王長松　夏繼豪

【摘要】一次能源的多元化，是國家能源安全戰(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。我國人均能源資源占有率較低，分布也不均勻，為保證我國能源的長期穩(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家的核能安全和經(jīng)濟(jì)安全，還有利于改善我國的“核能供應(yīng)結(jié)構(gòu)”。

【關(guān)鍵詞】低溫供熱堆 安全性 社會效益

近年來，隨著我國城市化進(jìn)程的加快和工業(yè)化的高速發(fā)展，在為國家?guī)斫?jīng)濟(jì)繁榮的同時，也對自然環(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)要求相對簡單，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)，池水不會沸騰，也不會向外噴泄。

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，能夠通過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，可以保證長時間的余熱導(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

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：

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，不需要采購技術(shù)要求及價格較高的壓力容器。

2.由于其對設(shè)備，閥門，管道處于低溫的環(huán)境，因此對設(shè)備安全級別的要求相對較低，可采用成本相對便宜的常規(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，增加產(chǎn)品輻照功能，在滿足供熱功能的同時，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，我國國內(nèi)已建成多做池式堆，累計運(yùn)行近500堆年，如中國原子能科學(xué)研究院的49-2對、微堆、CARR堆，中國核動力研究設(shè)計院的岷江堆，中國工程物理研究院的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、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

基于國內(nèi)目前已建成的及在建的研究堆設(shè)計與建造經(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)計和建造滿足國家核安全局已頒發(fā)的現(xiàn)行的有效核安全法規(guī)和核安全導(dǎo)則的要求，同時參照國際原子能機(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，我國國家（或行業(yè)）的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范是從國際公認(rèn)和通用的先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范轉(zhuǎn)化過來的或者與其要求是相當(dāng)?shù)?同時，我國反應(yīng)堆設(shè)計也直接采用了國際公認(rèn)的和通用的國外先進(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)計和建造將執(zhí)行與國際公認(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分析

中國屬于北半球國家，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)國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2004年以來，中國城市集中供熱面積從2004年的21.63億平方米增長至2012年的51.84億平方米，增長了139.67%。從供熱總量的角度分析，我國居民對供熱供汽行業(yè)的需求不斷提高，2012年，我國熱水供熱量為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。我國北方15個省份（稱為北方采暖地區(qū)）的城市居民采暖供熱需求占據(jù)全國采暖供熱市場的大部分，建筑采暖熱需求量約占全國總熱（汽）需求量的60%-70%。僅從我國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)計到2020年一般省會城市采暖缺口可高達(dá)3700-8500萬平方米。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效益分析

首先，低溫供熱堆的應(yīng)用可以保障國家能源安全，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。我國人均能源資源占有率較低，分布也不均勻，為保證我國能源的長期穩(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家的核能安全和經(jīng)濟(jì)安全，還有利于改善我國的“核能供應(yīng)結(jié)構(gòu)”。

其次，核能供熱成本可控、價格具有競爭力。經(jīng)過初步投資估算和財務(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個月的采暖期內(nèi)，供熱價約30元/GJ，與燃煤供熱鍋爐房供熱價相當(dāng)，遠(yuǎn)低于80-100元/GJ的燃?xì)夤醿r格。每年僅節(jié)約碳稅和運(yùn)輸成本就達(dá)到3000萬元。因此核能供熱具有較大的市場競爭力，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，社會效益顯著。相對于化石能源供熱，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32萬噸燃煤或16000萬立方米燃?xì)猓热济簻p排煙塵3200噸、二氧化碳32萬噸，二氧化硫6000噸，氮氧化物2000噸，灰渣10萬噸;比天然氣減排二氧化碳26萬噸、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，進(jìn)一步推動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、喜聞樂見的方式，加大核安全科普知識的宣傳力度，特別是行業(yè)主管部門要適時澄清事實(shí)真相，全力消除公眾對核能利用的模糊認(rèn)識和恐核心理，為核能發(fā)展利用營造良好的社會輿論環(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，提早推動實(shí)施勘測選址工作。同時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，中國科協(xié)已組織中國核學(xué)會就核能取代燃煤鍋爐問題展開了深入調(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)：

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[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.