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，早日為北方冬季清潔供暖出一份力，為國計民生再立新功，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70 年代時，蘇聯(lián)、加拿大、德國、瑞士等國就進行了核能供熱反應(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，在半個多世紀累計1 萬多堆年的運行實踐中，保持了良好的安全運行記錄。僅在中國，便已建成9 座池式反應(yīng)堆，累計安全運行超過400 堆年，其安全性早已被證實。因此，在我國知名反應(yīng)堆工程研究設(shè)計專家柯國土研究員看來，泳池式低溫供熱堆這一堆型是當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)計師為首的“燕龍”研發(fā)團隊，隨即著手頂層策劃和方案設(shè)計，從經(jīng)濟性、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)指標進行反復(fù)統(tǒng)籌論證，梳理并制訂關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)計劃。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約1500 萬平方米，相當于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 萬噸標準煤或2.8 億立方天然氣，相當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到了設(shè)計研發(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、功能演示及實操培訓(xùn)能力，順利地實現(xiàn)了“燕龍”泳池式低溫供熱堆“演示驗證-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準初步設(shè)計完成。與此同時，形成了一整套泳池式低溫供熱堆設(shè)計準則，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有力的技術(shù)支撐。

眾所周知，任何一個項目，尤其是事關(guān)民生的重大項目，需要多重驗證，“燕龍”泳池式低溫供熱堆也不例外。從演示驗證到示范工程再到商業(yè)推廣，每一步，“燕龍”研發(fā)團隊都走得嚴謹細致。尤其是對燃料組件、池內(nèi)構(gòu)件、控制棒驅(qū)動機構(gòu)等關(guān)鍵設(shè)備，安排了十多項驗證試驗項目，經(jīng)歷科研樣機、工程樣機到產(chǎn)品的全過程，以充分驗證設(shè)備的功能、可靠性及壽命，為泳池式低溫供熱堆的安全運行奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。

“認真走好每一步，一切為了綠色供熱服務(wù)。”這是“燕龍”標簽，亦是“燕龍”研發(fā)團隊的責任和使命。

走進燕龍的“核心”世界

在現(xiàn)實世界中，人們可選擇的供熱方式有很多，比如，煤炭，燃氣，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)濟性而言，核能供熱成本可控，土建設(shè)備投資少，運行維護費用低，退役費用低。一個反應(yīng)堆建成后，主要的成本是核燃料的費用和人員成本，而由于核燃料能量密度極高，一公斤鈾-235 相當于2700 噸標準煤，一座400MW“燕龍”燕龍泳池式低溫供熱堆運行一年消耗燃料不到10噸，所以燃料成本遠比燃煤供熱站低；另外，池式低溫供熱系統(tǒng)簡單，運行維護簡便，被譽為“傻瓜堆”，在技術(shù)上完全可以做到“一鍵啟停、無人值守”，從而減少運行和維護人員，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，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，同位素生產(chǎn)，單晶硅中子摻雜，真正做到“一堆多用“，從而進一步提高“燕龍”泳池式低溫供熱堆的經(jīng)濟性。

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)堆固有負反饋特性可實現(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：“易退役”。

當然，一個項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。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)的實際運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。

未來，以柯國土總設(shè)計師為首的“燕龍”研發(fā)團隊，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