《能源》杂志丨bob平台新核田力:核能供暖是碳中和下的供暖新解

发布时间:2021-08-31来源:《能源》杂志

只要燃烧化石燃料(煤、石油、天然气),就会排放二氧化碳。而二氧化碳作为温室气体中的主要成分,将会对地球气候和生态带来灾难性的变化,无论我们有多么需要经济增长和工业发展,都不能在全球碳达峰和碳中和的共同战役中熟视无睹,更不能无所作为。

 

很显然,在全世界绝大部分国家都承诺了在2050年之前实现碳中和的形势下,中国要想在新时代的世界政治经济舞台上有足够的发言权和影响力,必须要行动起来了。

 

可以想见的未来的能源结构是,燃煤发电/供热机组到期关停,有些不到期也会被关停。发电机组设计寿命30年,30年弹指一挥间。位于广东经济重镇东莞的曾经领业内之先的沙角A、B、C电厂共十台机组陆续到期关停,2025年之前全部退役。在碳减排的压力下,今后电厂申请延寿获得批准的难度愈来愈大。

 

北方地区,风电资源丰富,集中式光伏也建设了不少,今年又开始整县推进屋顶光伏,电是不缺了。可是到了冬天,集中供暖的民生需求成为了影响碳减排、碳中和目标实现的主要障碍。尽管很多城市附近的火电厂已经改造成了热电联供机组,但同样面临到期关停的命运。

 

新的热源在哪里?成为北方所有热力公司最为关切的问题。北京市已经实现了燃气供暖,但是市主要领导还是提出了集中供热系统重构的更高要求,北京市集中供暖系统上马心仪已久的核能热源是或早或晚的必然事件,因为节省下来的燃气补贴的确不是一个小数目。随着气候的变迁和人民生活水平的提高,长江沿线乃至长江以南的城镇居民都有了冬季取暖的强烈需求,尽管因为供热周期短,可以采用分户电取暖,但是如果没有足够的绿电供应做基础,用电越多,碳排放量反而愈大。

 

从这个角度看,长江沿线建设核电势在必行,愈早建成愈好。所谓内陆核电安全风险高是个伪命题,且不说核电大国美国和法国的一多半核电机组都在内陆,内陆核电和沿海核电的安全标准一致、同等重要,而且中国的核电监管标准和安全运行水平一直是全球最领先的。核安全局及核安全中心数千人的监管力度之严和水平之高也是全球公认的。

 

中国早期核能供暖

 

其实核能领域很久以前就已经给出了集中供暖的零碳热源解决方案—核能供暖。

 

早在1982年《国外核新闻》杂志就刊载文章,介绍了加拿大低温池式供热堆技术。低温池式堆并不是新技术,中国的核科学研究也是低温池式研究堆起步的。50年代苏联援建的原子能研究院的101堆就是一个典型的低温池式重水堆。1958年建成并运行,在运行了49年后,已经于2007年停堆,进入退役的准备期。2019年启动退役工作程序。

 

位于北京昌平南口镇的清华大学核研院厂区,也有一座自主研制的功率为2MW(热)的池式研究堆,苏联专家起了个头就撤回了,在吕应中先生率领下,1960年开始,在平均年龄只有23岁半的清华大学师生自力更生的艰苦努力下,于1964年建成,反应堆代号901,至今安全稳定运行近50年。

 

池式堆在供暖技术上的一大革命性特点,就是它不用像其他化石能源热源一样必须经历一个高温甚至超高温燃烧的阶段。池式堆产生的能量直接将水的温度定格在100oC左右,而且是几乎100%的能量利用率。这样就简化了能量转换设备系统的复杂度,减少了能量转换过程的损失,也大大降低了人身安全风险,改善了工作人员运行环境。

 

1984年底到1985年初,由于清华大学核能所主要领导的变动,核能所没能够在低温常压池式堆的技术路线上乘胜前进。而是组织技术路线选择论证,重打起鼓另开张,选择了有压力的壳式堆作为主攻方向。1985年开始研发建造5MW壳式低温供热堆,壳内工作压力15个大气压。经过全所人员集中攻关,于1989年12月,达到满功率运行,为核能所5万多平方米建筑面积集中供暖,并连续供暖多个冬季。

 

从此以后,核能供热/供暖领域就出现了两个技术路线:池式堆和壳式堆。常识告诉我们,一个统一标准设计的大型工业产品都不那么容易推广,更何况有两个设计标准,又是有潜在风险的核能装置,双方又都能说得出来对方的缺点和不足。如此一来,导致业内声音不一致,力量不统一。

 

结果所有项目都是不了了之。其中,不同技术路线之争给客户带来的困惑、地方政府主要领导人的更换、核能项目周期较长、以及投资企业对于投资经济性、运行安全性的担心等,都是影响客户下决心真正启动和投入的重要原因。

 

之前推广核能供暖行动不那么坚决的另一个原因,是可以烧煤,燃煤锅炉和热电厂热电联供都可以作为冬季集中供暖的基础热源。尽管污染大气环境,但是以前环境容量足够大,多排放一些烟尘和二氧化碳好像没什么。还有一个原因就是以前集中供暖管网没有这么多、这么大,一说投资核能供暖,就要配套建设热网,热网投资比热源投资还要高,想想如此麻烦,也就算了。哪个单位的宿舍楼或小区要集中供暖,就单独建设烧煤锅炉房就可以了。

 

2013年以来,随着人民生活水平的提高,对生活环境的要求也愈来愈高,而这个时候,全国大部分地区的环境容量达到了上限,雾霾成了新闻舆论中出现频率最高的一个词汇。2013年,东北三省在十月供暖季,开始出现了大规模严重的雾霾天,严重到雾霾进入了百科词条,pm2.5突破了1000μg/m3。

 

治理大气污染、改善大气环境、“打赢蓝天保卫战”很快成为各级政府的一项硬任务。俗话说:“人无远虑、必有近忧”,在大气环境领域已经应验了。现在又开始了碳达峰和碳中和,如果我们还不重视二氧化碳减排,还不采取切实措施,那么,用不了几年,温室气体排放对全人类的灾难性后果就会更加明显地显现出来,而且还是不可逆的。

 

核能供暖再受青睐

 

2012年初,能源局宣布设立核电司,受时任核电司司长委托,我在电力行业筹建了中国电力发展促进会核能分会。2014年底,我向相关领导建议可以考虑推广核能供暖项目。核电司认为:核能供暖不发电是核能领域能源革命的亮点,发展核能供暖,不仅可以为治理雾霾做贡献,还可以为碳减排做贡献。而且,核能供暖还是核能领域推动混合所有制改革的突破口。

 

核电司领导建议我们设立一个专业化的公司来推进此事,公司名称就叫新核能源。同时,领导希望我们尽快注册专利、明确知识产权归属,将这个池式堆技术在国内保护起来,免得市场需求热起来了,外国公司进来瓜分市场。

 

发展核能供暖必须解决历史遗留的技术路线问题。在向核电司领导以及三大核电集团相关部门汇报之后,核电司领导决定明确支持核能供热/供暖技术开发和落地,中核集团业很快将池式堆作为主要的供暖堆技术路线加以推广,中广核和国家电投也由不太感兴趣到推出各自的技术路线,共同发力清洁供暖基础热源市场。

 

从2016年开始,每年春节之前我们电促会核能分会都会组织一次核能供暖技术的宣传推广和论证研讨会。直到2017年将池式堆核能供暖写入十部委联合发布的《北方地区冬季清洁取暖规划(2017-2021)》:“加强清洁供暖科技创新,研究探索核能供暖,推动现役核电机组向周边供暖,安全发展低温泳池堆供暖示范。”

 

2017年初,有一次在和bob平台控股董事长王济武先生交流时,谈到核能供暖,没想到王济武先生也是十分看好核能及其在未来能源领域中的重要地位,提出希望新核能源与bob平台清洁能源成立一个合资公司,共同推进,于是就有了bob平台新核。我们相信并希望,满足北方地区集中供暖需求的小型核反应堆技术,最终会统一到池式堆技术路线上来。

 

难点:核设施退役

 

公众对核设施的退役比较关心。因为种类繁多,加上规模大小、场址条件、运行状况等有别,不同核设施的退役方式大不相同。在国际上,3种退役策略已被广泛采用,即立即拆除、延缓拆除、封固埋葬。

 

“立即拆除”是在核设施永久关闭后,尽可能快地除去和处理核设施内的放射性物质,原场址可以有限制或无限制利用。“延缓拆除”是在核设施关闭后先做部分和简易的去污、拆除工作,在保证安全的条件下对核设施进行长期贮存,让放射性核素衰变,然后拆除。对大型反应堆退役,延缓拆除往往是优选的策略。“封固埋葬”是把核设施整体或它的主要部分,处置在它现在的位置或核设施边界范围内的地下。

 

不可否认,退役要付出不小的经济代价。但是,应该与核设施运行期间带来的经济和社会效益相比较,核电以及核能供热/供暖装置设计寿命60年,不仅满足人们对于能源的需求,而且还比其他能源减少了二氧化碳、氮氧化物、硫化物以及烟尘的排放,更不会导致冰川融化,总体平衡下来,一定是利大于弊。核能复兴的声音也开始愈来愈响了。

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