在核能供暖的整個(gè)過程中，只有“蒸汽加熱水”和“水加熱水”這兩種模式，核電站與供暖用戶間有多道回路進(jìn)行物理隔離，回路間只有熱量的傳遞，沒有水的交換，也就不會(huì)有任何放射性物質(zhì)進(jìn)入到用戶的暖氣管道內(nèi)。
入冬后，我國(guó)北方各城市的供暖季如約而至，而山東省海陽市的供暖方式卻與其他地方有所不同。前不久，國(guó)內(nèi)最大的核能供熱項(xiàng)目——“暖核一號(hào)”核能供熱工程正式啟動(dòng)今冬明春供暖，為海陽市的20萬居民送上了溫暖。
此外，上個(gè)月，我國(guó)東北地區(qū)首個(gè)核能供暖項(xiàng)目——遼寧紅沿河核電站核能供暖示范項(xiàng)目也開始正式投運(yùn)供熱，該項(xiàng)目可惠及當(dāng)?shù)亟?萬居民。
那么，到底什么是核能供暖?核能供暖相比傳統(tǒng)供暖模式有何優(yōu)勢(shì)?核能供暖會(huì)帶來輻射嗎?針對(duì)上述問題，科技日?qǐng)?bào)記者采訪了相關(guān)專家，為您帶來權(quán)威解讀和專業(yè)科普。
以核能產(chǎn)生的蒸汽為熱源
我國(guó)北方大多數(shù)地區(qū)都采取集中供暖方式，利用熱電聯(lián)產(chǎn)電站或各類燃煤、燃?xì)忮仩t對(duì)水進(jìn)行加熱或制造低壓蒸汽，經(jīng)換熱站換熱后，再將市政供熱管網(wǎng)內(nèi)被加熱后的水送至千家萬戶。
其中，加熱水或制造低壓蒸汽的階段被廣大網(wǎng)友戲稱為“燒開水”階段。拋開設(shè)備、規(guī)模等方面的差別不談，這一階段和燒開水確實(shí)有不少相似之處。
想要“燒開水”，首先就要有熱源。在家里要想把水燒開，可以用燃?xì)庠罨蛘唠娝畨?。而在大?guī)模供熱中，想要高效率地把水“燒開”，則需要使用熱值(表示燃料質(zhì)量的重要指標(biāo))較高的煤炭、天然氣或者發(fā)電廠的余熱等。長(zhǎng)期以來，我國(guó)北方地區(qū)集中供熱的“功臣”主要是各類燃煤、燃?xì)忮仩t或火電機(jī)組，燃煤供熱比重高達(dá)70%到80%。
傳統(tǒng)供暖方式成本較低，但是會(huì)產(chǎn)生大量的溫室氣體。據(jù)清華大學(xué)建筑節(jié)能中心測(cè)算，2018年我國(guó)建筑運(yùn)行碳排放量在21億噸左右，約占全社會(huì)排放總量的20%。其中，我國(guó)北方城鎮(zhèn)供暖能耗為2.12億噸標(biāo)煤、碳排放量約為5.5億噸，這大約相當(dāng)于2億輛小轎車一年的碳排放量。
既然都是“燒開水”，為什么不能用更清潔的能源?
有人將目光投向了核能。相比于風(fēng)能、太陽能等新能源，核能具有穩(wěn)定性強(qiáng)、能量密度大等特點(diǎn)，是冬季供熱的更優(yōu)選擇。
在許多人的印象當(dāng)中，核能最直接的應(yīng)用似乎是發(fā)電。事實(shí)上，核電站的發(fā)電原理和傳統(tǒng)火電站是非常相似的，它也可以像火電站一樣，做到熱電聯(lián)產(chǎn)，也就是既發(fā)電又供熱。
核電站最常見的堆型之一是壓水堆，這也是目前我國(guó)熱電聯(lián)產(chǎn)式核電站的主要堆形。該堆型就是把核反應(yīng)堆用“高壓鍋”裝起來，整個(gè)系統(tǒng)由若干個(gè)回路組成：其中一回路是核電站最核心的地方，相當(dāng)于火電廠的鍋爐，核裂變反應(yīng)在這里發(fā)生以后，會(huì)產(chǎn)生非常多的熱量，將高壓水加熱到300攝氏度以上。
二回路的水通過蒸汽發(fā)生器，吸收一回路中水蒸氣的熱量，使其變?yōu)轱柡驼羝?，推?dòng)汽輪機(jī)做功之后冷凝變成水，繼續(xù)進(jìn)行封閉循環(huán)。
如果需要供熱，就在原有核電機(jī)組的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，將其改造為熱電聯(lián)產(chǎn)式核能供暖機(jī)組。啟動(dòng)供熱后，就從機(jī)組抽取部分蒸汽進(jìn)入熱網(wǎng)加熱器，加熱三回路的水完成“汽—水”熱交換，三回路的水在熱力公司加熱四回路的水完成“水—水”熱交換，這樣的操作還可以持續(xù)到五回路甚至更多。最終輸出的水，就成為傳導(dǎo)到居民家中的“供暖水”了。
“‘暖核一號(hào)’核能供熱工程就是從核電機(jī)組抽取蒸汽作為熱源，在物理隔絕的情況下，進(jìn)行多次熱量交換，最終通過市政供熱管網(wǎng)將熱量送到用戶家中。”國(guó)家電力投資集團(tuán)有限公司山東核電有限公司(以下簡(jiǎn)稱國(guó)家電投山東核電)黨委書記、董事長(zhǎng)吳放解釋道。
2019年，“暖核一號(hào)”一期3.15萬千瓦核能供熱工程投運(yùn);2021年，“暖核一號(hào)”二期20.25萬千瓦核能供熱工程投運(yùn)，助力海陽市成為全國(guó)首個(gè)“零碳”供暖城市。吳放說，“暖核一號(hào)”二期核能供熱工程正式供暖后，首個(gè)供暖季節(jié)約原煤約18萬噸，減排二氧化碳約33萬噸、煙塵1243噸、氮氧化物2021噸、二氧化硫2138噸;同時(shí)，海陽市居民住宅取暖費(fèi)每建筑平方米較核能供熱前下調(diào)了一元。
目前，“暖核一號(hào)”三期900兆瓦核能供熱工程正在按計(jì)劃穩(wěn)步推進(jìn)，計(jì)劃于2023年底供暖季投運(yùn)，屆時(shí)將實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域供熱，供熱面積可達(dá)3000萬平方米，能滿足約100萬人口的取暖需求，同時(shí)可替代原煤消耗90萬噸、減排二氧化碳165萬噸。
只有熱量的傳遞、沒有水的交換
雖然核能供暖好處多多，但是在現(xiàn)實(shí)生活中，一些人談核色變，尤其是在核能供暖的過程中，有人擔(dān)心暖氣管里的水是直接從核電廠加熱后流出的，因而會(huì)有輻射。
那么，事實(shí)真是如此嗎?
要想回答這個(gè)問題，首先要搞清楚一點(diǎn)，核能供暖不等于核供暖。目前，世界上沒有任何一種技術(shù)，能夠把核燃料直接拿來作為熱源，都是要經(jīng)過層層介質(zhì)轉(zhuǎn)換才能實(shí)現(xiàn)供暖。
“熱電聯(lián)產(chǎn)式核能供暖機(jī)組與一般的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組最大的不同，就在于前者代替了煤炭、天然氣等化石能源燃燒，以核裂變方式產(chǎn)生熱量。”吳放進(jìn)一步表示，在核能供暖的整個(gè)過程中，只有“蒸汽加熱水”和“水加熱水”這兩種模式，核電站與供暖用戶間有多道回路進(jìn)行物理隔離，回路間只有熱量的傳遞，沒有水的交換，也就不會(huì)有任何放射性物質(zhì)進(jìn)入到用戶的暖氣管道內(nèi)。
說白了，使用核能供暖的居民，他們家里暖氣管道內(nèi)的熱水，并不是直接從核電站里流出來的，而是經(jīng)過層層換熱后被“捂”熱的水。核電站只是為供暖企業(yè)提供熱源，并不直接負(fù)責(zé)向居民家里供熱。
“除此之外，居民家中暖氣管里的熱水也只是在小區(qū)內(nèi)部封閉循環(huán)，與核電廠層層隔離，沒有任何接觸，十分安全。”吳放總結(jié)道。
推廣需解決技術(shù)、成本等難題
好處多多的核能供暖，其實(shí)并非新概念。早在半個(gè)世紀(jì)前，北歐一些國(guó)家就已經(jīng)有相關(guān)應(yīng)用，還有的國(guó)家曾經(jīng)興建過核能供熱反應(yīng)堆，我國(guó)早在上世紀(jì)80年代也開展過相關(guān)研究工作。
那么，為什么直到近些年核能供暖才開始逐漸普及呢?
首先，建造一個(gè)熱電聯(lián)產(chǎn)式核能供暖機(jī)組需要解決較多的技術(shù)問題，一些技術(shù)問題的攻關(guān)難度很高。
除此之外，僅僅有了技術(shù)上的突破還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。核電廠在改造施工的過程中，因其特殊性，施工的安全和技術(shù)難度極大;同時(shí)，熱電聯(lián)產(chǎn)式核能供暖機(jī)組由于需要大量冷水進(jìn)行冷卻，不適宜在缺水的內(nèi)陸地區(qū)進(jìn)行修建。
另據(jù)行業(yè)內(nèi)相關(guān)人士表示，若進(jìn)行跨區(qū)域核能供暖，就會(huì)涉及到市政規(guī)劃、管網(wǎng)鋪設(shè)、熱企銜接、費(fèi)用核算等一系列問題，這些問題雖然不是技術(shù)性難題，但可能比攻克技術(shù)難題還要耗費(fèi)功夫。
與此同時(shí)，核反應(yīng)堆需要建在無人居住的海邊，或者周圍一定范圍內(nèi)沒有人煙的區(qū)域，為了后期將熱量進(jìn)行傳送，需要建設(shè)非常長(zhǎng)的導(dǎo)熱設(shè)施，那么熱量在傳導(dǎo)過程中的耗損有多大，目前尚需進(jìn)一步研究。
面對(duì)種種難題，“暖核一號(hào)”的經(jīng)驗(yàn)或許能夠?yàn)槿珖?guó)熱電聯(lián)產(chǎn)式核電機(jī)組的建設(shè)運(yùn)行提供借鑒。
“我們已經(jīng)擁有‘園區(qū)級(jí)’(供熱能力30兆瓦)輔汽供熱模塊、‘縣域級(jí)’(供熱能力200兆瓦)抽汽供熱模塊、‘區(qū)域級(jí)’(供熱能力900兆瓦)大規(guī)模抽汽供熱模塊等多個(gè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化方案，這些方案可向全國(guó)進(jìn)行復(fù)制推廣。”吳放表示。
