王乃彦院士:核能应在替代供暖燃煤锅炉中发挥关键作用

我国于巴黎气候大会承诺,将于2030年达到二氧化碳排放峰值、非化石能源占比升至20%左右。

然而,当下我国北方每年采暖范围遍布17个省、市、自治区,采暖人口达7亿以上。而集中供热的热源仍以热电联产和区域锅炉房为主,使用的燃料也仍然以煤炭为主,每年供暖消耗煤炭已超过5亿吨,造成很大的汚染,能源结构和产业升级形势严峻。

  面对城市热网对热源的旺盛需求和国家节能减排政策日趋严格的现状,各城市均需淘汰现有供热小锅炉,原有高污染、低效率热源也将逐步减少。

  热负荷和热源的“一增一减”,导致城市规划供热缺口日益增大,寻找清洁替代能源已成燃眉之急。

核能作为一种安全、清洁的能源,是当前较为成熟的替代一次能源的方法之一。对利用核能为区域供热,科研人员已进行了大量的研究,与传统热源相比可以显著减少污染排放,且供热安全性有保障,将有效改善我国能源结构,缓解日趋严重的能源供应紧张局面。

事实上,核能供热并不是一个新概念,我国从1981年提出低温核供热堆研究倡议,经过30多年的研究,已掌握了能够工程化应用的核能供热技术。

  核能供热技术可简单分为池式堆和壳式堆两类。池式堆与高温高压的压力壳式堆相比,可以在常压低温下运行,具有固有安全性、可靠性高、技术成熟、系统简单、运行稳定、占地面积小等优点,并且建造成本低、运行维护简便,更适合于靠近城市居民区。

  目前,国内已建成多座池式堆,如中国原子能科学研究院的49-2堆、微堆、CARR堆等,累计运行近500堆年。

  1983年,清华大学开始核供热试验,连续两年向核能所17000平方米建筑物供给核热,证明了池式堆供热的技术可行性。

  不过,一般常压低温池式堆出水温度低于90℃,但我国现有城市供热管网供水温度多大于90℃,小于100℃。

  为进一步提高供热温度,清华大学提出了深水池式低温供热堆,通过增加水池深度,利用水层静压力提高堆芯出口水温,使其向热网供水温度达到90℃以上,满足了热网需求。

  深池式低温供热堆将堆芯放在一个常压水池的深处,利用水层的静压力提高堆芯出口水温,以满足城市供热的温度要求。其系统简单,主要包括反应堆系统、一回路系统、二回路系统、余热冷却系统、换料及乏燃料贮存系统、辅助工艺系统。

  深池式低温供热堆基于常压低温运行方式和池式堆本身大的水容积,以及非能动余热排出方式,在正常运行和事故工况下堆本体均不会出现超压、失冷和堆芯裸露,堆芯熔化几率为零,具有很高的固有安全性,可做到不需要厂外应急。

  低温供热堆系统简单,堆芯和设备易拆除和处置,并且水池屏蔽效应明显,放射性源项小、乏燃料可统一处理,同时易于退役,厂址可以恢复绿色复用,民众担忧的安全性可以得到保障。

  而从环保性和经济性的角度来考量,池式低温供热堆也有它的优势。

  池式低温供热堆相较于燃煤、燃气锅炉更加环保,以400MW的热源计算,燃煤和燃气锅炉每年分别释放64万吨和20.46万吨二氧化碳,但池式供热堆的二氧化碳排放为0。

  在建设投资上,与其他化石能源供热相比,池式低温供热堆建设投资约是同规模燃煤锅炉的2至3倍,但运行成本远远低于燃煤锅炉,使用寿命达到40年~60年,是燃煤锅炉的2至4倍。根据初步计算表明,如果每年供暖的时间为4个月时,池式供热堆的经济性可以和燃煤锅炉相当,况且还可以考虑其它的应用,如夏天用于致冷、开发利用其中的中子的核技术应用等。

  因此,简单形式的深水池式堆完全可以满足供热要求,特别是作为基本热源承担采暖基本负荷时,是较为经济合理的一种供热方式。

  综上所述,建议以低温供热堆替代热电厂和区域锅炉房热源承担城市基本热负荷,以燃气锅炉等其他清洁能源作为调峰热源,这将是环节化石能源环境污染最理想的供热方案。

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责任编辑:于会莹
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