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核能供热:理想照进现实
时间:2017-11-30 09:26:42来源:科学网
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提要:11月28日,中国原子能科学研究院的泳池式轻水反应堆“49-2堆”实现安全供热168小时,标志着我国在核能供热技术领域取得重要进展。这为冬季供暖提供了一种新选择。
核能供热:理想照进现实

谈霾色变的季节又来了。雾霾让本该得瑟的北方人对整个供暖季都“累觉不爱”。

目前,我国供暖能源结构依然以煤炭为主,供暖系统中有60%以上的热源来自于燃煤锅炉或燃煤的热电生产。然而,供暖燃煤造成大量污染物的排放,将“供暖季”变成了“雾霾季”。有没有一种技术,在保证室内环境温度的同时还能保护室外环境?

11月28日,中国原子能科学研究院的泳池式轻水反应堆“49-2堆”实现安全供热168小时,标志着我国在核能供热技术领域取得重要进展。这为冬季供暖提供了一种新选择。

迟到了30

核能供热就是将反应堆产生的热量通过两级换热传递给供热回路,供热回路与热网直接相连,将热量输送到千家万户。

据了解,核能供热的历史最早可追溯至上世纪60年代。从上世纪70年代开始,前苏联、加拿大、德国、瑞士及法国等国家进行专门用于核供热堆的研究与开发,主要涉及壳式和池式等技术路线。

1983年底,清华大学对2兆瓦池式堆进行了技术改造,向工作区三幢面积1.6万余平方米的建筑物供暖两个冬季,开启了我国首次核能供热的工程试验。

“遗憾的是,推了30年,最终也没能落地。”原子能院科技委主任柯国土认为,究其原因主要是市场时机不够成熟,当时对于环保与新能源的关注远差于现在。目前,清华大学主要研究的是“一体化、自然循环”的壳式供热堆。

随着雾霾日益严重,影响了我国国民经济发展和百姓生活质量,治理雾霾刻不容缓,寻找替代能源已迫在眉睫。在各种新型能源利用形式的衡量中,核能供热重新受到了广泛关注。

“三年前,我们业界开始提出核能供热,并对专用池式低温供热堆开展前期研究和经济可行性评价等工作。”柯国土介绍说,“半年前,我们开始对原子能院‘49-2堆’进行改造。在原反应堆二回路的基础上新增一条独立封闭的二回路,供热时,只需通过切换回路即可将热量传递给新建二回路,通过反应堆厂房内换热站的二次换热,将热量传递给供热回路,供热回路与供热管网连接,由供热管网将热量输送到院内两座办公楼及‘49-2堆’厂房中。”

零堆熔 零排放 易退役

我国自主设计、建造的第一座反应堆——“49-2堆”,位于原子能院里一幢不起眼的三层小楼中。目前,这幢小楼正由“49-2堆”供热。记者摸了摸楼道里的暖气片,有点烫手。

“池式低温供热堆就是将堆芯放置在一个常压水池的深处,利用水层的静压力提高堆芯出口水温,以满足城市供热的温度要求。”柯国土说。

既然是满足城市的供热需求,反应堆自然就建在了百姓家门口,安全性如何保证?柯国土把它的安全性概括为“零堆熔、零排放、易退役”。

池式低温供热堆堆芯位于水池底部,始终处于淹没状态。事故状况下即使不采取任何干预手段,大容量水可确保堆芯不裸露,实现“零堆熔”。同时,设置隔离回路,并使其压力高于一回路和供热回路,确保放射性水不漏到热网。

“燃料包壳、堆水池、厂房及深埋地下等多重安全防线与屏障,能有效隔离放射性。”柯国土说,“一座400兆瓦的池式低温供热堆,对比同等规模的燃煤供热站,放射性释放仅为燃煤排放的2%左右,实现近零排放。”

记者看到,主控室显示的办公楼辐射剂量实测水平为0.13微西弗/小时,这相当于北京市的本底值。

中国科学院院士王乃彦表示,池式反应堆是一种技术成熟度很高的堆型,在全球累计约1万堆年的运行实践中,保持了良好的安全运行记录。我国也已建成9座池式反应堆,累计安全运行超过300堆年。其系统设备简单,放射性源项总量少,仅为百万千瓦核电站的1%左右。

验证、示范、推广“三步走”

池式低温供热堆无大型水源要求,内陆、沿海均可投用,尤其适合北方内陆地区;切实消除大规模放射性释放,无需厂外应急,厂址边界小,可贴临城市建设。

不过,到目前为止,世界上并没有特别成功的商运先例。柯国土坦言,并不是技术上有难度,而是国外的分散式供热模式和较小的环境治理压力所决定的。

从经济性上考虑,池式低温供热堆低温常压运行,无压力壳、安全壳、稳压器等复杂昂贵的设备,简化了工艺系统和安全设施,节省了土建投资和设备投资。核能供热成本可控,价格具有竞争力。

初步估算,总投资约13.5亿元的400兆瓦单堆工程可供热面积约1000万平方米、建设周期能够缩短到3年以内,运行寿命可以达到60年,且全部设备能够实现自主化。在全年5个月的采暖期内,供热价约40元/吉焦,与热锅炉房供热价相当,远低于80~100元/吉焦的燃气供热价格。

“利用‘49-2堆’开展供热试验研究只是第一步。”中核集团总经理钱智民表示,中核集团提出了泳池式低温供热堆“演示验证-示范工程-商业推广”三步走发展战略,计划2018年底示范工程完成核准开工,在2020年底或2021上半年实现供热。

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作者系陆琦

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