核能綜合利用研究現(xiàn)狀和展望探討

李曉強

摘要：現(xiàn)如今，核能主要在發(fā)電行業(yè)當中得到應用，而在核能供熱以及海水淡化等方面所應用的反應堆數(shù)量較少。隨著我國科學技術的快速發(fā)展，特別是第四代核能系統(tǒng)技術的不斷更新和完善，核能的綜合利用水平也得到了明顯提升。本文針對核能綜合利用研究現(xiàn)狀進行分析，并提出具體展望，希望能夠為相關研究人員起到一些參考和借鑒。

關鍵詞：核能;綜合利用;研究現(xiàn)狀;展望

科學應用核能不僅能夠滿足能源供應需求，而且還能夠提升國家安全水平?，F(xiàn)如今，隨著“碳達峰”、“碳中和”目標的提出，“零碳排放”的核能發(fā)電越來越受關注，逐漸成為我國的一種重要清潔能源。其無間歇性的特點，可以減少受到外界自然環(huán)境條件所帶來的約束，能夠對化石能源進行大規(guī)模替代。隨著核能綜合利用研究工作的有效開展，核能的利用在技術成熟性、可持續(xù)性以及經(jīng)濟性等方面的優(yōu)勢也逐漸凸顯。

一、核能利用研究現(xiàn)狀

（一）高效發(fā)電

反應堆當中運行溫度超過700攝氏度的第四代先進核能系統(tǒng)，目前主要采用技術比較成熟的熱功轉換系統(tǒng)，該系統(tǒng)具體由閉式循環(huán)燃氣輪機和蒸汽輪機等系統(tǒng)組成。按照具體工作性質(zhì)進行分析，閉式循環(huán)燃氣輪機還可以具體分為氮氣輪機、氨汽輪機以及混合工質(zhì)輪機等。通過相關研究可以發(fā)現(xiàn)，當溫度逐漸升高后，熱功轉換系統(tǒng)的效率也會有所提升，與傳統(tǒng)蒸汽循環(huán)相比，熱循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)在高溫條件下可以對超過700攝氏度的核能系統(tǒng)高品質(zhì)熱量進行充分利用，從而保證發(fā)電的高效性。針對閉式循環(huán)燃氣輪機系統(tǒng)進行分析，其在中高溫熱源當中比較適用，可以對較高的熱功轉換效率進行獲取，技術優(yōu)勢主要表現(xiàn)在具有靈活的熱源和多樣性等方面。對比蒸汽輪機，閉式循環(huán)燃氣輪機具有較大的功率密度，尺寸相對較小，可以減少投資。此外，其用水量相對較少，因此在選址時靈活性較強[1]。

（二）核能制氫

應用第四代核能反應堆制氫，核心在于對高溫堆工藝熱進行應用。針對核反應堆進行分析，無論是熔鹽堆還是超高溫氣冷堆，其出口溫度都要高于700攝氏度，因此由其提供的熱能溫度，可以使高溫制氫要求得到有效滿足。在此過程中，系統(tǒng)效率與反應堆的熱能溫度提供具有密切聯(lián)系。現(xiàn)如今，核能制氫具體通過以下兩種途徑：首先，熱化學循環(huán)制氫，其主要對水蒸氣熱裂解時具有的高溫熱化學循環(huán)過程進行利用，具體通過反應堆對高溫熱進行提供。在熱化學循環(huán)路線當中，具體包括Ca-Br 循環(huán)、Cu-Cl 循環(huán)等，其與第四代堆技術路線相匹配。其次，高溫電解制氫，其主要以固體氧化物電解池作為具體的核心反應器，可以高效分解水蒸氣，從而對氫氣進行制備。高溫電解制氫技術具有清潔、高效以及過程簡單等優(yōu)勢，因此受到相關研究人員和企業(yè)的高度重視，目前已成為清潔能源聯(lián)用制氫的一項重要技術。針對高溫電解制氫技術進行分析，其具體包括電解堆、電解池、電極材料以及系統(tǒng)。

（三）海水淡化

在人類社會發(fā)展過程中，淡水、能源資源等具有十分重要的作用，也是人類生存不可或缺的關鍵條件。在獲取淡水資源時，可以通過海水淡化的方式，而在大規(guī)模海水淡化過程中往往需要消耗大量能量。所以，從可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā)，需要對基于核能的海水淡化技術進行有效應用。具體來說，海水淡化技術主要對膜分離以及蒸發(fā)等手段進行利用，可以有效分離出海水中的鹽分，從而對含鹽量較低的淡水進行獲取。在此過程中，所采用的技術具體包括熱壓縮多效蒸餾法、多效蒸餾法、反滲透法以及多級閃蒸法等。而此類海水淡化技術主要以熱能、電能等提供動力，因此與核反應堆耦合十分適用。

（四）核能供熱

我國多數(shù)地區(qū)需要在冬季進行供熱，而采取的供熱方式具體包括集中供熱、分布式供熱等。其中，集中供熱對燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)、燃煤鍋爐等進行應用，因此需要對大量煤炭進行消耗。對此，我國開展了相關煤改氣以及煤改電等工程項目，但同時也導致天然氣資源出現(xiàn)短缺問題，并加重了電網(wǎng)負擔。在此背景下，可以將核能這一清潔能源在供熱當中進行有效應用，其具有規(guī)模化、清潔以及低碳等優(yōu)勢，可以有效滿足供熱需求。而核能供熱所采取的方式具體包括兩種，分別為低溫核供熱以及核熱電聯(lián)產(chǎn)[2]。

二、核能綜合利用展望

針對未來發(fā)展過程中的能源低碳化需求，為了有效實現(xiàn)零碳排放目標，需要對核能以及可再生能源等進行充分利用。首先，可再生能源具有可再生、清潔以及資源豐富等優(yōu)勢，但其具有較大的間歇性和波動性，這使其與電網(wǎng)基礎設施之間的兼容性較差。而在對能源進行大規(guī)模使用時，需要對穩(wěn)定的基荷能源進行提供，從而有效調(diào)控電力輸出。其次，核能具有可持續(xù)的特點，而且還有著較高的可靠性和高效性，是唯一一種能夠對可調(diào)度基荷電力進行提供的清潔能源。因此，需要對核能與可再生能源融合的復合型能源系統(tǒng)進行有效構建，從而使能源低碳、高效、清潔等目標得到有效實現(xiàn)。

第四代核能系統(tǒng)主要對熔鹽傳蓄熱以及高溫制氫技術等進行利用，可以充分發(fā)揮出核能和可再生能源具有的優(yōu)勢。所以，現(xiàn)階段，需要具體從能源安全、經(jīng)濟等角度對各種清潔能源在全球能源體系當中的具體份額進行評估，同時還需要合理制定技術路線，對多能融合的核能和可再生能源的復合型能源系統(tǒng)進行開展，并要確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。在耦合使用這兩項技術時，需要對相關問題進行解決和克服，以此來進一步促進核能的綜合利用發(fā)展。

現(xiàn)如今，第三代核能系統(tǒng)已經(jīng)逐漸實現(xiàn)了大規(guī)模商業(yè)應用，其代表系統(tǒng)主要包括EPR、華龍一號等，可以使一段時期內(nèi)的核電發(fā)展需求得到有效滿足。相關研究人員需要對以熔鹽堆為代表的第四代核能系統(tǒng)和相關綜合利用技術加大研發(fā)力度，對國內(nèi)的研究機構以及企業(yè)優(yōu)勢進行充分調(diào)動，同時還應在政策上提供支持和保障，將這一任務納入到具體的國家科技專項當中，有效建設核能綜合利用示范項目，從而全面提升核能的綜合利用價值[3]。

結束語：

綜上所述，通過分析核能綜合利用研究現(xiàn)狀可知，目前核能的綜合利用技術水平已得到顯著提升，使核能在供熱、海水淡化、制氫和發(fā)電等方面逐漸得到了有效應用。在此背景下，我國相關研究人員需要進一步加大對核能綜合利用的研究工作，并對第四代核能系統(tǒng)進行有效研究，使其在高溫制氫、熔鹽傳蓄熱等方面的優(yōu)勢得到充分發(fā)揮，全面推動我國核能綜合利用的創(chuàng)新發(fā)展。

參考文獻：

[1]王建強，戴志敏，徐洪杰.核能綜合利用研究現(xiàn)狀與展望[J].中國科學院院刊，2019，34（04）：460-468.

[2]彭疆南，彭福銀.核能綜合利用發(fā)展趨勢[J].中國科技信息，2019，14（02）：107-108.

[3]徐洪杰，戴志敏，蔡翔舟，王建強.釷基熔鹽堆和核能綜合利用[J].現(xiàn)代物理知識，2018，30（04）：25-34.