燕龍：保衛(wèi)藍(lán)天力無邊 助力雙碳我當(dāng)先

記者/李國良

柯國土

在寒冷的冬季，供熱是民眾最關(guān)注的民生問題。據(jù)悉，我國冬季采暖范圍遍布全國17 個省、市、自治區(qū)，占國土面積的60%以上，采暖人口達(dá)到7 億以上。值得關(guān)注的是，多數(shù)地區(qū)仍采用傳統(tǒng)的鍋爐房，每到采暖季，霧霾就會變得更加嚴(yán)重，采暖季也被戲稱為“霧霾季”。因此，低碳清潔采暖愈發(fā)成為百姓的期待。核能作為一種安全、清潔零碳的能源，已為我國電力供應(yīng)作出重要貢獻(xiàn)，早日為北方冬季清潔供暖出一份力，為國計(jì)民生再立新功，一直是核工業(yè)人的“初心和使命”。

引領(lǐng)核能供熱的“燕龍”

核能供熱不是一個新概念，早在20 世紀(jì)70 年代時，蘇聯(lián)、加拿大、德國、瑞士等國就進(jìn)行了核能供熱反應(yīng)堆的研究與開發(fā)，其主要堆型包括殼式、池式以及池殼式三種類型。我國從1981 年提出低溫核供熱堆研究倡議開始，經(jīng)過30 多年的探索，已掌握了能夠工程化應(yīng)用的核能供熱技術(shù)。

其中，池式反應(yīng)堆是世界上最早建造的堆型，已建成150 多座，在半個多世紀(jì)累計(jì)1 萬多堆年的運(yùn)行實(shí)踐中，保持了良好的安全運(yùn)行記錄。僅在中國，便已建成9 座池式反應(yīng)堆，累計(jì)安全運(yùn)行超過400 堆年，其安全性早已被證實(shí)。因此，在我國知名反應(yīng)堆工程研究設(shè)計(jì)專家柯國土研究員看來，泳池式低溫供熱堆這一堆型是當(dāng)前解決我國清潔采暖問題的不二之選。

民有所呼，我有所應(yīng)。以柯國土總設(shè)計(jì)師為首的“燕龍”研發(fā)團(tuán)隊(duì)，隨即著手頂層策劃和方案設(shè)計(jì)，從經(jīng)濟(jì)性、工程性、安全性及環(huán)保等多維度，對反應(yīng)堆的功率、溫度、換料時間等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行反復(fù)統(tǒng)籌論證，梳理并制訂關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)計(jì)劃。終于，在2017 年11 月，400MW“燕龍”泳池式低溫供熱堆在北京應(yīng)運(yùn)而生。所謂“燕龍”，顧名思義，誕生于燕山腳下的中國原子能科學(xué)研究院，將造福于我國北方廣袤的“燕趙”大地。

一座（400MW）池式低溫供熱堆，究竟意味著什么呢？我們可以提供一些這樣的具體數(shù)據(jù)，讓其變得更加具體化。比如，它的供暖建筑面積可達(dá)約1500 萬平方米，相當(dāng)于20萬戶三居室。對比同等規(guī)模的燃煤供熱站，一年可替換約34.4 萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤或2.8 億立方天然氣，相當(dāng)于減少溫室氣體排放約91 萬噸；它不僅沒有碳、氮、硫、灰渣、煙塵等排放，在放射性排放方面也僅為燃煤的2%，可以說實(shí)現(xiàn)了近零排放。因此，無論是供熱需求，還是環(huán)保需求，“燕龍”泳池式低溫供熱堆都達(dá)到了設(shè)計(jì)研發(fā)的初衷。

2017 年11 月28 日，原子能院泳池式輕水反應(yīng)堆（49-2 堆）完成供熱改造并實(shí)現(xiàn)安全連續(xù)供熱168 小時，具備為原子能院部分辦公樓（原子能院區(qū)兩座辦公樓和一座49-2 堆廠房，總供熱面積約1 萬平方米）提供供熱、功能演示及實(shí)操培訓(xùn)能力，順利地實(shí)現(xiàn)了“燕龍”泳池式低溫供熱堆“演示驗(yàn)證-示范工程-商業(yè)推廣”三步走發(fā)展戰(zhàn)略的第一步。

2020 年12 月，“燕龍”泳池式低溫供熱堆標(biāo)準(zhǔn)初步設(shè)計(jì)完成。與此同時，形成了一整套泳池式低溫供熱堆設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，并已申請專利60余件。這些研發(fā)成果將為“燕龍”示范工程落地提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

眾所周知，任何一個項(xiàng)目，尤其是事關(guān)民生的重大項(xiàng)目，需要多重驗(yàn)證，“燕龍”泳池式低溫供熱堆也不例外。從演示驗(yàn)證到示范工程再到商業(yè)推廣，每一步，“燕龍”研發(fā)團(tuán)隊(duì)都走得嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致。尤其是對燃料組件、池內(nèi)構(gòu)件、控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)等關(guān)鍵設(shè)備，安排了十多項(xiàng)驗(yàn)證試驗(yàn)項(xiàng)目，經(jīng)歷科研樣機(jī)、工程樣機(jī)到產(chǎn)品的全過程，以充分驗(yàn)證設(shè)備的功能、可靠性及壽命，為泳池式低溫供熱堆的安全運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

“認(rèn)真走好每一步，一切為了綠色供熱服務(wù)?！边@是“燕龍”標(biāo)簽，亦是“燕龍”研發(fā)團(tuán)隊(duì)的責(zé)任和使命。

走進(jìn)燕龍的“核心”世界

在現(xiàn)實(shí)世界中，人們可選擇的供熱方式有很多，比如，煤炭，燃?xì)?，木材等都可以提供熱量，但每一種方式的弊端也是顯而易見的，選擇綜合性能比高的供熱方式，才是最優(yōu)的選擇。毫無疑問，“燕龍”泳池式低溫供熱堆就是目前的最優(yōu)選。

從經(jīng)濟(jì)性而言，核能供熱成本可控，土建設(shè)備投資少，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低，退役費(fèi)用低。一個反應(yīng)堆建成后，主要的成本是核燃料的費(fèi)用和人員成本，而由于核燃料能量密度極高，一公斤鈾-235 相當(dāng)于2700 噸標(biāo)準(zhǔn)煤，一座400MW“燕龍”燕龍泳池式低溫供熱堆運(yùn)行一年消耗燃料不到10噸，所以燃料成本遠(yuǎn)比燃煤供熱站低；另外，池式低溫供熱系統(tǒng)簡單，運(yùn)行維護(hù)簡便，被譽(yù)為“傻瓜堆”，在技術(shù)上完全可以做到“一鍵啟停、無人值守”，從而減少運(yùn)行和維護(hù)人員，降低人員成本。

重要的是，根據(jù)池式低溫供熱堆自身的特點(diǎn)，冬天可供熱，可夏天可用于海水淡化或制冷，而且在利用熱量的同時可以利用其中子開展核科學(xué)技術(shù)研究，燃料、材料考驗(yàn)，同位素生產(chǎn)，單晶硅中子摻雜，真正做到“一堆多用“，從而進(jìn)一步提高“燕龍”泳池式低溫供熱堆的經(jīng)濟(jì)性。

從安全性而言，“燕龍”泳池式低溫供熱堆屬于“固有安全反應(yīng)堆”。其堆芯位于深水池底部，始終處于淹沒狀態(tài)；在任何事故下，依賴反應(yīng)堆固有負(fù)反饋特性可實(shí)現(xiàn)自動停堆；停堆后不采取任何余熱冷卻手段，1800 噸水可確保半個多月堆芯不裸露，實(shí)現(xiàn)“零堆熔”。

與此同時，“燕龍”泳池式低溫供熱堆系統(tǒng)簡單，占地面積小。一座400MW“燕龍”供熱站僅需30 多畝廠址，而放射性源項(xiàng)總量僅為百萬千瓦核電站的1%左右，易于拆除、處理，退役時間短，退役費(fèi)用少，燒過的乏燃料統(tǒng)一由國家行業(yè)主管單位處理，廠區(qū)可恢復(fù)綠色復(fù)用，這是泳池式低溫供熱堆的另一大優(yōu)點(diǎn)：“易退役”。

當(dāng)然，一個項(xiàng)目要想真正走向市場，就需要打破種種限制。對于供熱而言，地域的限制顯得尤為重要?！把帻垺庇境厥降蜏毓岫训目蛇m性非常強(qiáng)。首先，它沒有大型水源要求，內(nèi)陸、沿海均可投用，尤其適合北方內(nèi)陸地區(qū)；它切實(shí)消除了大規(guī)模放射性釋放，無需廠外應(yīng)急；廠址邊界小，可貼近城市建設(shè)。不僅如此，熱網(wǎng)熱源溫度與城市現(xiàn)有供熱管網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行需求和終端用戶設(shè)備均能匹配。與現(xiàn)有城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)的接入方式簡單、靈活，不需對現(xiàn)有城鎮(zhèn)熱網(wǎng)進(jìn)行改造或更換。

“燕龍”泳池式低溫供熱堆的出現(xiàn)，為中國的供熱帶來了新的選擇和方向，這種改變，可有效改善中國能源結(jié)構(gòu)，從而為我國“雙碳”戰(zhàn)略作出貢獻(xiàn)。

未來，以柯國土總設(shè)計(jì)師為首的“燕龍”研發(fā)團(tuán)隊(duì)，將在“燕龍”泳池式低溫堆的基礎(chǔ)上持續(xù)研發(fā)，用更多的科研成果，續(xù)寫更多的中國核能故事。

柯國土