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　　我國(guó)早在1981年，便開(kāi)始了核能供熱方面的研究。在治理霧霾方面，其產(chǎn)業(yè)化具有一定現(xiàn)實(shí)意義。

　　近年來(lái)，隨著國(guó)家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，推動(dòng)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)創(chuàng)新，一些新科技的產(chǎn)業(yè)化及推廣尚需時(shí)日，將吸引產(chǎn)業(yè)資本與一級(jí)市場(chǎng)投資介入。
本文將聊一聊低溫常壓核能供熱系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化前景，及其在治理霧霾方面的應(yīng)用前景。

　　霧霾，已成為危害居民健康的一大“殺手”。以下來(lái)自新華網(wǎng)的圖片，真實(shí)地記錄了霧霾發(fā)生時(shí)的情況。

　　霧霾的成因很多，其一為煤炭燃燒。近年來(lái)，我國(guó)對(duì)燃煤火電廠的煤燃料質(zhì)量、燃燒效率、煙氣凈化等各方面作了嚴(yán)格要求，但是，對(duì)于冬季取暖使用的燃煤治理仍需改進(jìn)。打過(guò)交道的華北一帶的很多居民普遍有這樣的感受：每逢冬季取暖季來(lái)臨，霧霾出現(xiàn)的頻率會(huì)有所增加。是否嚴(yán)謹(jǐn)，需要大量的統(tǒng)計(jì)樣本來(lái)驗(yàn)證，但這不是本文討論的重點(diǎn)。今天，我們將重點(diǎn)討論使用核能供熱應(yīng)對(duì)霧霾的可行性與現(xiàn)實(shí)意義。

　　環(huán)保部部長(zhǎng)陳吉寧在環(huán)保部某次新聞發(fā)布會(huì)上指出，北方供暖有三個(gè)問(wèn)題：一是熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱率較低；二是燃煤鍋爐環(huán)保設(shè)施跟不上、裝備水平低，單位排放是大電廠的十幾倍，如果安裝高效的脫硫脫硝設(shè)施，許多企業(yè)無(wú)力承受；三是農(nóng)村散煤?jiǎn)栴}，京津冀散煤占全國(guó)總量20%，一噸散煤是電廠排放的10倍以上。以上問(wèn)題客觀展現(xiàn)了目前能源結(jié)構(gòu)下，北方冬季供暖對(duì)大氣污染的影響，使用其他類型熱源減少煤炭占比將成為未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

　　目前我國(guó)主要的供熱方式為集中供熱和分散供熱兩種主要方式，但最終熱量來(lái)源主要依托于煤炭，根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局最新數(shù)據(jù)顯示，2015年供熱用燃煤消耗量占國(guó)內(nèi)原煤總產(chǎn)量的比例為4.62%，隨著集中供熱對(duì)分散供熱的替代，供熱用燃煤消耗量占比略有降低，但仍然能夠維持在4%左右占比，特別是近年來(lái)霧霾天氣的持續(xù)增多，環(huán)保問(wèn)題日益加重，清潔供熱能源的替代需求越來(lái)越強(qiáng)。我們認(rèn)為，利用核能供熱替代煤炭、油氣等常規(guī)能源供熱，環(huán)保優(yōu)勢(shì)更加明顯。

　　放眼全球，使用核能供熱并非新鮮事。國(guó)際上關(guān)于核能供熱領(lǐng)域的研究與應(yīng)用開(kāi)展較早，國(guó)外大型反應(yīng)堆用于城市區(qū)域供暖在技術(shù)層面已經(jīng)非常成熟，其中以俄羅斯尤為突出，根據(jù)《中國(guó)核能區(qū)域供熱面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)》（《能源與節(jié)能》2013年第4期），截至2011年年底，俄羅斯共有9座核電站中的29臺(tái)核電機(jī)組用于熱電聯(lián)產(chǎn)，如表4所示，超過(guò)俄羅斯在運(yùn)核電機(jī)組的85%，核電供熱的主要用戶為3-15km的城鎮(zhèn)居民。

　　除了俄羅斯已經(jīng)能夠成熟應(yīng)用大型核反應(yīng)堆進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn)外，美國(guó)、加拿大、德國(guó)、瑞士、瑞典、法國(guó)等多個(gè)國(guó)家都曾開(kāi)展過(guò)核能供熱方面的研究。

　　在我國(guó)，目前大型商用反應(yīng)堆在區(qū)域供熱技術(shù)方面基本沒(méi)有商業(yè)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，主要原因有：一方面，中國(guó)大型商用反應(yīng)堆一般遠(yuǎn)離熱力負(fù)荷中心，長(zhǎng)距離輸熱會(huì)導(dǎo)致效率降低。目前中國(guó)核安全法規(guī)規(guī)定，大型商用反應(yīng)堆廠址周圍5km為限制發(fā)展區(qū)，要求選址需要距離10萬(wàn)人口以上城鎮(zhèn)至少10km，距離100萬(wàn)以上人口大城市至少40 km；另一方面，中國(guó)目前核電機(jī)組額定電功率基本為1GW左右，而目前主要供熱機(jī)組額定電功率為200-300MW，如果用大型核電機(jī)組進(jìn)行區(qū)域供熱，可能導(dǎo)致局部供熱過(guò)大，同時(shí)會(huì)降低反應(yīng)堆運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)性與安全性。因此，我們認(rèn)為，相較于大型堆，小型堆在靈活性和安全性上更優(yōu)，更能夠適用于城市供暖供汽使用。

　　反應(yīng)堆系統(tǒng)的安全性是核能利用史上一個(gè)亙古不變的主題，對(duì)于小型堆亦是如此。值得一提的是，小型堆在追求安全性的過(guò)程當(dāng)中采用了一系列特殊設(shè)計(jì)，比如采用非能動(dòng)專設(shè)安全系統(tǒng)，以及對(duì)反應(yīng)堆主要設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化和重新布置。理論上，小型堆較大型堆在安全性上更有優(yōu)勢(shì)。下圖為小型堆應(yīng)用于區(qū)域供熱的主要工作原理示意。

　　結(jié)合我國(guó)當(dāng)下國(guó)情，我們認(rèn)為，在華北地區(qū)推廣小型堆供熱將助力城市霧霾治理。這并非是我們的憑空想象，近年來(lái)，產(chǎn)業(yè)界與學(xué)術(shù)界，已經(jīng)開(kāi)始關(guān)注并逐步展開(kāi)核能供熱堆的推廣工作。

　　根據(jù)《中國(guó)能源報(bào)》（2013年4月1日第21版）刊發(fā)的《核能供熱前路幾何》（記者朱學(xué)蕊）中介紹，我國(guó)早在1981年，便開(kāi)始了核能供熱方面的研究，并取得一系列突破：

　　1983年，清華大學(xué)原有的池式研究堆實(shí)現(xiàn)我國(guó)第首次核能低溫供熱實(shí)驗(yàn)；
　　1984年，當(dāng)時(shí)的國(guó)家科委批準(zhǔn)在清華大學(xué)核能所建一座5MW的核供熱試驗(yàn)堆；
　　1986年起，低溫核供熱正式列為國(guó)家“七五”科技攻關(guān)項(xiàng)目；
　　1989年，50MW低溫核供熱堆正式臨界啟動(dòng)，之后一次成功完成72小時(shí)滿功率連續(xù)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)；
　　1991-1992年，50MW低溫核供熱堆又取得了熱電聯(lián)供運(yùn)行和低溫制冷運(yùn)行成功，成為世界上首座投入運(yùn)行的“一體化全功率自然循環(huán)”低溫核供熱試驗(yàn)反應(yīng)堆。
　　2015年6月，中廣核與清華大學(xué)、中國(guó)核建聯(lián)合簽署“低溫核供熱堆產(chǎn)業(yè)化合作協(xié)議”，以推進(jìn)低溫供熱堆在中國(guó)的商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化，使得在我國(guó)已有近三十年研究歷史的低溫核供熱技術(shù)再度進(jìn)入公眾視野。

　　目前主流的核能供熱系統(tǒng)有殼式供熱堆和池式供熱堆兩種類型，其中殼式供熱堆由目前主流壓水堆核電站技術(shù)演進(jìn)而來(lái)，而池式供熱堆以游泳池實(shí)驗(yàn)堆為原型，從技術(shù)上層面來(lái)講，二者的建造與運(yùn)行的技術(shù)均已相對(duì)成熟。以下主要以池式供熱堆為例，介紹核能供熱的安全性、經(jīng)濟(jì)性以及未來(lái)的發(fā)展方向。

　　池式供熱堆的堆芯放置于地下水池的深處，核裂變所釋放的熱量，將水加熱后送到水池外的換熱器，經(jīng)過(guò)兩次換熱后，便可用于城市集中供暖。由于池式供熱堆僅用于供熱而無(wú)需發(fā)電，所以水池壓力可保持常壓，且游泳池式堆單位功率容積更大，堆內(nèi)冷卻水量充足，進(jìn)而能夠降低放射性物質(zhì)泄漏的概率，保持充足冷卻能力。如下圖為池式供熱堆的工作原理示意。

　　游泳池式反應(yīng)堆安全性能已經(jīng)得到充分驗(yàn)證。池式供熱堆相當(dāng)于游泳池式反應(yīng)堆在供熱領(lǐng)域的應(yīng)用，游泳池式反應(yīng)堆通常用于實(shí)驗(yàn)研究及同位素生產(chǎn)，建設(shè)與運(yùn)營(yíng)技術(shù)均成熟，具有長(zhǎng)時(shí)間安全運(yùn)營(yíng)歷史，因此池式供熱堆的安全性具有較高保障。根據(jù)中國(guó)能源報(bào)《治霾新思路：池式反應(yīng)堆核能供熱》介紹，世界上已經(jīng)建造了幾百座游泳池式反應(yīng)堆，由于常壓運(yùn)行安全性高，一般對(duì)建設(shè)地點(diǎn)無(wú)特殊要求，有些就建造在城市或大學(xué)校園內(nèi)，從運(yùn)行至今游泳池式反應(yīng)堆無(wú)嚴(yán)重核事故發(fā)生。據(jù)其介紹，1964年，我國(guó)在北京建成兩座為科學(xué)研究用的池式反應(yīng)堆，功率在10MW以下，距今已安全運(yùn)行約53年。

　　在目前情況下，池式反應(yīng)堆供熱或較燃煤鍋爐供熱更具成本優(yōu)勢(shì)。根據(jù)田嘉夫、趙兆頤在《低碳城鎮(zhèn)的核供熱能源》中介紹，一個(gè)500萬(wàn)平方米建筑面積的集中供熱區(qū)域，由燃煤鍋爐供熱時(shí)，每年大約消耗煤炭20萬(wàn)噸，如采用200MW核反應(yīng)堆供熱，每年可用1噸核燃料取代17萬(wàn)噸煤炭，按照目前市場(chǎng)價(jià)格，核能供熱與鍋爐供熱每年燃料費(fèi)用的比例大致為1:5；從建造成本來(lái)看，核供熱堆建造成本大致為燃煤鍋爐建造成本2倍，但其使用壽命可達(dá)60年，較燃煤鍋爐壽命要高出數(shù)倍，因此在燃料費(fèi)用與建造成本兩方面核供熱堆較燃煤鍋爐均具有優(yōu)勢(shì)。此外，根據(jù)《中國(guó)能源》（2016年第4期）中《核能供熱產(chǎn)業(yè)化提速》（記者余娜）一文報(bào)道，建設(shè)一座低溫核供熱站的投資，只相當(dāng)于同等功率的核電廠1/3左右，而在遠(yuǎn)離煤礦地區(qū)，使用低溫核供熱的成本比燒煤鍋爐供熱的成本更低。

　　放眼當(dāng)下，核能供熱系統(tǒng)有望成為化解冬季嚴(yán)重霧霾天氣的有效利器，綜合考慮池式供熱堆的安全性、經(jīng)濟(jì)性及環(huán)境友好性，我們認(rèn)為其未來(lái)有望在我國(guó)北方地區(qū)建設(shè)推廣。據(jù)田嘉夫、趙兆頤在《低碳城鎮(zhèn)的核供熱能源》中介紹，建設(shè)2×200MW核供熱站，每年可用1.8噸燃料鈾替代35萬(wàn)噸原煤，每年減少排放二氧化碳49.5萬(wàn)噸，二氧化硫0.77萬(wàn)噸，氮氧化物0.2萬(wàn)噸，煙塵0.14萬(wàn)噸，排放的放射性僅為燃煤鍋爐的2％左右，環(huán)境效益非常明顯。

　　在保證安全的前提下，使用核能替代傳統(tǒng)化石能源供暖，將在一定程度上利好霧霾治理。讓我們一起關(guān)注該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展吧！