日前,北方多地拉响天然气“气荒”警报。一些地方甚至停掉工业用气,保障居民用气。
在不久前,10部委共同发布《北方地区冬季清洁取暖规划(2017-2021)》,对北方地热供暖、生物质供暖、太阳能供暖、天然气供暖、电供暖、工业余热供暖、清洁燃煤集中供暖、北方重点地区冬季清洁供暖“煤改气”气源保障总体方案做出了具体安排,规划中将核能纳入清洁能源的范畴,并指出要研究探索核能供热,安全发展低温泳池供暖示范堆。
可以说,在人民群众对生态环境越来越关心的情况下,北方搞清洁供暖大势所趋,低温供热堆是发展方向之一。
由于风能、太阳能等可再生能源能量密度低、随机波动、间歇性等不足,很难满足北方地区冬季供暖的需要。而要获得稳定、绿色清洁的能源供给,核能是目前比较靠谱的选择。低温供热堆是核反应堆的一种,只不过核电站将反应堆释放的热能用来发电,而低温供热堆将热能直接用来供暖。
就低温供热堆的种类来说,大致可以分为壳式低温供热堆和池式低温供热堆。这两种低温供热堆国内外都有研究,池式低温供热堆顾名思义,整个供热堆就像一个小游泳池,而壳式低温供热堆则整个装在壳子里。
两者的差异在于,由于池式低温供热堆的堆芯位于水池底部,始终处于淹没状态。这种设计能够增加热容,能够有效防止堆芯升温过快。这就使池式供热堆拥有较好的安全性。不过,池式反应堆也存在不足,那就是大量热量会被水池带走,热损失大了之后会降低堆芯热效率。而壳式低温供热堆就没有这个问题。
由于池式供热堆具有安全性高、可靠性高、技术成熟、系统简单、运行稳定等优点,更适于靠近城市居民区,国内不少企业都把研发方向放在池式供热堆上。
采用核能供暖并不是中国首创的技术,苏联/俄罗斯、瑞士、加拿大、法国、德国等国家都先后研发过低温供热堆。不过,除了苏联/俄罗斯一直在推动核能供热,以此解决冬季的供暖问题之外,世界上还没有特别成功的核能供热反应堆商业化运营的先例。
中国于上世纪80年代初期开始研发核能供热反应堆。在1981年,清华大学开始着手研究低温核供热反应堆。在1989年,清华大学建成了世界上首个专用的压力壳式的5MW水冷供热堆,并实现3个冬季连续供暖运行,可利用率达到99%。
在90年代初,中国50MW低温核供热堆热电联供运行和低温制冷运行成功,成为世界上首座投入运行的“一体化全功率自然循环”低温核供热试验反应堆。
随后,中国完成了大量的200MW商业堆关键技术攻关,以及低温核供热堆在热电联供、制冷空调、海水淡化等方面的综合利用技术研究与开发。根据不同的用途开发出NHR200-I型和NHR200-II型两种型号的供热堆。NHR200-I型供热堆用于城市供暖,被应用于沈阳市低温核供热产业化示范工程项目,供热区域为和平区、南湖科技开发区、浑南产业开发区等地区。之后,还有一些城市也建设了示范工程。NHR200-II型主要用于核能海水淡化。
本次中国成功研发出“燕龙”池式低温供热堆,则是技术不断积累改进的最新成果。“燕龙”池式低温供热堆的热功率达400MW供暖建筑面积可达约2000万平方米,相当于20万户三居室。虽然这并非是革命性的技术进步,但在经济性、安全性和热功率等方面都有不小的提升,是过去几十年技术积累结出的硕果。
“燕龙”池式低温供热堆具有较好的安全性和经济性
“燕龙”池式低温供热堆具有较高的固有安全性,可以从理论上排除发生类似切尔诺贝利核电站、福岛核电站这样事故的可能。
切尔诺贝利核电站、福岛核电站、三里岛核电站都属于第二代核电站,这一代核电站虽然证明了核能发电在商业上可行,但在安全性上与今天的要求存在较大差距。
从福岛核事故来看,反应堆的安全性高度依赖停堆后的能动降温措施带走堆芯余热。当地震引发的海啸导致福岛核电站全厂断电后,所有能动降温措施失效,而反应堆内的剩余裂变和裂变产物衰变会持续产生剩余功率,这使得堆芯温度不断上升,加上日本东电在处置中优柔寡断,最终诱发了有史以来最为严重的核事故。
相比之下,“燕龙”池式低温供热堆从设计之初就充分考虑了固有安全性。而且“燕龙”池式低温供热堆的堆芯位于水池底部,始终处于淹没状态。即便发生意外,“燕龙”池式低温供热堆中的1800吨水可以确保20多天堆芯不裸露,实现“零堆熔”。
在环境保护方面,如果用“燕龙”池式低温供热堆来替换燃煤锅炉,每年可减少32万吨煤炭使用量,每年少排放52万吨二氧化碳、0.6万吨氧化硫、0.2万吨氧化氮、0.32万吨烟尘和10万吨灰渣。如果用来取代燃油锅炉房,则每年可减少20万吨燃油消耗量量,每年少排入环境3600吨氧化硫、1299吨氧化氮和100吨灰渣。由此可见,低温供热堆对于减排温室气体和降低气体污染物排放具有积极意义。
在经济性方面,“燕龙”池式低温供热堆的供热热价可做到40元/GJ,与燃煤供暖锅炉热价相当。在放射性物质排放上,就同等规模的核供热堆与燃煤锅炉来说,核供热堆泄露出的放射性物质仅为燃煤锅炉的不足三十分之一。
不过,本次10部委共同发布《北方地区冬季清洁取暖规划(2017-2021)》只是说政策松绑,而且可能会有支持,但都是市场化运作,具体情况还要看市场反应。
另外,除了燕龙之外,我国目前还有多个央企和民企提出了各自的低温供热堆方案,可以从技术上和商业上充分竞争,有利于广大消费者。一旦这种低温供热堆开始大规模取代燃煤锅炉,将有助于解决冬季雾霾问题,天会更蓝,空气会更加清新,生态环境也会更加宜居。(张欣、铁流)