坐落于瑞士北部萊茵河畔的貝茲瑙核電站（Beznau）是世界上最年邁的核電站——分別于1969年、1971年投入運(yùn)行的兩臺核電機(jī)組仍在服役，提供電力的同時，該核電站自1980年開始“兼職”供熱，通過140多公里的管道向11個社區(qū)的工業(yè)和家庭輸送熱力。
自核能和平應(yīng)用于電力生產(chǎn)后，上世紀(jì)70年代以來，包括瑞士、俄羅斯、保加利亞、羅馬尼亞等國逐漸設(shè)計(jì)開發(fā)出很多核供熱系統(tǒng)，作為區(qū)域集中供熱或工業(yè)供熱熱源，積累了豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。國際上利用核能熱電聯(lián)供原理供熱的壓水堆機(jī)組已累計(jì)安全運(yùn)行1000堆年。
盡管已有40年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，但中國大陸地區(qū)第一座核電站投入運(yùn)行后，除了廠用小規(guī)模供熱外，沒有大型商用核電廠熱電聯(lián)產(chǎn)為周邊居民供熱的案例。11月15日，山東海陽核能供熱項(xiàng)目一期工程第一階段正式投用，首開國內(nèi)核能商業(yè)供熱先河，山東核電有限公司員工倒班宿舍、海陽市部分居民小區(qū)在內(nèi)的70萬平方米區(qū)域，在全國首批用上了穩(wěn)定、清潔的核能供熱。
“山東模式”的探索不止于此。海陽核電規(guī)劃在2021年實(shí)現(xiàn)供熱范圍覆蓋廠址周邊30km、滿足海陽市內(nèi)供熱需求，根據(jù)周邊城市的需求還可以適當(dāng)增加；2023年實(shí)現(xiàn)供熱范圍覆蓋廠址周邊60km、面積3000萬平米；隨著后續(xù)機(jī)組建成投產(chǎn)，遠(yuǎn)期可實(shí)現(xiàn)供熱面積2億平米以上，核能供熱將廣泛應(yīng)用于青煙威（青島、煙臺、威海）膠東半島地區(qū)。
核能供熱與傳統(tǒng)供熱形式有什么不一樣？如何保障安全？經(jīng)濟(jì)賬怎么算，能不能推及到全國更大范圍內(nèi)？澎湃新聞近日走進(jìn)地處黃海之濱的海陽核電站，一探核能供熱的方方面面。
海陽核電站
從核電站到居民家中，核能供熱如何確保安全？
海陽核電站位于山東青島、煙臺、威海三大城市之間。項(xiàng)目規(guī)劃建設(shè)6臺百萬千瓦級核電機(jī)組，并預(yù)留兩臺擴(kuò)建場地，是世界首批三代核電項(xiàng)目，也是山東省單體投資最大的清潔能源項(xiàng)目、首個開工建設(shè)并建成投運(yùn)的核電站。一期工程1、2 號機(jī)組作為國家三代核電自主化依托項(xiàng)目，單臺額定容量為1253兆瓦，已分別于2018年10月22日、2019年1月9日投入商運(yùn)。兩臺機(jī)組預(yù)計(jì)2019年全年發(fā)電量將達(dá)到206億度，可供山東省超過三分之一居民生活使用一年。
核能供熱目前可實(shí)現(xiàn)的方式主要有兩種，一種是在城市中或近郊建低參數(shù)的低溫核供熱堆，這類小堆更為靈活，但仍面臨經(jīng)濟(jì)性掣肘。另一種是基于現(xiàn)有的大型核電廠，利用核電站的抽汽向熱網(wǎng)供熱，抽汽溫度和壓力根據(jù)熱網(wǎng)需求、輸熱管線的長短決定。
在海陽核電項(xiàng)目中，供熱是大型核電站在完成發(fā)電“主業(yè)”同時順帶的“副業(yè)”。
澎湃新聞記者走訪海陽核電廠內(nèi)換熱首站、海陽市豐源熱力有限公司總換熱站了解到，核能熱電聯(lián)產(chǎn)與火電熱電聯(lián)產(chǎn)相類似。但雖然說起來都是“燒開水”，核電站通過五個回路對廠外供熱的設(shè)計(jì)要復(fù)雜得多。
核能供熱五回路示意圖
在核電站運(yùn)行中，核裂變產(chǎn)生熱量，把水加熱產(chǎn)生蒸汽，蒸汽推動汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動、汽輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動從而發(fā)出電能。在這個過程中，核反應(yīng)產(chǎn)生的能量會先加熱壓力容器中的高壓水，受熱后的高壓水流入蒸汽發(fā)生器中，用來加熱蒸汽發(fā)生器中壓力略低的水。由于壓力低的水沸點(diǎn)低，此時壓力低的水受熱就會變成蒸汽去推動汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動。
所謂的抽汽，就是從中抽取一部分推動汽輪機(jī)工作的蒸汽，用來加熱核電廠內(nèi)換熱首站的水，加熱后的水再經(jīng)過三回路換放傳送至地方熱力公司總換熱站，繼而像傳統(tǒng)供熱模式一樣加熱原有市政供熱網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的水，將熱量送到千家萬戶。
山東核電設(shè)計(jì)管理處工程師張真對澎湃新聞介紹稱，從蒸汽加熱水到水加熱水，核電站與供熱用戶之間設(shè)置了多道回路進(jìn)行隔離，只存在熱量的交換，不涉及介質(zhì)的摻混。“除了用多道隔離以及壓差設(shè)計(jì)來保障供熱安全外，我們還在出廠前設(shè)置了輻射監(jiān)測裝置，進(jìn)一步確保安全可靠。”
將原本全部用來推動發(fā)電的蒸汽導(dǎo)出一部分用來“燒水供熱”，會不會影響核電站本身的發(fā)電效率呢？張真介紹，已投運(yùn)的70萬平米供熱抽汽量對海陽核電發(fā)電的影響很小。除此之外，核電循環(huán)冷卻水余熱中仍有大量可利用來集中供熱的潛力。
核電廠區(qū)內(nèi)的換熱首站，在此進(jìn)行汽-水熱交換
海陽核能供熱的經(jīng)濟(jì)賬：居民用暖價格不增加、政府財(cái)政負(fù)擔(dān)不增長
分工上，海陽核電廠供熱首站負(fù)責(zé)向廠外熱力公司提供穩(wěn)定的熱水作為熱力公司換熱站的熱源，以取代熱力公司原有的燃煤鍋爐。熱力公司負(fù)責(zé)核電廠外所有熱網(wǎng)的建設(shè)及運(yùn)維，以及向最終用戶提供穩(wěn)定熱源。
澎湃新聞記者在海陽市豐源熱力有限公司換熱站看到，原有的65噸燃煤鍋爐已經(jīng)停止運(yùn)行。該公司董事長趙新稱，以往燃煤鍋爐供熱產(chǎn)生的噪音和所需工作人員多，現(xiàn)在換熱站內(nèi)可以做到無人值守。
原有的65噸燃煤鍋爐已經(jīng)停止運(yùn)行
“如果（核能供熱）到2021年實(shí)現(xiàn)整個海陽地區(qū)450萬平方米供熱面積全覆蓋的話，可以替代現(xiàn)有的海陽400多個噸位的供熱燃煤鍋爐，如果核能供熱面積擴(kuò)展到2億平方米，煙青威地區(qū)所有用于集中供熱的鍋爐可全部替代。” 趙新說道。
經(jīng)改造后的豐源熱力臨港核能供熱首站，在此進(jìn)行水-水熱交換
這對于近年來減煤壓力頗大的山東省而言，意義不言而喻。據(jù)介紹，以供熱面積每百萬平米計(jì)算，核能供熱項(xiàng)目每年可節(jié)約標(biāo)煤3.3萬噸（按山東省燃煤熱值計(jì)算，折合原煤6.24萬噸）。
國內(nèi)目前多種供熱方式并存，經(jīng)濟(jì)性是決定核能供熱與其他能源品類供熱相比市場競爭力幾何的另一關(guān)鍵因素。
討論大型核電站供熱經(jīng)濟(jì)性時，不容忽視的一點(diǎn)是，國內(nèi)相關(guān)法規(guī)對核電廠周邊的人口密度有明確限制規(guī)定：根據(jù)《核動力廠環(huán)境輻射防護(hù)規(guī)定》（GB6249-2011），必須在核動力廠周圍設(shè)置非居民區(qū)和規(guī)劃限制區(qū)。非居民區(qū)（該區(qū)域內(nèi)嚴(yán)禁有常住居民）邊界離反應(yīng)堆的距離不得小于500m，規(guī)劃限制區(qū)（與非居民區(qū)直接相鄰的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)必須限制人口的機(jī)械增長）半徑不得小于5km。規(guī)劃限制區(qū)范圍內(nèi)不應(yīng)有1萬人以上的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，廠址半徑10km范圍內(nèi)不應(yīng)有10萬人以上的城鎮(zhèn)。
相比之下，可實(shí)施熱電聯(lián)產(chǎn)的大型火電廠距離城市負(fù)荷中心更近，遠(yuǎn)距離輸送是否稀釋了核能供熱的經(jīng)濟(jì)性？
“我們經(jīng)過測算，核電廠熱電聯(lián)產(chǎn)在經(jīng)濟(jì)性競爭力上可以和大型燃煤電廠熱電聯(lián)產(chǎn)相持平。”山東核電有限公司黨委書記、董事長吳放接受澎湃新聞等媒體采訪時稱，海陽核能供熱項(xiàng)目同時實(shí)現(xiàn)了“居民用暖價格不增加、政府財(cái)政負(fù)擔(dān)不增長、熱力公司利益不受損、核電企業(yè)經(jīng)營做貢獻(xiàn)、生態(tài)環(huán)保效益大提升”。
“目前100公里以內(nèi)的供熱距離，現(xiàn)有技術(shù)都可以保證較高的經(jīng)濟(jì)性和熱效率。”吳放稱，倒推幾十年前，遠(yuǎn)距離輸熱受到技術(shù)限制。俄羅斯等國家的冬季供熱時間更長，核電供熱的經(jīng)濟(jì)性有別于我國。隨著近年來保溫材料、施工工藝的發(fā)展，國內(nèi)核電遠(yuǎn)距離供熱成為可能。
核電廠傳統(tǒng)上單純發(fā)電，熱能利用效率相對較低，上述多方共贏局面正是靠提高核電廠熱效率、綜合利用核能來實(shí)現(xiàn)。
澎湃新聞在采訪中了解到，若將來供熱面積擴(kuò)大到周邊450萬平米區(qū)域，海陽核電廠的熱效率可以從現(xiàn)有的36.69%提高到39.94%。
在經(jīng)濟(jì)賬之外，吳放認(rèn)為核能供熱的隱形效益還在于使核電站運(yùn)營方進(jìn)一步融入當(dāng)?shù)匕l(fā)展，“通過采暖季供熱，我們可以更深入地融入周邊社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展。”
海陽核能供熱，在國內(nèi)可復(fù)制嗎？
截至今年9月底，我國大陸地區(qū)運(yùn)行核電機(jī)組共47臺，分布在南至海南昌江、北至遼寧紅沿河的沿海地帶。靠核電站能量階梯利用來為地區(qū)供熱、核電廠效益提升同時地方公用事業(yè)企業(yè)及下游用戶利益均不受損的海陽經(jīng)驗(yàn)，可在多大范圍內(nèi)復(fù)制推廣？
從核電機(jī)組分布的省份來看，廣東、浙江、福建的核電裝機(jī)容量位列前三，秦嶺淮河線以北地區(qū)的在建在運(yùn)核電站有江蘇連云港田灣核電、山東煙臺海陽核電、山東威海榮成核電、遼寧大連紅沿河核電。
國家電投科技與創(chuàng)新部副主任趙偉明曾對媒體表示，我國核電機(jī)組大多分布在秦嶺淮河線以南的沿海地區(qū)，地處亞熱帶，冬季短且少嚴(yán)寒。如果將此區(qū)域核電站進(jìn)行供熱改造，那經(jīng)濟(jì)性提升不明顯，東北地區(qū)沿海的核電機(jī)組用來供熱具有較大空間。
統(tǒng)計(jì)公報(bào)顯示，膠東半島青島、煙臺、威海三市2018年末常住人口總數(shù)約1934萬人，2018年地區(qū)生產(chǎn)總值（GDP）23475億元。經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、人口密度、狹長地形、已有在建在運(yùn)項(xiàng)目的核電基地布局，共同促成了大型商用核電廠熱電聯(lián)產(chǎn)在膠東半島的現(xiàn)實(shí)可行性。
“核電不可能包打天下。”吳放補(bǔ)充道，遠(yuǎn)期整個膠東地區(qū)的清潔取暖實(shí)際上是以核能供熱為基礎(chǔ)，搭配風(fēng)電、光伏及儲能作調(diào)峰。“膠東半島一旦能以這種以核為主、多能互補(bǔ)的方式解決供暖問題，遼東半島也一樣，兩者地理位置、形狀、氣候相似。”
位于遼寧西部沿海葫蘆島市、仍待官方核準(zhǔn)正式開工的徐大堡核電站也有類似規(guī)劃。
2017年，遼寧核電有限公司副總經(jīng)理葛政法接受媒體采訪時表示，徐大堡核電供熱專題自2015年啟動相關(guān)工作，開展了系統(tǒng)研究論證。根據(jù)方案，徐大堡核電站一期工程核電機(jī)組擬向距離廠址18公里的綏中縣城實(shí)施區(qū)域供熱，供熱面積為500萬平方米，供熱距離約22公里。他同時表示，“核電廠熱電聯(lián)供具有良好的環(huán)保優(yōu)勢和社會效益，按照目前葫蘆島地區(qū)的供暖價格，核電供暖能夠確保基本的資本收益率要求，并且具有極大的環(huán)保效益和社會效益。”
另據(jù)澎湃新聞了解，田灣核電站也已啟動核電機(jī)組為周邊提供熱力及工業(yè)用氣的相關(guān)工作。
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