李曉強(qiáng)

摘要：現(xiàn)如今，核能主要在發(fā)電行業(yè)當(dāng)中得到應(yīng)用，而在核能供熱以及海水淡化等方面所應(yīng)用的反應(yīng)堆數(shù)量較少。隨著我國科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，特別是第四代核能系統(tǒng)技術(shù)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(duì)核能綜合利用研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并提出具體展望，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)研究人員起到一些參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：核能;綜合利用;研究現(xiàn)狀;展望

科學(xué)應(yīng)用核能不僅能夠滿足能源供應(yīng)需求，而且還能夠提升國家安全水平?，F(xiàn)如今，隨著“碳達(dá)峰”、“碳中和”目標(biāo)的提出，“零碳排放”的核能發(fā)電越來越受關(guān)注，逐漸成為我國的一種重要清潔能源。其無間歇性的特點(diǎn)，可以減少受到外界自然環(huán)境條件所帶來的約束，能夠?qū)茉催M(jìn)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(shù)成熟性、可持續(xù)性以及經(jīng)濟(jì)性等方面的優(yōu)勢(shì)也逐漸凸顯。

一、核能利用研究現(xiàn)狀

（一）高效發(fā)電

反應(yīng)堆當(dāng)中運(yùn)行溫度超過700攝氏度的第四代先進(jìn)核能系統(tǒng)，目前主要采用技術(shù)比較成熟的熱功轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，該系統(tǒng)具體由閉式循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽輪機(jī)等系統(tǒng)組成。按照具體工作性質(zhì)進(jìn)行分析，閉式循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)還可以具體分為氮?dú)廨啓C(jī)、氨汽輪機(jī)以及混合工質(zhì)輪機(jī)等。通過相關(guān)研究可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度逐漸升高后，熱功轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的效率也會(huì)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(duì)超過700攝氏度的核能系統(tǒng)高品質(zhì)熱量進(jìn)行充分利用，從而保證發(fā)電的高效性。針對(duì)閉式循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)進(jìn)行分析，其在中高溫?zé)嵩串?dāng)中比較適用，可以對(duì)較高的熱功轉(zhuǎn)換效率進(jìn)行獲取，技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在具有靈活的熱源和多樣性等方面。對(duì)比蒸汽輪機(jī)，閉式循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)具有較大的功率密度，尺寸相對(duì)較小，可以減少投資。此外，其用水量相對(duì)較少，因此在選址時(shí)靈活性較強(qiáng)[1]。

（二）核能制氫

應(yīng)用第四代核能反應(yīng)堆制氫，核心在于對(duì)高溫堆工藝熱進(jìn)行應(yīng)用。針對(duì)核反應(yīng)堆進(jìn)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(yīng)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(xué)循環(huán)制氫，其主要對(duì)水蒸氣熱裂解時(shí)具有的高溫?zé)峄瘜W(xué)循環(huán)過程進(jìn)行利用，具體通過反應(yīng)堆對(duì)高溫?zé)徇M(jìn)行提供。在熱化學(xué)循環(huán)路線當(dāng)中，具體包括Ca-Br 循環(huán)、Cu-Cl 循環(huán)等，其與第四代堆技術(shù)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(yīng)器，可以高效分解水蒸氣，從而對(duì)氫氣進(jìn)行制備。高溫電解制氫技術(shù)具有清潔、高效以及過程簡單等優(yōu)勢(shì)，因此受到相關(guān)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(xiàng)重要技術(shù)。針對(duì)高溫電解制氫技術(shù)進(jìn)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(huì)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(guān)鍵條件。在獲取淡水資源時(shí)，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(duì)基于核能的海水淡化技術(shù)進(jìn)行有效應(yīng)用。具體來說，海水淡化技術(shù)主要對(duì)膜分離以及蒸發(fā)等手段進(jìn)行利用，可以有效分離出海水中的鹽分，從而對(duì)含鹽量較低的淡水進(jìn)行獲取。在此過程中，所采用的技術(shù)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(jí)閃蒸法等。而此類海水淡化技術(shù)主要以熱能、電能等提供動(dòng)力，因此與核反應(yīng)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(jìn)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(duì)燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)、燃煤鍋爐等進(jìn)行應(yīng)用，因此需要對(duì)大量煤炭進(jìn)行消耗。對(duì)此，我國開展了相關(guān)煤改氣以及煤改電等工程項(xiàng)目，但同時(shí)也導(dǎo)致天然氣資源出現(xiàn)短缺問題，并加重了電網(wǎng)負(fù)擔(dān)。在此背景下，可以將核能這一清潔能源在供熱當(dāng)中進(jìn)行有效應(yīng)用，其具有規(guī)?；⑶鍧嵰约暗吞嫉葍?yōu)勢(shì)，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(duì)未來發(fā)展過程中的能源低碳化需求，為了有效實(shí)現(xiàn)零碳排放目標(biāo)，需要對(duì)核能以及可再生能源等進(jìn)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(shì)，但其具有較大的間歇性和波動(dòng)性，這使其與電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施之間的兼容性較差。而在對(duì)能源進(jìn)行大規(guī)模使用時(shí)，需要對(duì)穩(wěn)定的基荷能源進(jìn)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(diǎn)，而且還有著較高的可靠性和高效性，是唯一一種能夠?qū)烧{(diào)度基荷電力進(jìn)行提供的清潔能源。因此，需要對(duì)核能與可再生能源融合的復(fù)合型能源系統(tǒng)進(jìn)行有效構(gòu)建，從而使能源低碳、高效、清潔等目標(biāo)得到有效實(shí)現(xiàn)。

第四代核能系統(tǒng)主要對(duì)熔鹽傳蓄熱以及高溫制氫技術(shù)等進(jìn)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(shì)。所以，現(xiàn)階段，需要具體從能源安全、經(jīng)濟(jì)等角度對(duì)各種清潔能源在全球能源體系當(dāng)中的具體份額進(jìn)行評(píng)估，同時(shí)還需要合理制定技術(shù)路線，對(duì)多能融合的核能和可再生能源的復(fù)合型能源系統(tǒng)進(jìn)行開展，并要確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。在耦合使用這兩項(xiàng)技術(shù)時(shí)，需要對(duì)相關(guān)問題進(jìn)行解決和克服，以此來進(jìn)一步促進(jìn)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(shí)現(xiàn)了大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用，其代表系統(tǒng)主要包括EPR、華龍一號(hào)等，可以使一段時(shí)期內(nèi)的核電發(fā)展需求得到有效滿足。相關(guān)研究人員需要對(duì)以熔鹽堆為代表的第四代核能系統(tǒng)和相關(guān)綜合利用技術(shù)加大研發(fā)力度，對(duì)國內(nèi)的研究機(jī)構(gòu)以及企業(yè)優(yōu)勢(shì)進(jìn)行充分調(diào)動(dòng)，同時(shí)還應(yīng)在政策上提供支持和保障，將這一任務(wù)納入到具體的國家科技專項(xiàng)當(dāng)中，有效建設(shè)核能綜合利用示范項(xiàng)目，從而全面提升核能的綜合利用價(jià)值[3]。

結(jié)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(shù)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(yīng)用。在此背景下，我國相關(guān)研究人員需要進(jìn)一步加大對(duì)核能綜合利用的研究工作，并對(duì)第四代核能系統(tǒng)進(jìn)行有效研究，使其在高溫制氫、熔鹽傳蓄熱等方面的優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮，全面推動(dòng)我國核能綜合利用的創(chuàng)新發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]王建強(qiáng)，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(xué)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(shì)[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(qiáng).釷基熔鹽堆和核能綜合利用[J].現(xiàn)代物理知識(shí)，2018，30（04）：25-34.