居民與環(huán)境的安全，池式核反應(yīng)堆本身具有多方面的固有安全性：

1.反應(yīng)堆裝置采用常壓池式結(jié)構(gòu)，即使在滿功率運(yùn)行情況下，反應(yīng)堆水池平均溫度也低于常壓下水的沸點(diǎn)，池水不會(huì)沸騰，也不會(huì)向外噴泄。

2.水池埋入地下，外層配置有鋼保護(hù)殼，內(nèi)層設(shè)置金屬襯里，有較好的抗震性能。

3.在出現(xiàn)斷電引起的失流事故時(shí)，能夠通過(guò)高度差及溫差形成的自然循環(huán)，保證足夠的堆芯余熱排出能力。

4.池水的熱容量大，可以保證長(zhǎng)時(shí)間的余熱導(dǎo)出能力，為操縱員在停堆之后的操作贏得充裕的時(shí)間。

5.可提供負(fù)的反應(yīng)性溫度系數(shù)及負(fù)的氣泡反應(yīng)性系數(shù)，限制反應(yīng)堆功率的異常提升。

（二）低溫供熱堆的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)

其次，核能供熱與核能發(fā)電的作用是取代煤炭等燃料，而低溫供熱堆與一般的用于承壓發(fā)電的核裝置工作要求不同，進(jìn)而在經(jīng)濟(jì)性上與其相比也有很大優(yōu)勢(shì)：

1.由于低溫供熱堆裝置處于常壓的特點(diǎn)，所以堆芯部件及水池內(nèi)的結(jié)構(gòu)材料標(biāo)準(zhǔn)低于壓水堆的要求，不需要采購(gòu)技術(shù)要求及價(jià)格較高的壓力容器。

2.由于其對(duì)設(shè)備，閥門，管道處于低溫的環(huán)境，因此對(duì)設(shè)備安全級(jí)別的要求相對(duì)較低，可采用成本相對(duì)便宜的常規(guī)設(shè)備。

3.池式低溫供熱堆不僅可作為一種熱能提供裝置，而且可根據(jù)其常壓水池的方便特點(diǎn)，運(yùn)用相應(yīng)的設(shè)計(jì)，增加產(chǎn)品輻照功能，在滿足供熱功能的同時(shí)，提高經(jīng)濟(jì)收入。

（三）低溫供熱堆技術(shù)經(jīng)驗(yàn)成熟

目前，我國(guó)國(guó)內(nèi)已建成多做池式堆，累計(jì)運(yùn)行近500堆年，如中國(guó)原子能科學(xué)研究院的49-2對(duì)、微堆、CARR堆，中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院的岷江堆，中國(guó)工程物理研究院的300#堆，深圳大學(xué)的商用微堆，為池式常壓低溫供熱堆的設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（四）低溫供熱堆的法規(guī)體系的適應(yīng)性

基于國(guó)內(nèi)目前已建成的及在建的研究堆設(shè)計(jì)與建造經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)行的核安全法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)體系可適用于池式低溫供熱堆的開發(fā)：

1.池式低溫供熱堆的設(shè)計(jì)和建造滿足國(guó)家核安全局已頒發(fā)的現(xiàn)行的有效核安全法規(guī)和核安全導(dǎo)則的要求，同時(shí)參照國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)所頒布的最新安全標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.在滿足核安全要求的前提下，我國(guó)國(guó)家（或行業(yè)）的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范是從國(guó)際公認(rèn)和通用的先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范轉(zhuǎn)化過(guò)來(lái)的或者與其要求是相當(dāng)?shù)?同時(shí)，我國(guó)反應(yīng)堆設(shè)計(jì)也直接采用了國(guó)際公認(rèn)的和通用的國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范作為補(bǔ)充，在核安全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定、選用和執(zhí)行上，采用了更加嚴(yán)格和保守的做法。池式低溫供熱堆的設(shè)計(jì)和建造將執(zhí)行與國(guó)際公認(rèn)和通用的最新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范相當(dāng)?shù)暮穗娂把芯慷褬?biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

二、池式低溫供熱堆供熱市場(chǎng)分析

中國(guó)屬于北半球國(guó)家，氣候北寒南熱，北方地區(qū)絕大部分尤其是黃河以北省份是必須采暖的區(qū)域，需要采暖占全國(guó)面積的60%以上，采暖人口達(dá)7億。從供熱面積變化角度分析，根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2004年以來(lái)，中國(guó)城市集中供熱面積從2004年的21.63億平方米增長(zhǎng)至2012年的51.84億平方米，增長(zhǎng)了139.67%。從供熱總量的角度分析，我國(guó)居民對(duì)供熱供汽行業(yè)的需求不斷提高，2012年，我國(guó)熱水供熱量為24.38億吉焦，蒸汽供熱量為5.16億吉焦，總供熱量為29.54億吉焦。我國(guó)北方15個(gè)省份（稱為北方采暖地區(qū)）的城市居民采暖供熱需求占據(jù)全國(guó)采暖供熱市場(chǎng)的大部分，建筑采暖熱需求量約占全國(guó)總熱（汽）需求量的60%-70%。僅從我國(guó)城市集中采暖供熱行業(yè)供需平衡的角度分析，城市采暖供熱行業(yè)對(duì)熱源需求旺盛，各城市需求情況因城市發(fā)展情況不同而各異，其中，預(yù)計(jì)到2020年一般省會(huì)城市采暖缺口可高達(dá)3700-8500萬(wàn)平方米。因此，在城市邊緣選取出合適的低溫供熱堆廠址，不僅可以滿足城市居民的供暖要求，同時(shí)也可替代落后產(chǎn)能，在與霧霾天氣的“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”中贏得先機(jī)。

三、池式低溫供熱堆的社會(huì)效益分析

首先，低溫供熱堆的應(yīng)用可以保障國(guó)家能源安全，改善核能供應(yīng)結(jié)構(gòu)。

一次能源的多元化，是國(guó)家能源安全戰(zhàn)略的重要保證。實(shí)踐證明，核能是一種安全、清潔、可靠的能源。我國(guó)人均能源資源占有率較低，分布也不均勻，為保證我國(guó)能源的長(zhǎng)期穩(wěn)定供應(yīng)，核能將成為必不可少的替代能源。發(fā)展低溫供熱堆既有利于保障國(guó)家的核能安全和經(jīng)濟(jì)安全，還有利于改善我國(guó)的“核能供應(yīng)結(jié)構(gòu)”。

其次，核能供熱成本可控、價(jià)格具有競(jìng)爭(zhēng)力。經(jīng)過(guò)初步投資估算和財(cái)務(wù)分析，一座功率400MW的低溫供熱堆工程可供熱面積約1000-2000萬(wàn)平方米、建設(shè)周期能夠縮短到3年以內(nèi)，運(yùn)行壽命可以達(dá)到60年，且全部設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)自主化。在全年5個(gè)月的采暖期內(nèi)，供熱價(jià)約30元/GJ，與燃煤供熱鍋爐房供熱價(jià)相當(dāng)，遠(yuǎn)低于80-100元/GJ的燃?xì)夤醿r(jià)格。每年僅節(jié)約碳稅和運(yùn)輸成本就達(dá)到3000萬(wàn)元。因此核能供熱具有較大的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，可作為燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)和集中供熱的理想替代熱源。

第三，核能供熱低碳清潔，社會(huì)效益顯著。相對(duì)于化石能源供熱，核能供熱低碳、清潔，環(huán)保效益明顯。一座400MV核能供熱堆每年可替代32萬(wàn)噸燃煤或16000萬(wàn)立方米燃?xì)?，比燃煤減排煙塵3200噸、二氧化碳32萬(wàn)噸，二氧化硫6000噸，氮氧化物2000噸，灰渣10萬(wàn)噸;比天然氣減排二氧化碳26萬(wàn)噸、氮氧化物1000噸，而放射性物質(zhì)排放僅為燃煤的2%左右。如能進(jìn)一步統(tǒng)一核能供熱堆的管網(wǎng)建設(shè)，做到冬可采暖夏可制冷，則能帶動(dòng)核能供熱、制冷和輻照加工等新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展，既能落實(shí)綠色低碳的能源發(fā)展戰(zhàn)略，又可有效支撐城鎮(zhèn)化建設(shè)，社會(huì)效益顯著。

四、池式低溫供熱堆的發(fā)展思路及建議

一是發(fā)展核能，科普先行。充分發(fā)揮各方資源優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步推動(dòng)核能科普和公眾溝通工作。積極利用多種媒體，以深入淺出通俗易懂、喜聞樂(lè)見的方式，加大核安全科普知識(shí)的宣傳力度，特別是行業(yè)主管部門要適時(shí)澄清事實(shí)真相，全力消除公眾對(duì)核能利用的模糊認(rèn)識(shí)和恐核心理，為核能發(fā)展利用營(yíng)造良好的社會(huì)輿論環(huán)境。

二是加強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)，編制規(guī)劃。將發(fā)展核能，特別是低溫供熱堆列入相關(guān)發(fā)展規(guī)劃。建議組織編制省級(jí)核能利用發(fā)展規(guī)劃，明確發(fā)展核能的指導(dǎo)思想、規(guī)劃原則、主要目標(biāo)、重點(diǎn)任務(wù)、實(shí)施路徑，提早推動(dòng)實(shí)施勘測(cè)選址工作。同時(shí)建議將核能供熱納入城市供熱規(guī)劃中，明確核能作為基本供熱的定位，做好管網(wǎng)對(duì)接工作。

三是扶持產(chǎn)業(yè)，提供支持。城市供熱系公用事業(yè)，建議國(guó)家投入資金開展有關(guān)提高核能供熱堆技術(shù)、效能和經(jīng)濟(jì)性等方面的研發(fā)工作，以及核制冷、利用現(xiàn)有熱網(wǎng)集中供冷的研發(fā)工作。在核供熱價(jià)格及運(yùn)行成本上，建議政府制定相應(yīng)的優(yōu)惠政策，既有利于公眾購(gòu)買核能供熱服務(wù)，又能夠促進(jìn)核供熱企業(yè)的健康發(fā)展。

四是及早試點(diǎn)，逐步推廣。按照“政策引領(lǐng)、市場(chǎng)運(yùn)作”的原則，遵循“提早規(guī)劃，有效溝通，先行先試，加快建設(shè)，促進(jìn)轉(zhuǎn)型，盡早見效”的發(fā)展思路，以低溫供熱示范工程為核心，組建核能供熱開發(fā)公司。2016年，中國(guó)科協(xié)已組織中國(guó)核學(xué)會(huì)就核能取代燃煤鍋爐問(wèn)題展開了深入調(diào)研，建議及早試點(diǎn)并逐步推行用核能供熱替代燃煤鍋爐。建議選定示范區(qū)，確定用戶集群，按照安全性、經(jīng)濟(jì)性、可行性原則，以池式低溫供熱堆機(jī)組建設(shè)為突破口，積極穩(wěn)妥推進(jìn)核能供熱示范項(xiàng)目建設(shè)落地。

參考文獻(xiàn)：

[1]泳池式常壓低溫供熱堆技術(shù)經(jīng)濟(jì)初步論證報(bào)告.

[2]利用核能取代燃煤鍋爐治理關(guān)中城市群大氣污染的建議.科技工作者建議，2016（12）.

[3]田嘉夫，等.120MW池式低溫供熱堆.