陳芳斌 陳堅(jiān)剛 葉富鵬 朱沈超

未來，核能供熱將以其良好的可拓展性和市場推廣價(jià)值，成為我國清潔供熱的主流模式之一，在滿足人們對(duì)美好生活的向往的同時(shí)，讓天更藍(lán)、水更綠、冬天更溫暖。

采暖是居民在冬季的基本生活需求。20世紀(jì)50年代，由于資源相對(duì)匱乏和受經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平限制，我國以秦嶺、淮河為界設(shè)置了“南北供暖線”，劃定北方為集中供暖區(qū)，南方不集中供暖。但隨著全球氣候變化，厄爾尼諾等現(xiàn)象導(dǎo)致極端氣候頻現(xiàn)，冰雪南移，南方城市集中供暖需求愈加迫切。

目前，集中供熱所采用的能源結(jié)構(gòu)依然以煤炭為主，燃煤供熱會(huì)造成大量碳氧化物排放，從而加劇空氣污染。2020年9月22日，習(xí)近平主席在第七十五屆聯(lián)合國大會(huì)一般性辯論上宣布：中國將提高國家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。

在力爭實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”的新形勢(shì)下，秦山核電以習(xí)近平生態(tài)文明思想為指導(dǎo)，貫徹新發(fā)展理念，堅(jiān)持走生態(tài)優(yōu)先、綠色低碳的發(fā)展道路，積極探索南方地區(qū)集中清潔供熱的新途徑，發(fā)揮核電安全、高效的綠色能源優(yōu)勢(shì)，將核能作為南方地區(qū)集中供熱的理想替代能源，通過開展核能供熱項(xiàng)目有效破解南方地區(qū)集中供暖“瓶頸”，從而為落實(shí)國家低碳清潔能源戰(zhàn)略、解決大氣污染提供了新方案。

秦山核電基地位于浙江省嘉興市海鹽縣，處于華東電網(wǎng)的負(fù)荷中心地區(qū)，于1985年開工建設(shè)、1991年并網(wǎng)發(fā)電，共有9臺(tái)運(yùn)行機(jī)組，總裝機(jī)容量為662萬千瓦，年發(fā)電量約為520億千瓦時(shí)，是目前中國核電機(jī)組數(shù)量最多、堆型最豐富、裝機(jī)容量最大的核電基地，被譽(yù)為“國之光榮”。截至2021年底，秦山核電9臺(tái)機(jī)組已安全運(yùn)行141堆·年，累計(jì)發(fā)電6950億千瓦時(shí)，累計(jì)減排二氧化碳6.6億噸，相當(dāng)于植樹造林435個(gè)杭州西湖景區(qū)的面積。秦山核電9臺(tái)運(yùn)行機(jī)組在世界核電運(yùn)營者協(xié)會(huì)（WANO）的400多臺(tái)機(jī)組中，各項(xiàng)指標(biāo)始終處于較高水平，穩(wěn)定處于第一梯隊(duì)。

在確保核電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，秦山核電積極探索核能綜合利用的新途徑、新方法，積極推進(jìn)核能供熱示范工程建設(shè)，為實(shí)現(xiàn)企地共融發(fā)展、推進(jìn)海鹽·中國核電城的創(chuàng)新發(fā)展、破解核電項(xiàng)目鄰避效應(yīng)、打造浙江省核能綜合利用示范城市和我國南方地區(qū)核能清潔供熱示范區(qū)發(fā)揮了積極的作用。

為破解我國南方地區(qū)集中供暖“瓶頸”提供“秦山方案”

秦山核電核能供熱項(xiàng)目通過對(duì)核電機(jī)組熱電聯(lián)產(chǎn)的技術(shù)改造，利用秦山核電機(jī)組冬季剩余熱功率實(shí)現(xiàn)對(duì)外供熱，在不影響機(jī)組發(fā)電能力的前提下，提供130℃的出水，接收70℃的回水，實(shí)現(xiàn)對(duì)海鹽縣公建設(shè)施、居民小區(qū)以及工業(yè)園區(qū)的核能供熱。項(xiàng)目全部建成后，具備150MW的核能供熱能力，可供采暖面積達(dá)400萬平方米。

核能供熱項(xiàng)目按照“統(tǒng)籌規(guī)劃，分步實(shí)施”的原則穩(wěn)步推進(jìn)。項(xiàng)目一階段示范工程于2021年7月28日正式開工建設(shè)；2021年11月9日主體工程完成施工；2021年11月15日，系統(tǒng)調(diào)試完成并進(jìn)入試運(yùn)行狀態(tài)；2021年12月3日，秦山核電核能供熱項(xiàng)目一階段示范工程正式投運(yùn)，供暖面積達(dá)到46.4萬平方米，海鹽縣城區(qū)三個(gè)生活小區(qū)率先實(shí)現(xiàn)了核能集中供暖，海鹽縣老年公寓熱力管線已敷設(shè)到位并具備供暖條件。該項(xiàng)目創(chuàng)造了重大建設(shè)項(xiàng)目的“秦山速度”和“海鹽速度”，開創(chuàng)了我國南方核能集中供暖的先河，為我國南方地區(qū)大規(guī)模集中供熱項(xiàng)目建設(shè)發(fā)揮了良好示范作用。

秦山核電核能供熱一階段示范項(xiàng)目首個(gè)供暖季運(yùn)行情況良好，在實(shí)現(xiàn)天然氣鍋爐清潔替代的同時(shí)，供熱質(zhì)量較往年有了明顯提升，因此受到了已供熱小區(qū)居民的普遍認(rèn)同和充分肯定。核能供熱一階段示范工程的安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)營，為后續(xù)開展項(xiàng)目二、三階段工程建設(shè)積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

2021年12月3日，由浙江省能源局、中核集團(tuán)主辦，秦山核電和海鹽縣政府聯(lián)合承辦的“浙江海鹽核能供熱示范工程投運(yùn)儀式”在嘉興海鹽隆重舉辦，國家能源局黨組成員、副局長余兵出席儀式并在致辭中指出：核能供熱是重大民生工程、民心工程。中核集團(tuán)要以秦山核電為藍(lán)本，系統(tǒng)總結(jié)我國核電發(fā)展歷史經(jīng)驗(yàn)；要認(rèn)真貫徹落實(shí)“雙碳”要求，傳承優(yōu)良傳統(tǒng)，勇于擔(dān)當(dāng)，接續(xù)奮斗，夯實(shí)高質(zhì)量發(fā)展基礎(chǔ)；要打造好標(biāo)桿項(xiàng)目，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，共推核能供熱良性發(fā)展；要利用好該工程，辦好“暖核”科普活動(dòng)，做好公眾溝通，為核能供熱營造良好環(huán)境。

鑒于浙江海鹽核能供熱項(xiàng)目的良好示范作用，浙江省能源局特授予海鹽縣人民政府“浙江省核能綜合利用示范城市”稱號(hào)；授予核能供熱項(xiàng)目建設(shè)單位——浙江零碳熱力有限責(zé)任公司“浙江省核能供熱示范單位”稱號(hào)。

作為我國南方地區(qū)首個(gè)核能供熱項(xiàng)目，該項(xiàng)目開工建設(shè)和投運(yùn)受到了諸多國家級(jí)主要媒體、地方媒體以及社會(huì)公眾的高度關(guān)注，并在全國范圍內(nèi)產(chǎn)生了積極的反響，“海鹽縣核能供熱示范項(xiàng)目建成投運(yùn)”成為熱點(diǎn)新聞，為后續(xù)在全國范圍內(nèi)進(jìn)一步推廣核能供熱創(chuàng)造了良好的社會(huì)氛圍。

核安全文化和科技創(chuàng)新為核能供熱插上安全高效的翅膀

以最安全的技術(shù)路線確保核能供熱安全

秦山核電始終堅(jiān)持以核安全文化引領(lǐng)，在核能供熱項(xiàng)目技術(shù)方案設(shè)計(jì)中遵循“自主設(shè)計(jì)，自主建造，自主營運(yùn)”的方針，充分利用核電機(jī)組設(shè)計(jì)、建造、調(diào)試、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在滿足安全性、經(jīng)濟(jì)性、先進(jìn)性和自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的要求下實(shí)現(xiàn)核能供熱。秦山核電核能供熱項(xiàng)目采用多樣冗余、縱深防御的設(shè)計(jì)理念，綜合采用多環(huán)路隔離的表面式換熱、汽水壓差保護(hù)控制、汽水回路放射性監(jiān)測(cè)保護(hù)、膜除氧補(bǔ)水等設(shè)計(jì)，供熱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)從核電廠一回路與二回路、輔助蒸汽與熱網(wǎng)循環(huán)水回路、熱網(wǎng)循環(huán)水回路與用戶側(cè)回路的多重隔離，確保核能供熱安全可靠。同時(shí)，能夠有效規(guī)避放射性核素遷移到環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)，充分滿足核安全法規(guī)和核安全導(dǎo)則的要求。

為解決傳統(tǒng)供熱首站投資大、回報(bào)期長、項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)大等問題，秦山核電核能供熱項(xiàng)目采用了完全模塊化設(shè)計(jì)建造技術(shù)，裝置集工藝系統(tǒng)、動(dòng)力配置、控制保護(hù)、建筑結(jié)構(gòu)、通風(fēng)消防、輻射監(jiān)測(cè)等功能于一體，由數(shù)個(gè)獨(dú)立功能的子模塊組合安裝，在工廠內(nèi)完成制造，因此無須建造廠房，直接安裝于室外混凝土基礎(chǔ)之上，滿足快捷運(yùn)輸、快捷安裝、快捷拆卸要求。裝置既可單臺(tái)獨(dú)立運(yùn)行，也可通過PLC的通訊多臺(tái)組合運(yùn)行，因此可根據(jù)熱源及供熱熱負(fù)荷需求逐臺(tái)建設(shè)，從而有效地避免了傳統(tǒng)供熱首站存在的弊端。

提升機(jī)組熱效率，實(shí)現(xiàn)企地共贏

核電廠汽輪機(jī)的熱效率與凝汽器真空密切相關(guān)，當(dāng)冬季循環(huán)水溫度下降時(shí)，凝汽器真空度相應(yīng)提高，機(jī)組熱效率隨之提升，但此時(shí)部分核電機(jī)組會(huì)受到汽輪發(fā)電機(jī)最大出力限制，從而使核反應(yīng)堆無法達(dá)到設(shè)計(jì)的額定核功率，存在繼續(xù)提升空間。秦山核電核能供熱項(xiàng)目充分挖掘和利用核電機(jī)組冬季反應(yīng)堆剩余熱功率進(jìn)行供熱，因此其運(yùn)行時(shí)無須減少汽輪發(fā)電機(jī)的出力，且可保持反應(yīng)堆的功率不超過設(shè)計(jì)值。

以一臺(tái)設(shè)計(jì)額定堆功率為1930MW、額定發(fā)電功率為650MW的核電機(jī)組為例，在冬季時(shí)受凝汽器真空影響，最大發(fā)電功率可達(dá)到670MW，此時(shí)反應(yīng)堆仍未達(dá)到設(shè)計(jì)額定功率，平均每臺(tái)機(jī)組可額外提供約37.5MW供熱能力。此部分熱量在通過核能供熱裝置為海鹽縣進(jìn)行民用供熱得以充分利用的同時(shí)，還能使每臺(tái)核電機(jī)組熱效率提升約1.3%，從而實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的雙豐收。

創(chuàng)新讓核能供熱項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)“高大上”

海鹽縣所在地區(qū)的地質(zhì)屬于典型的松軟地基，地下水位較高，大部分供熱管道位于地下水位以下。同時(shí)，地下原有管線（給排水、電力線路、通訊光纜等）復(fù)雜，路段采取“大開挖”的難度巨大。針對(duì)這一特點(diǎn)，在施工過程中采取了管道防沉降、抗浮、防腐等措施，通過建立定向鉆供熱管道與土壤摩擦力計(jì)算模型以優(yōu)化施工工藝，并采取有效的措施，成功解決了南方地區(qū)長距離供熱管道定向鉆非開挖敷設(shè)技術(shù)難題。

由于秦山核電核能供熱項(xiàng)目地處南方水系發(fā)達(dá)地區(qū)，供熱管道沿線河網(wǎng)眾多并存在大型水利設(shè)施，熱力管道敷設(shè)過程中須滿足河道通航安全性、水土保持以及杭嘉湖南排工程運(yùn)行安全等要求，施工難度很大。為解決上述問題，核能供熱項(xiàng)目在工程設(shè)計(jì)中設(shè)置了多座大跨度桁架過河，并根據(jù)現(xiàn)場情況采取了多種桁架吊裝工藝，妥善解決了起吊場地受限、河道周邊土質(zhì)條件不良、水利設(shè)施泄洪廊道內(nèi)架設(shè)浮箱配合桁架吊裝等技術(shù)難題。同時(shí)，通過在桁架管道上設(shè)置截?cái)嚅y門、放氣點(diǎn)、儀表取樣點(diǎn)等裝置，代替了一般地下閥門井等構(gòu)筑物，較好地解決了地下空間受限問題。

■ 核能供熱示范工程投運(yùn)儀式

秦山核電核能供熱項(xiàng)目在工程實(shí)施過程中采用了Bentley三維建模軟件、AFT Arrow水力計(jì)算軟件，并結(jié)合二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了供熱管道施工過程的可視化分析與應(yīng)用。同時(shí)，通過對(duì)地下管線復(fù)雜區(qū)域施工過程的數(shù)字化模擬，最終確定了供熱管道的最佳走向，從而為工程目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)提供了堅(jiān)實(shí)的保障。

秦山核電核能供熱項(xiàng)目應(yīng)用“5G”技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、數(shù)學(xué)建模和智能分析，搭建了智慧熱網(wǎng)管理平臺(tái)，利用GIS系統(tǒng)、采集源，打通用戶側(cè)數(shù)據(jù)，重塑網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。供熱管道全線設(shè)置了感溫光纜及GIS系統(tǒng)，可精確定位管道故障點(diǎn)，從而對(duì)異常及突發(fā)事件做出可視化的處理和輔助決策建議。智慧熱網(wǎng)管理平臺(tái)的建成提升了核能供熱熱源、供熱管網(wǎng)、換熱站的數(shù)字化監(jiān)管能力，實(shí)現(xiàn)了智能調(diào)度、智能巡檢、智能維護(hù)等功能，從而實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化管理、安全運(yùn)行的目標(biāo)。

助力“碳達(dá)峰、碳中和”，協(xié)同推進(jìn)浙江省“共同富裕示范區(qū)”建設(shè)

核能供熱作為核能多元化應(yīng)用一個(gè)大有可為的領(lǐng)域，將對(duì)自然環(huán)境及地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生重大影響。核能供熱具有十分顯著的環(huán)境效益，能夠有效減少碳排放，助力實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)，同時(shí)有利于解決城市空氣污染問題，有助于緩解溫室效應(yīng)帶來的嚴(yán)重后果，更好地滿足人們對(duì)美好生活的向往，保護(hù)人們的身體健康，并為浙江省“共同富裕示范區(qū)”建設(shè)打造最精彩的海鹽樣板。

根據(jù)測(cè)算，秦山核電核能供熱項(xiàng)目全部建成投運(yùn)后，預(yù)計(jì)供熱量為70.4萬GJ／a，相比電加熱采暖，每年可節(jié)約電能1.96億度；相對(duì)于燃煤火電機(jī)組每年可減少燃用標(biāo)煤約2.46萬噸，相應(yīng)地每年減排二氧化硫1817噸、氮氧化物908噸、二氧化碳5.9萬噸，從而助力海鹽縣構(gòu)建“多元供應(yīng)、融核入居、循環(huán)永續(xù)”的未來低碳生活社區(qū)場景。

“雙碳”目標(biāo)的提出為核能多用途事業(yè)發(fā)展帶來了巨大的契機(jī)，核能供熱的規(guī)?；瘧?yīng)用將對(duì)中國能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化和環(huán)境改善做出不可忽視的貢獻(xiàn)。同時(shí)，由于受能源供應(yīng)緊張、煤炭價(jià)格波動(dòng)等因素的影響，我國冬季采暖保供形勢(shì)日趨復(fù)雜嚴(yán)峻。在此情況下，以核能逐步替代燃煤供熱，可部分實(shí)現(xiàn)供熱價(jià)格與煤價(jià)脫鉤，更加有利于保障民生，并有助于全社會(huì)節(jié)能降耗指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。未來，核能供熱將以其良好的可拓展性和市場推廣價(jià)值，成為我國清潔供熱的主流模式之一，在滿足人們對(duì)美好生活的向往的同時(shí)，讓天更藍(lán)、水更綠、冬天更溫暖。