中国东北首次核能供暖即将启动 能否更大范围复制推广?

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日前,东北地区首个核能供热示范项目——辽宁红沿河核电站周边红沿河镇核能供暖建设全面铺开,各项工作准备就绪,项目建设驶上“快车道”。按照计划,今年冬天,红沿河镇居民就能率先用上核能供暖。作为一种清洁、绿色的供热形式,核能供暖的原理是什么?它为何更安全稳定?能否更大范围复制推广?

位于辽宁大连瓦房店市的红沿河核电站是东北地区首座核电站。

今年6月下旬,红沿河核电站一期和二期工程共6台机组全面投产,成为国内在运装机容量最大的核电站。据测算,红沿河核电站在满发条件下,年度发电量可达480亿千瓦时,约占辽宁省全社会用电量的20%,能够有效缓解东北地区阶段性电力短缺、稳定区域电力供应。

在安全稳定提供清洁电力的同时,红沿河核电站也在不断拓宽核能应用的边界。2021年6月,红沿河镇核能供暖示范项目完成可行性研究并通过专家评审;今年3月,红沿河核电公司与国家电投东北电力有限公司签署《核能供暖示范项目建设运维合作协议》,东北首个核能供暖项目进入实质性推进阶段。

辽宁红沿河核电有限公司工程管理部副经理董得良介绍:“我们目前只做了一个核能供暖的示范项目,也就是覆盖在核电站周边10公里外的红沿河镇,传输路径大概10公里,供暖用户面积24万余平。从今年6月28日开工,到目前为止项目完成了95%左右,计划11月5日前能够达到供暖条件。”

东北地区的首个核能供暖示范项目为何目前仅试点核电站周边的红沿河镇,而未考虑距离稍远的瓦房店市、大连市?红沿河核电站此次拓宽核能应用边界的尝试,又是基于怎样的原理?

董得良解释:“它的原理实际上就是在反应堆反应以后,加热二回路的水;二回路的水加热以后,正常情况下会推动汽轮机做功进行发电。我们运用的是二回路的蒸汽,在中压钢部位抽出蒸汽减少发电,然后把蒸汽在传输中和三回路进行热交换,那么三回路就是供暖的水,就可以进行供暖。热能传输的过程当中,损失的就是热能,我们这里因为距离城市群太远,这种情况下热能损失量比较大。远距离传输,目前从技术来讲可以实现,但能耗损失方面的技术还需要在各方面进一步提升。”

董得良告诉记者,核燃料成本长期较为稳定,核能供暖从经济成本来讲会有一定优势。不过,核能供暖更重要的意义在于环保效益。

董得良说:“它是绝对的清洁能源,没有二氧化碳的排放。像我们这个项目,按照先期供暖面积计算,每年将节省耗煤量约1.2万吨,减排二氧化碳1.4万吨、烟尘209余吨、二氧化硫60余吨、氮氧化物85余吨。从环境效益角度讲,贡献还是比较大的。”

实际上,在红沿河镇核能供暖示范项目之前,北有山东海阳、南有浙江海盐,国内两大核电基地所在地已进入核能供暖时代。据了解,由核能来供暖其实并非一项新技术,在世界范围内有着广泛、成熟的应用,目前,全世界400余台在运核反应堆中有超过1/10的机组已实现热电联供,且已累计安全运行约1000堆/年。

如果说,红沿河镇核能供暖示范项目是将核电站产生的部分热量传递给热力公司、再经过供暖管网送至终端用户的过程,我们把它比作“核能发电的副产品”,那么除了这一技术原理外,核能还可以通过哪些路径实现供暖?中国电力企业联合会专家委员会副主任委员、华北电力大学新型能源系统与碳中和研究院院长王志轩介绍,利用核电站余热向热网供暖之外,通过现有的核电厂直接发电来进行供暖、以及在城市中或近郊建低参数的小型低温核供暖反应堆,都是可行之选,也有广泛应用的可能,只是这些不同的方案在各地进行复制推广时,要特别注重综合考量。

王志轩说:“以前我们的核电主要就是纯发电,没有考虑供暖。核能供暖属于‘核电热电联供’,不管怎么做,都要因地制宜。第一方面,不是所有的地方都能核能供暖,如果想要实现核能供暖,首先要对原有的核电机组、核电的运行方式进行改造,因为它们最初设计时主要用于纯发电,现在要增加供暖的功能,它的热力平衡等各方面都要重新设计;至于专门用于城市供暖的小型反应堆,可能就是另外一个问题了,要根据城市或者供热源的需要去设计反应堆和供暖系统。第二方面,就是要考虑需要供暖的地方和核电站之间的距离,因为还有一个供暖管线的问题,所以最终到底在经济账上划不划算,必须要针对一个具体的项目去具体计算,做技术经济分析。”

辽宁红沿河核电有限公司工程管理部副经理董得良告诉记者,他们核电站的宿舍用的都是核能供暖,他以红沿河镇核能供暖示范项目为例解释,核电站与供暖用户之间设置了多道回路进行隔离,只存在热量的交换,不涉及介质的掺混。王志轩也以在城市中或近郊建低参数的小型低温核供暖反应堆为例进一步解释,核能供暖的安全性很有保障。

王志轩说:“核能供暖,并不是说每一个老百姓家里都搞一个核反应堆,它实际上是在一座大型城市或者中等城市,整个热源用一个小的核能反应堆、然后集中供给,它需要通过管道通到千家万户,这样的技术是成熟的。”

厦门大学中国能源政策研究院院长林伯强则认为,更大范围复制推广核能供暖的另一个有利前提,是核能本身的安全、稳定、可持续。

林伯强说:“长期来看,我们自己的供暖还没有走出一条比较干净、安全的路。我认为核能就是很干净、安全的路,它具备这些特征以后,对于供暖来说是非常有好处的。核电是一种非常稳定的电源,一年中的有效的时间是8000多小时,核电能够发到7000多小时,而光伏只能发1000多小时、风电只能发2000多小时,也就是说一座核电站放在那儿,就相当于几乎整天在工作,这种稳定性使我们能够在供暖方面很好地做规划。而且进一步说,供暖需要的能耗对于核电站来说并不大,而且核能供暖很符合低碳发展和安全供应的一些基本条件。”

红沿河核能供热示范项目计划10月25日竣工,确保在11月1日热态运行,11月5日达到正式供暖标准。国家电投东北公司大连大发能源分公司副总经理李民告诉记者,红沿河镇核能供暖示范项目未来还将结合当地实际开展进一步技术攻关,助力节能减排和民生保障。

李民说:“目前正在开展的示范项目今年采暖期投入使用以后,我们会得到一些相关数据和经验,然后会启动后续项目的科研工作。原计划在今年年底至2023年启动向瓦房店和大连供暖项目的整体科研工作,设想在2023至2024年,在完成科研和设计的基础上启动项目建设工作。”