泳池式低溫供熱堆廠區(qū)設(shè)計(jì)效果圖。
泳池式低溫供熱堆系統(tǒng)布置圖。
□記者 周遠(yuǎn) 周潔
自去年11月發(fā)布“燕龍”泳池式低溫供熱堆以來(lái)，中核集團(tuán)已確定泳池式低溫供熱堆示范工程目標(biāo)廠址，示范工程各項(xiàng)工作正在積極推進(jìn)。在今年全國(guó)兩會(huì)期間，全國(guó)政協(xié)委員、中核集團(tuán)科技與信息化部主任錢(qián)天林表示，中核集團(tuán)已完成泳池式低溫供熱堆的技術(shù)開(kāi)發(fā)，正針對(duì)特定廠址開(kāi)展工程設(shè)計(jì)，已具備工程建設(shè)條件。建議國(guó)家在示范項(xiàng)目核準(zhǔn)上給予政策支持，加快項(xiàng)目審批，推動(dòng)示范項(xiàng)目在今年開(kāi)工建造。
近期有關(guān)核能供熱的信息表明，核能供熱正在蓄勢(shì)待發(fā)，有望在不久的將來(lái)變成現(xiàn)實(shí)，成為北方地區(qū)冬季清潔取暖的新方式。
1
核能供熱既保溫暖又保清潔
“核能供熱，聽(tīng)起來(lái)很新鮮，其實(shí)歷史并不短，國(guó)外早已付諸實(shí)踐�！敝泻思瘓F(tuán)中國(guó)核電工程有限公司河北分公司總經(jīng)理、泳池式低溫供熱堆(燕龍)型號(hào)總設(shè)計(jì)師王獻(xiàn)庭說(shuō)。
20世紀(jì)50年代中期，瑞典在斯德哥爾摩附近建造了世界上第一座主要用于區(qū)域供熱的原型堆，連續(xù)供熱10年。
到2011年底，俄羅斯共有9座核電站的29臺(tái)機(jī)組在發(fā)電的同時(shí)供熱，輸出功率在25兆瓦至200兆瓦之間，其用戶中包括周邊城鎮(zhèn)居民。
有資料顯示，截至2016年底，在全球總計(jì)446臺(tái)在運(yùn)核電機(jī)組中，有56臺(tái)機(jī)組采用熱電聯(lián)供方式，在發(fā)電的同時(shí)進(jìn)行區(qū)域供熱。
自20世紀(jì)80年代以來(lái)，我國(guó)開(kāi)展核供熱研究已經(jīng)30多年，已掌握能夠工程化應(yīng)用的核能供熱技術(shù)。1983年，清華大學(xué)對(duì)該校核能院泳池堆進(jìn)行改造后，實(shí)現(xiàn)核能供熱，連續(xù)兩年向核能院大樓供熱。1989年，清華大學(xué)又完成專用供熱堆研發(fā)，功率為5兆瓦。
“盡管研究早就在進(jìn)行，核能供熱一直未能實(shí)際應(yīng)用。但隨著冬季清潔取暖需要愈加迫切，開(kāi)展核能供熱很有必要�！蓖醌I(xiàn)庭表示。
冬季供熱在北方地區(qū)是件大事。采暖范圍涉及17個(gè)省、市、自治區(qū)，采暖人口達(dá)到7億以上。根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局的數(shù)據(jù)，2000年至2013年，我國(guó)城市集中供熱面積從11.10億平方米增長(zhǎng)到57.17億平方米，年增長(zhǎng)率超過(guò)12%。隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化發(fā)展，預(yù)計(jì)到2020年集中供熱面積將達(dá)到129億平方米。
“近年來(lái)，隨著大氣污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，特別是霧霾天增多，很多地方都在推行清潔取暖。但是，到目前，集中供熱的熱源仍以熱電聯(lián)產(chǎn)和區(qū)域鍋爐房為主，使用的燃料以煤炭為主，而不達(dá)標(biāo)的燃煤燃燒排放正是導(dǎo)致北方地區(qū)特別是京津冀地區(qū)冬季大氣污染嚴(yán)重的主要原因之一�！蓖醌I(xiàn)庭說(shuō)。
“在推行清潔取暖中，很多地方加快拆除高耗能、高污染、低熱效率的區(qū)域鍋爐，實(shí)行煤改氣、煤改電。與此同時(shí)，一些城市熱源缺口問(wèn)題也凸顯出來(lái)�！蓖醌I(xiàn)庭表示。
推進(jìn)北方地區(qū)冬季清潔取暖，關(guān)系廣大群眾溫暖過(guò)冬，關(guān)系霧霾天能不能減少，是能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命、農(nóng)村生活方式革命的重要內(nèi)容，是必須要做好的民生工程。按照國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局印發(fā)的《北方地區(qū)冬季清潔取暖規(guī)劃(2017-2021年)》，到2019年，北方地區(qū)清潔取暖率達(dá)到50%，替代散燒煤(含低效小鍋爐用煤)7400萬(wàn)噸。到2021年，北方地區(qū)清潔取暖率達(dá)到70%，替代散燒煤(含低效小鍋爐用煤)1.5億噸。
“核能是一種安全、清潔的能源。核能供熱無(wú)污染，無(wú)任何煙塵、灰渣、碳化物、硫化物、氮氧化物的排放。如同氣代煤、電代煤一樣，核能供熱也是實(shí)現(xiàn)清潔取暖的一個(gè)新途徑�！蓖醌I(xiàn)庭說(shuō)。
令王獻(xiàn)庭振奮的是，《北方地區(qū)冬季清潔取暖規(guī)劃(2017-2021年)》中提出，研究探索核能供熱，推動(dòng)現(xiàn)役核電機(jī)組向周邊供熱，安全發(fā)展低溫泳池堆供暖示范�！昂四芄嵋呀�(jīng)引起國(guó)家有關(guān)部門(mén)的重視，這必將加快核能供熱實(shí)施步伐�！彼硎�。
2
低溫供熱堆技術(shù)成熟經(jīng)濟(jì)可行
“從核能供熱技術(shù)看，泳池式低溫供熱堆比較有代表性，有望得到優(yōu)先運(yùn)用。”王獻(xiàn)庭解釋說(shuō)，泳池式低溫供熱堆是將反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱量通過(guò)兩級(jí)換熱，傳遞給供熱回路系統(tǒng)，供熱回路系統(tǒng)與熱網(wǎng)連接，將熱量輸送千家萬(wàn)戶。這種反應(yīng)堆將堆芯放在一個(gè)常壓水池的深處，利用水層的靜壓力提高堆芯出口水溫，使堆芯出口水溫超過(guò)90攝氏度，以滿足城市供熱的溫度要求。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要包括反應(yīng)堆及一回路系統(tǒng)、隔離回路系統(tǒng)、供熱回路系統(tǒng)、余熱冷卻系統(tǒng)及其他輔助工藝系統(tǒng)。
以中核集團(tuán)研發(fā)的“燕龍”泳池式低溫供熱堆為例，王獻(xiàn)庭將泳池式低溫供熱堆特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)概括為：安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、可推廣。
“泳池式低溫供熱堆采用的是泳池式反應(yīng)堆堆型，具有豐富的運(yùn)行實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)成熟�！蓖醌I(xiàn)庭介紹說(shuō)，泳池式反應(yīng)堆是世界上廣泛應(yīng)用的一種堆型，國(guó)際上已建有200多座泳池式反應(yīng)堆，累計(jì)安全運(yùn)行1萬(wàn)堆年。國(guó)內(nèi)已建成11座泳池式反應(yīng)堆，累計(jì)安全運(yùn)行超過(guò)300堆年。其中，中國(guó)原子能科學(xué)研究院的49-2反應(yīng)堆已運(yùn)行50多年。泳池式低溫供熱堆采用很多成熟的技術(shù)，主要關(guān)鍵設(shè)備都在研究堆和供熱設(shè)施中得到驗(yàn)證和運(yùn)用，如回路混流泵、鋼絲繩式控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、板式換熱器等，不存在技術(shù)瓶頸。
核能供熱屬于核能開(kāi)發(fā)應(yīng)用，安全、環(huán)保是關(guān)鍵。對(duì)于泳池式低溫供熱堆的安全可靠性，王獻(xiàn)庭很有信心：“堆芯位于水池底部，始終處于淹沒(méi)狀態(tài)。在任何事故情況下，反應(yīng)堆依賴固有負(fù)反饋特性可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停堆。停堆后在不采取任何余熱冷卻手段情況下，1800噸池水可確保堆芯26天不會(huì)裸露，能確保不發(fā)生熔堆事故。低溫供熱堆設(shè)置中間隔離回路(二回路)，其壓力高于一回路的壓力，使放射性水不會(huì)漏到熱網(wǎng)回路，并采用燃料包殼、堆水池、水池深埋地下及密封廠房等四道屏障，有效隔離放射性，確保放射不泄漏到廠房外，無(wú)碳排放，無(wú)煙塵排放，從而實(shí)現(xiàn)零排放。”
核能供熱能否得到推行，還要看其是否經(jīng)濟(jì)可行�！耙蛔�400兆瓦的泳池式低溫供熱堆，供暖建筑面積可達(dá)約1000萬(wàn)至2000萬(wàn)平方米，相當(dāng)于10萬(wàn)至20萬(wàn)戶三居室。低溫供熱堆投資較少，只相當(dāng)于同規(guī)模燃煤鍋爐的2至3倍。低溫供熱堆運(yùn)行成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于燃煤鍋爐。同規(guī)模燃煤鍋爐每年消耗30余萬(wàn)噸燃煤，低溫供熱堆每年僅消耗核燃料約2.5噸。采取燃煤鍋爐供熱，每年需運(yùn)送30余萬(wàn)噸煤炭、10萬(wàn)噸灰渣，而低溫供熱堆沒(méi)有如此大的運(yùn)輸壓力。低溫供熱堆使用壽命可達(dá)40至60年，是燃煤鍋爐的2至4倍。同時(shí)，低溫供熱堆供熱價(jià)格遠(yuǎn)低于天然氣，居民可以承受。”王獻(xiàn)庭說(shuō)。
“泳池式低溫供熱堆廠址適應(yīng)廣泛，簡(jiǎn)便易行。”王獻(xiàn)庭表示，泳池式低溫供熱堆無(wú)大型水源要求，內(nèi)陸、沿海均可，尤其適合北方內(nèi)陸地區(qū)。同時(shí)，其系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，占地面積不超過(guò)50畝。供水溫度達(dá)到90度，滿足供熱水溫要求，可直接接入城鎮(zhèn)集中供熱管網(wǎng)，不需對(duì)城鎮(zhèn)熱網(wǎng)進(jìn)行改造或更換，也不需對(duì)用戶的采暖設(shè)備進(jìn)行改造或更換。
3
推行核能供熱需要政府規(guī)劃
利用核能供熱來(lái)推動(dòng)北方冬季清潔取暖，正越來(lái)越成為共識(shí)。發(fā)展核能供熱項(xiàng)目非常有前景，是實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展的有效手段，可以造福社會(huì)，造福人民。
去年11月，中國(guó)核工業(yè)集團(tuán)有限公司正式發(fā)布自主研發(fā)的“燕龍”泳池式低溫供熱堆。這標(biāo)志著中核集團(tuán)在核能供熱技術(shù)領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，將為我國(guó)后續(xù)探索核能供熱提供有力技術(shù)支持。
中國(guó)核電工程有限公司河北分公司核工程研究設(shè)計(jì)所副所長(zhǎng)李建敏介紹說(shuō)，“燕龍”泳池式低溫供熱堆，是以中國(guó)核電工程有限公司河北分公司和中國(guó)原子能研究院為主研制的。
就“燕龍”發(fā)布以來(lái)的新進(jìn)展，李建敏說(shuō)，中核集團(tuán)已確定示范工程目標(biāo)廠址，示范工程的各項(xiàng)工作正在積極快速推進(jìn)。
眼下，國(guó)內(nèi)有的城市正在積極推進(jìn)核能供熱。今年1月，中核集團(tuán)與煙臺(tái)市政府簽署《海上清潔能源綜合供給平臺(tái)及泳池式低溫供熱堆項(xiàng)目合作協(xié)議》。依照協(xié)議，雙方將加速推進(jìn)海上清潔能源綜合供給平臺(tái)及泳池式低溫供熱堆項(xiàng)目在煙臺(tái)市開(kāi)發(fā)和建設(shè)，打造煙臺(tái)市國(guó)家軍民融合示范項(xiàng)目，助推煙臺(tái)市建設(shè)核電裝備千億級(jí)產(chǎn)業(yè)集群。
我省冬季供熱任務(wù)艱巨，已有發(fā)展核能供熱的設(shè)想。省發(fā)改委去年9月印發(fā)的《河北省“十三五”電力發(fā)展規(guī)劃》中提出，加快低溫供熱堆項(xiàng)目前期工作。結(jié)合城鎮(zhèn)集中供熱發(fā)展規(guī)劃，積極利用國(guó)內(nèi)先進(jìn)可靠技術(shù)，在條件適宜地區(qū)，謀劃布局一批低溫供熱堆項(xiàng)目，重點(diǎn)加快推進(jìn)承德、邢臺(tái)項(xiàng)目前期工作，爭(zhēng)取列入國(guó)家首批示范。
“核能供熱有需求，前景看好。但要使核能供熱項(xiàng)目真正落地，需要政府加強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)和規(guī)劃。”李建敏建議，將核能供熱納入城市供熱規(guī)劃中，做好管網(wǎng)對(duì)接工作。
城市供熱屬于公用事業(yè)。核能供熱作為新生事物，需要政府扶持。“政府應(yīng)出臺(tái)針對(duì)核能供熱的鼓勵(lì)性政策，既有利于公眾購(gòu)買(mǎi)核能供熱服務(wù)，又能夠促進(jìn)核能供熱企業(yè)健康發(fā)展。要給予泳池式低溫供熱堆與其他清潔能源供熱同樣的補(bǔ)貼政策，以推動(dòng)核能供熱產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。要加大投入，推動(dòng)開(kāi)展有關(guān)進(jìn)一步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�！崩罱舯硎尽�
公眾的支持，是推行核能供熱順利進(jìn)行的必要條件�！皯�(yīng)加大宣傳力度，解決公眾中存在的‘鄰避效應(yīng)’問(wèn)題。”李建敏建議，以深入淺出的形式，推動(dòng)核能科普和公眾溝通�？梢越M織各界代表赴核電廠參觀考察，消除公眾對(duì)核能利用的模糊認(rèn)知，打消其顧慮，為推行核能供熱營(yíng)造良好社會(huì)環(huán)境。
