模塊化小型堆用于集中供熱的減排潛力分析*

常德健，漆小玲，王 靜，廖翠萍?

（1.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，合肥 230026；2.中國科學(xué)院廣州能源研究所，廣州 510640；3.中國科學(xué)院可再生能源重點實驗室，廣州 510640；4.廣東省新能源和可再生能源研究開發(fā)與應(yīng)用重點實驗室，廣州 510640）

0 前 言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，建筑面積逐年增加，城鎮(zhèn)化率也不斷提高，在中國60%以上的地區(qū)、50%以上的人口需要供熱，用于集中供熱所需的能源消耗已不可小覷，每年用于集中供熱的煤炭至少需要5 億t，且逐年增長[1]。以煤炭為主的化石能源作為供熱的主要原料，導(dǎo)致了北方的空氣質(zhì)量嚴(yán)重下降，霧霾天氣頻繁出現(xiàn)，已經(jīng)嚴(yán)重影響了人民的身體健康和日常生活。與此同時，由于化石燃料的大量使用，致使二氧化碳（CO2）大量排放，導(dǎo)致了全球變暖等氣候變化問題。為此，中國政府積極推行能源結(jié)構(gòu)改革，世界各國也在積極尋找清潔的熱源，使能源結(jié)構(gòu)朝著多樣化方向發(fā)展。

模塊化小型堆供熱是模塊化小型堆以核裂變產(chǎn)生的熱能作為熱源的清潔供熱方式。根據(jù)國際原子能機(jī)構(gòu)的定義，每個模塊發(fā)電功率不超過300 MW的先進(jìn)反應(yīng)堆，稱為模塊化小型堆（small modular reactor,SMR）。SMR 可以單一或多模塊電廠形式進(jìn)行部署，在工廠內(nèi)完成模塊建造，根據(jù)需求運(yùn)輸?shù)焦迷O(shè)施進(jìn)行安裝[2]。

2018 年，葉奇蓁[3]通過調(diào)研，最先提出了核能供熱代替燃煤的必要性。SKLENKA 等[4]首次在國家層面上探究了SMR 的應(yīng)用潛力。SMR 的主要優(yōu)勢在于：安全性能較高，可建于大城市等人口密集地區(qū)周邊；靈活性較強(qiáng)，適應(yīng)負(fù)荷變化能力強(qiáng)；模塊化建造，建設(shè)周期短，首批機(jī)組3 年，后續(xù)機(jī)組2 年，可有效控制進(jìn)度[5]；相較于直接在工地建設(shè)，可有效減少建設(shè)成本；選址靈活，可用于偏遠(yuǎn)地區(qū)等。SMR 除可用于為中小電網(wǎng)、島嶼及偏遠(yuǎn)地區(qū)供電，還可用于城市集中供熱、工業(yè)供汽、核能海水淡化等領(lǐng)域[6-8]。因此，SMR 受到了國際核能界的高度關(guān)注，美國、俄羅斯、韓國、阿根廷等國都在積極開展小堆的研發(fā)和商業(yè)化的工作[9]，目前國際原子能機(jī)構(gòu)（International Atomic Energy Agency,IAEA）已經(jīng)收集了50 余種SMR，用于基礎(chǔ)發(fā)電、熱電聯(lián)供、海水淡化以及核動力武器裝備等不同的應(yīng)用[10]。

近年來我國用于集中供暖的能耗逐年增加，其在社會能源消費(fèi)總量的占比也整體呈上升趨勢，如圖1 所示。針對我國北方運(yùn)用傳統(tǒng)燃煤供熱導(dǎo)致的霧霾等環(huán)境問題，我國部分地區(qū)從2017 年起實施“煤改氣”“煤改電”工程，但這也導(dǎo)致了天然氣供需差值逐年增加（見圖2）以及電網(wǎng)負(fù)擔(dān)加重等困難[11-12]。

如果將SMR 用于集中供熱的能源供應(yīng)，則可以有效改善空氣質(zhì)量，解決能源和氣候問題，減少CO2排放，對我國碳排放達(dá)峰具有促進(jìn)作用。

圖1 城市集中供熱總量及其在能源消費(fèi)總量中占比Fig.1 Total amount of urban central heating and its proportion in total energy consumption

圖2 我國天然氣供需情況Fig.2 Supply and demand of natural gas in China

1 SMR 研究進(jìn)展

正在研究的SMR 類型主要有輕水堆、高溫氣冷堆、快中子堆以及熔鹽堆等。部分SMR 研究進(jìn)展見表1[10]。截至目前，大部分的SMR 處于初級階段，個別處于示范初期階段。

表1 部分SMR 研究進(jìn)展Table 1 Research progress of SMR

目前我國比較先進(jìn)的SMR 堆型主要有ACP100、HTR-PM 等。

中核集團(tuán)自主研發(fā)建設(shè)了SMR ACP100，并注冊了“玲瓏一號”的商標(biāo)。2016 年4 月，順利通過了IAEA 對其進(jìn)行的相關(guān)安全審查。2016 年8 月，中核集團(tuán)與海南省發(fā)展改革委員會達(dá)成共識，計劃在海南省昌江縣開展玲瓏一號的示范工程建設(shè)[13]，目前還處于建設(shè)過程中。我國在2004 年開始啟動HTR-PM（高溫氣冷堆）的項目，此項目在HTR-10試驗成功的基礎(chǔ)上進(jìn)行，早期主要是對其球床組件的制造。HTR-PM 采用了模塊化的設(shè)計，建設(shè)了兩個熱功率為250 MW 的模塊反應(yīng)堆。其示范工程于2012 年12 月在山東省榮成市開工建設(shè)，目前已經(jīng)進(jìn)入全面調(diào)試階段[14]。

由于我國其他的SMR 型多處于研發(fā)的初級階段，釷基熔鹽堆以及高溫氣冷堆等堆型裝機(jī)規(guī)模比ACP100 小，且ACP100 在應(yīng)用范圍和發(fā)展階段都具有一定的優(yōu)勢。因此，預(yù)計到2030 年，我國的SMR如果得以大規(guī)模應(yīng)用，主要以ACP100 的應(yīng)用為主。本文主要考慮ACP100 的應(yīng)用。

2 我國集中供熱現(xiàn)狀

我國目前供熱方式主要有燃煤鍋爐供熱、燃?xì)忮仩t供熱以及熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組等，供熱能源還是以煤為主的化石能源，這也是導(dǎo)致北方冬季長期霧霾天氣，以及CO2大量排放的主要原因。雖然部分地區(qū)已經(jīng)推行了“煤改氣”“煤改電”工程，但我國的資源稟賦仍然是“富煤貧油少氣”，在供熱問題上面臨著氣候變化與能源危機(jī)的雙重壓力。

根據(jù)我國2009-2017 年的國家城鄉(xiāng)建設(shè)統(tǒng)計年鑒，將不同行政級別地區(qū)進(jìn)行分別統(tǒng)計，包括城市、縣城、鎮(zhèn)、鄉(xiāng)以及鄉(xiāng)鎮(zhèn)特殊地區(qū)。針對我國的地域差異，本文將集中供熱地區(qū)分為三大地區(qū)，分別為嚴(yán)寒地區(qū)、寒冷地區(qū)和普通地區(qū)。嚴(yán)寒地區(qū)包括黑龍江、吉林、遼寧、內(nèi)蒙古、青海和新疆地區(qū)；寒冷地區(qū)包括北京、天津、河北、山東、山西、寧夏、陜西、甘肅、西藏以及河南部分地區(qū)[15]；普通地區(qū)包括除嚴(yán)寒與寒冷地區(qū)的其他采用集中供熱的地區(qū)。

將2010-2017 年各級地區(qū)集中供熱面積數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，得到全國2010-2017 年各供熱地區(qū)集中供熱面積，如圖3 所示。

圖3 2010-2017 年全國各供熱地區(qū)集中供熱面積Fig.3 Central heating area of heating areas in China from 2010 to 2017

從圖3 中可以看到，我國嚴(yán)寒地區(qū)和寒冷地區(qū)的集中供熱面積呈現(xiàn)逐年增長趨勢，普通地區(qū)的集中供熱面積處于上下波動的狀態(tài)，受南方的氣候變化影響較大。由此可見，集中供熱的需求很大，在集中供熱方向上，SMR 具有較大的應(yīng)用潛力。

3 模型建立與情景假設(shè)

3.1 模型建立

目前來看，我國集中供熱的方式以熱電聯(lián)產(chǎn)為主，還包括集中鍋爐供暖以及其他供暖方式，集中供熱能源則是以煤炭為主，天然氣為輔的結(jié)構(gòu)方式。本文將著重從能源消費(fèi)量的角度就SMR 對集中供熱的影響進(jìn)行分析，其中所有的情景假設(shè)都是用SMR 來替代多種集中供熱的方式。

以ACP100 小型堆為例，以2017 年為基準(zhǔn)年，建立模型分析集中供熱的能源消耗量、CO2排放量等參數(shù)，運(yùn)用情景分析法分別對2020 年、2025 年、2030 年進(jìn)行SMR 的替代分析，并計算在不同替代情景下SMR 的減排潛力。

在模型中，將對各個供熱區(qū)域的具體情況進(jìn)行分區(qū)討論。

能源消費(fèi)量模型：

式中：Mn（n=1,2）分別為我國集中供熱所消耗燃煤量、燃?xì)饬浚琸g（或m3）；ai（i=1,2,3）分別為嚴(yán)寒地區(qū)、寒冷地區(qū)和普通地區(qū)基礎(chǔ)（基準(zhǔn)年）供熱面積，m2；gi（i=1,2,3）分別為嚴(yán)寒地區(qū)、寒冷地區(qū)和普通地區(qū)相對于基準(zhǔn)年的集中供熱面積增長率，%；qi（i=1,2,3）分別為嚴(yán)寒地區(qū)、寒冷地區(qū)、普通地區(qū)供熱熱指標(biāo)，W/m2；Ti（i=1,2,3）分別為嚴(yán)寒地區(qū)、寒冷地區(qū)、普通地區(qū)供熱天數(shù)，d；ξn（n=1,2）分別為燃煤、燃?xì)夤崃空技泄峥偀崃康谋壤?；hn（n=1,2）分別為燃煤、燃?xì)鉄嶂?，MJ/kg（或MJ/Nm3）；ηn（n=1,2）分別為燃煤、燃?xì)鉄嵝剩?；ω為集中供熱管網(wǎng)效率，%；24為單位換算，每天24 h；3 600 為單位換算，每小時3 600 s。

集中供熱CO2排放量模型只考慮供熱端運(yùn)行狀態(tài)下的CO2排放量：

式中：G為我國集中供熱CO2排放量，kg；μn（n=1,2）分別為燃煤、燃?xì)獾腃O2排放因子，kgCO2/kg（或kgCO2/m3），原煤排放因子取1.9205 kgCO2/kg，天然氣排放因子取2.1759 kgCO2/m3[16]。

3.2 情景假設(shè)

以2017 年為基準(zhǔn)年，我國全國集中供熱總面積為102.56 億m2，其中嚴(yán)寒地區(qū)為43.48 億m2；寒冷地區(qū)為58.52 億m2；普通地區(qū)為0.56 億m2[17]。嚴(yán)寒地區(qū)、寒冷地區(qū)、普通地區(qū)各自的供熱時長分別取180 d、150 d 和120 d。燃煤熱值為29.3 MJ/kg，燃?xì)鉄嶂禐?6 MJ/Nm3。

從我國2010-2017 年各個供熱地區(qū)的集中供熱面積增長率（圖4）的分析可以發(fā)現(xiàn)，嚴(yán)寒地區(qū)和寒冷地區(qū)的集中供熱面積增長率相對較為穩(wěn)定，整體呈下降的趨勢，且趨勢漸緩，寒冷地區(qū)集中供熱面積年平均增長率要比嚴(yán)寒地區(qū)稍大，但是普通地區(qū)的集中供熱面積增長率忽高忽低，波動較大，但整體處于負(fù)增長狀態(tài)，供熱面積逐漸減少。

圖4 2010-2017 年全國各供熱地區(qū)集中供熱面積增長率Fig.4 Growth rate of central heating area of heating areas in China from 2010 to 2017

根據(jù)2010-2017 年的歷史數(shù)據(jù)，對未來集中供熱面積增長率進(jìn)行預(yù)測：嚴(yán)寒地區(qū)2017-2020 年集中供熱面積年平均增長率為9%，202-2025 年為7%，2026-2030 年為4%；寒冷地區(qū)2017-2020 年集中供熱面積年平均增長率為12%，2021-2025 年為9%，2026-2030 年為5%；普通地區(qū)2017-2030 年集中供熱面積年平均增長率為 ?5%。

將未來的集中供熱情景設(shè)定為兩種：一種為基準(zhǔn)情景，在此情景中，各地區(qū)供熱指標(biāo)會隨著國家標(biāo)準(zhǔn)和建筑節(jié)能技術(shù)的進(jìn)步逐漸下降，天然氣替代傳統(tǒng)燃煤比例逐漸增加，燃煤、燃?xì)庖约肮芫W(wǎng)輸送效率逐年提高；另一種為低碳情景，在此情景中，各地區(qū)供熱指標(biāo)會有更大幅度的下降，天然氣替代傳統(tǒng)燃煤比例也會更大，燃煤、燃?xì)庖约肮芫W(wǎng)輸送效率比基準(zhǔn)情景更高。兩個情景具體的假設(shè)分別如表2 所示。

根據(jù)SMR 替代的程度在基準(zhǔn)情景和低碳情景下分別設(shè)定了零替代、低替代和高替代三個情景。由于示范堆于2020 年左右建成，故2020 年無法實現(xiàn)替代。在零替代情景中，集中供熱未進(jìn)行SMR 的替代；在低替代情景中，使用SMR 對傳統(tǒng)的燃煤供熱進(jìn)行替代，幫助實現(xiàn)減排和控煤的目標(biāo)，使2025年、2030 年分別實現(xiàn)替代總供熱量的2%和8%；在高替代情景中，SMR 發(fā)展更為迅速，替代更多的燃煤供熱量，使2025 年、2030 年分別實現(xiàn)替代總供熱量的3%和15%。

供熱熱指標(biāo)根據(jù)我國的《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計規(guī)范》[18]，居住建筑未采取節(jié)能措施的為60～67 W/m2，采取節(jié)能措施的為45～55 W/m2，辦公建筑未采取節(jié)能措施的為60～80 W/m2，采取節(jié)能措施的為50～70 W/m2。對各集中供熱地區(qū)居住建筑和辦公建筑[19]進(jìn)行加權(quán)平均，確定各個地區(qū)的供熱熱指標(biāo)。2010 年之前已集中供熱面積按照未采取節(jié)能措施計算，2010 年之后新增集中供熱面積按照采取節(jié)能措施計算，其中由于普通地區(qū)的供熱面積自2010 年開始呈降低趨勢，故按照未采取節(jié)能措施計算?；鶞?zhǔn)情景中，嚴(yán)寒地區(qū)取較大值，寒冷地區(qū)取中間值，普通地區(qū)取較小值；低碳情景中，嚴(yán)寒地區(qū)取中間值，寒冷地區(qū)取較小值，普通地區(qū)按照節(jié)能建筑較小值計算。

表2 基準(zhǔn)情景與低碳情景設(shè)定Table 2 Benchmark scenario and low carbon scenario setting

2017 年，我國積極推行“2+26 城市”的煤改氣工程，使華北大部分地區(qū)實現(xiàn)了以天然氣為主的集中供熱。參考2017 年統(tǒng)計年鑒，我國一次能源消費(fèi)中天然氣和煤炭的比重，我國燃?xì)夤崃考s占集中供熱總熱量的10.39%，燃煤供熱量占89.61%[17]。基準(zhǔn)情景下，由于我國供熱的一次能源是燃煤和燃?xì)?，所以根?jù)所有的一次能源消費(fèi)中燃煤和燃?xì)馑嫉谋壤嬎愠鋈济汉腿細(xì)庠诩泄峤Y(jié)構(gòu)中相應(yīng)的占比。依據(jù)《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃》[20]以及國際石油技術(shù)大會名譽(yù)主席在國際石油技術(shù)大會上的講話，2020 年，我國燃?xì)夤崃考s占集中供熱總熱量的14.5%，燃煤占85.5%，預(yù)計到2025 年，我國燃?xì)夤崃考s占集中供熱總熱量的19%，燃煤占81%，到2030 年，我國燃?xì)夤崃考s占集中供熱總熱量的23.5%，燃煤占76.5%。低碳情景下，可再生能源快速發(fā)展，并開始應(yīng)用于集中供熱來替代傳統(tǒng)燃煤，2020 年、2025 年、2030 年分別替代總供熱量的1%、3%、5%的燃煤供熱量，燃?xì)夤崃空急炔蛔儭?020 年，我國燃?xì)夤崃考s占集中供熱總熱量的14.5%，燃煤占84.5%，預(yù)計到2025 年，我國燃?xì)夤崃考s占集中供熱總熱量的19%，燃煤占78%，到2030 年，我國燃?xì)夤崃考s占集中供熱總熱量的23.5%，燃煤供熱量占71.5%。

2017 年我國燃煤供熱平均熱效率約為70%[21]，先進(jìn)的燃煤鍋爐熱效率約為92%[22]?；鶞?zhǔn)情景下，隨著高效率燃煤鍋爐的普及，預(yù)計到2030 年，平均效率達(dá)到先進(jìn)鍋爐熱效率的92%。期間通過燃煤鍋爐的改造，2020 年，燃煤供熱平均熱效率為75%，2025 年，燃煤供熱平均熱效率預(yù)計達(dá)到82%。低碳情景下，先進(jìn)燃煤鍋爐熱效率進(jìn)一步提高，預(yù)計到2030 年，燃煤供熱平均熱效率達(dá)到95%。期間通過燃煤鍋爐的改造，2020 年，燃煤供熱平均熱效率為76%，2025 年，燃煤供熱平均熱效率預(yù)計達(dá)到85%。

2017 年我國燃?xì)夤崞骄鶡嵝蕿?0%，先進(jìn)燃?xì)忮仩t熱效率約為95%[23]?；鶞?zhǔn)情景下，隨著燃?xì)忮仩t節(jié)能技術(shù)的進(jìn)步，預(yù)計到2030 年，平均效率可達(dá)到先進(jìn)水平的95%。期間，到2020 年，燃?xì)夤崞骄鶡嵝侍岣呒s為91%，2025 年，燃?xì)夤崞骄鶡嵝始s為93%。低碳情景下，先進(jìn)燃?xì)忮仩t熱效率進(jìn)一步提高，預(yù)計到2030 年，燃?xì)夤崞骄鶡嵝蔬_(dá)到97%，2020 年，燃煤供熱平均熱效率約為91.5%，2025年，燃煤供熱平均熱效率預(yù)計約為95%。

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，集中供熱的管網(wǎng)輸送效率至少要達(dá)到90%。2017 年我國多數(shù)集中供熱管網(wǎng)輸送熱效率在60%～70%[24]，取目前輸送效率的平均值65%?；鶞?zhǔn)情景下，由于供熱管網(wǎng)多鋪設(shè)于道路、建筑下方，改造施工難度大，到2020 年，改造約1/5 舊管網(wǎng)，管網(wǎng)輸送平均效率約為75.5%，新建管網(wǎng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)，管網(wǎng)整體輸送平均效率達(dá)到約85.5%，2025 年，改造約1/3 舊管網(wǎng)，管網(wǎng)輸送平均效率約為82%，2030 年，改造約1/2 舊管網(wǎng)。低碳情景下，管網(wǎng)改造更加全面，新建管網(wǎng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)，管網(wǎng)整體輸送平均效率提高。

六種情景假設(shè)下，2017 年、2020 年、2025 年和2030 年的各種能源占比如圖5 所示。

圖5 六種情景下集中供熱的各能源占比Fig.5 Proportion of various energy sources of central heating under six scenarios

4 結(jié)果與討論

根據(jù)模型，對6 種情景進(jìn)行分析，得出每種情景下的燃煤、燃?xì)饬恳约癈O2的排放量數(shù)據(jù)，如表3。

表3 六種情景下的燃煤、燃?xì)饬恳约癈O2 排放量Table 3 Coal,gas and CO2 emissions under six scenarios

將基準(zhǔn)情景和低碳情景各自對應(yīng)的三個SMR替代情景進(jìn)行比較，通過計算，在基準(zhǔn)情景中，2030年SMR 通過對燃煤供熱量的替代，低替代和高替代分別較零替代減少CO2排放量1.3 億t 和2.5 億t。在低碳情景中，2030 年SMR 通過對燃煤供熱量的替代，低替代和高替代分別較零替代減少1.1 億t和2.1 億t 的CO2排放量。如圖6。

圖6 基準(zhǔn)情景（a）和低碳情景（b）中三種SMR 替代情景的CO2 排放量Fig.6 CO2 emissions of three alternative SMR scenarios in baseline scenario (a) and low carbon scenario (b)

由圖6 可以看出，在基準(zhǔn)情景中，零替代情景集中供熱的CO2排放量達(dá)到近16.5 億t；低替代情景相比零替代情景，CO2的排放量有減少的效果，在2025-2030 年出現(xiàn)稍微下降的趨勢；高替代情景相比零替代情景，CO2的排放量在2025-2030 年出現(xiàn)了明顯的下降趨勢。在低碳情景中，零替代情景集中供熱的CO2排放量大約為13 億t；低替代情景相比零替代情景，CO2的排放量在2025-2030 年呈下降趨勢；高替代情景相比零替代情景，CO2的排放量在2025-2030 年顯著下降。

SMR 首臺套成本高昂，按照每千瓦投資計算，我國的ACP100 設(shè)備單位投資是二代改進(jìn)型百萬千瓦機(jī)組的6 倍以上，ACP100 的總成本約62.25 億元，成本電價9～12 美分/(kW·h)，高于國外的mPower、Smart 等堆型[25]。國家支持資金與貸款優(yōu)惠利率對SMR 的成本影響較大，特別是在當(dāng)前條件下，SMR未形成產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，研發(fā)成本較高。

5 經(jīng)濟(jì)性分析

在目前情況下，我國集中供熱由北向南各地區(qū)的供熱單價逐漸升高，南方地區(qū)對于電價和煤價的敏感度更高，需要有合理的煤價補(bǔ)貼。但整體上看，全國的各供熱地區(qū)的含稅熱價平均約為58 元/GJ[26]，處于相對較低且合理的水平。

以我國的ACP100 為例計算，SMR 的運(yùn)營成本與燃料成本以美國現(xiàn)行核電的運(yùn)營和燃料成本為依據(jù)[27]，建設(shè)成本以當(dāng)前ACP100 的建設(shè)成本為基準(zhǔn)，假設(shè)2020 年開始建設(shè)SMR，年折現(xiàn)率5%計算[28]，確定到2030 年折現(xiàn)率為163%，銀行貸款利率按照5 年以上的6.55%計算，確定到2030 年總成本為189%。為確保SMR 得到充分利用，分析采取供暖期進(jìn)行集中供熱（180 d），非供暖期進(jìn)行發(fā)電上網(wǎng)（185 d）的形式計算收益，所有的成本和收益都包括非供暖期發(fā)電上網(wǎng)。其中，核能發(fā)電上網(wǎng)的效率依據(jù)我國2019 年統(tǒng)計年鑒中我國核電發(fā)電總量與核電裝機(jī)總?cè)萘坑嬎悖s為79%，核電上網(wǎng)電價0.43 元/(kW·h)[29]，原煤價格參考中國煤炭市場網(wǎng)482～608 元/t，目前我國主力機(jī)組供電煤耗為295.72 g/(kW·h)[30]。具體分析見表4。

依據(jù)表4 中的數(shù)據(jù)，以目前的ACP100 首臺建設(shè)成本來計算，可以得出年凈收益約400 萬元/MW，CO2減排成本約為53～70 元/t，投資的回收期約為48 年。減排成本并不太高，但是由于其初始建設(shè)的成本較高，導(dǎo)致投資回收期長達(dá)48 年，而SMR 的壽命為60 年，從目前來看，投資的收益并不可觀。未來隨著SMR 技術(shù)不斷成熟，高度的模塊化建造，將會有效降低建設(shè)成本，而多模塊統(tǒng)一控制的一址多堆等運(yùn)行措施可以有效降低運(yùn)營成本，使SMR 替代傳統(tǒng)化石能源進(jìn)行集中供熱將成為可能。

表4 2030 年SMR 用于集中供熱減排成本及投資回收期分析Table 4 Analysis of emission reduction cost and payback period of SMR for central heating in 2030

6 SMR 產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用面臨的主要制約因素

（1）我國的政策制度的制定較為謹(jǐn)慎。目前，我國仍采用大堆的相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)于SMR 尚未建立相關(guān)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)以及審批和監(jiān)管體系。以應(yīng)急計劃區(qū)為例，SMR 三區(qū)合一，可將應(yīng)急計劃區(qū)限制在廠區(qū)內(nèi)，而大堆有3～5 km 的限制區(qū)，如果SMR采用大堆的限制區(qū)，小堆優(yōu)良的安全優(yōu)勢將無法發(fā)揮。

（2）開發(fā)過程的高昂成本企業(yè)難以承擔(dān)。我國各核電企業(yè)對SMR 試驗階段的機(jī)組研發(fā)，包括首臺套的整個落地實施過程，都需要高昂成本，而單靠企業(yè)自己又很難承擔(dān)，因此需要政府提供相應(yīng)的資金保障，同企業(yè)形成合力來促進(jìn)SMR 的發(fā)展。

（3）需解決“談核色變”的社會壓力。雖然SMR的設(shè)計中充分保障了安全性能，但是要避免民眾的“談核色變”，不僅要在核能裝備的安全性上做足準(zhǔn)備，還要讓民眾對核電有更多的了解，信任核電。

（4）SMR 的多模塊化構(gòu)建是未來需要解決的重要問題。SMR 受限于各個單一模塊的大小，如果僅是單一模塊化，其適用范圍會受到一定限制。接下來需要解決多模塊的SMR 應(yīng)用問題，確保SMR 在未來應(yīng)用時可按照其使用的范圍來布置模塊的多少。

7 結(jié) 論

SMR 是核能未來發(fā)展方向之一，讓核能的利用有更多的可能，而集中供熱對于能源的消耗不可小覷，為保障我國能源供應(yīng)安全，同時有效實現(xiàn)國家的CO2減排目標(biāo)，SMR 為集中供熱部門CO2減排提供了更多選擇。本文通過分析我國集中供熱能耗發(fā)展趨勢，結(jié)合SMR 的發(fā)展?jié)摿?，討論了SMR 用于集中供熱的可行性和前景。得出以下主要結(jié)論。

（1）我國集中供熱面積逐年上升，2017 年我國城鄉(xiāng)集中供熱面積總量超過100 億m2，供熱能耗需求逐年增加，使用傳統(tǒng)化石能源會排放大量的CO2，預(yù)計到2030年集中供熱的CO2排放量約為16.4億t。

（2）在基準(zhǔn)情景中，2030 年SMR 進(jìn)行低替代和高替代相比于零替代可減少CO2排放1.9 億t 和3.6 億t；在低碳情景中，2030 年SMR 進(jìn)行低替代和高替代相比于零替代可以減少CO2排放1.6 億t和3 億t，以上數(shù)據(jù)為SMR 供暖與發(fā)電協(xié)同運(yùn)行。SMR 整體的CO2減排成本較低，約53～70 元/t。可見，基準(zhǔn)情景和低碳情景下，應(yīng)用SMR 都能有效減少CO2排放量，對我國碳排放的達(dá)峰有一定促進(jìn)作用。

（3）目前階段，SMR 首臺套費(fèi)用較高，由于SMR目前的建設(shè)成本較高，回收期較長，導(dǎo)致其不具備良好的投資潛力。因此，在技術(shù)不斷成熟過程中，逐漸降低建設(shè)成本，可促使SMR 有更好的應(yīng)用前景。

（4）長遠(yuǎn)來看，SMR 用于集中供熱需要解決三大問題：在制度層面，需建立與小型堆相適應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)，將小型堆獨(dú)特的優(yōu)勢考慮在內(nèi)并合理運(yùn)用；在經(jīng)濟(jì)層面，初始研發(fā)投入需要國家的資金支持，隨著技術(shù)的進(jìn)步，模塊化生產(chǎn)、多模塊統(tǒng)一控制都是降低成本的重要因素；在社會層面，亟需科普核能的相關(guān)知識，提高民眾認(rèn)可度。