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哆罗罗,哆罗罗,严冬咋取暖?别急,核能供热来了!
2017-11-30 11:20  · 来源:中国能源报  · 作者:朱学蕊  · 责编:王长尧

  11月28日早上6:20,北京丰台区某公交站旁,记者冻得上牙磕下牙,真想公交车快点来或者一头扎进暖气房。 

  3个小时后,在北京中国原子能科学研究院内,中核集团发布:泳池式轻水反应堆(49-2堆)安全供热满168个小时。据说,在过去一周内,这座供热反应堆所在的厂房和另外两座办公楼都实现了核能供热。早上11点,与供热反应堆厂房一路之隔的办公楼墙壁上电子温度计显示:室内温度25.6摄氏度。记者赶紧脱了大衣,这才免得一身大汗。 

  记者报道核能领域好几年,也是第一次享受到“核能供热”。 

  除了发布“供热演示项目——泳池式轻水反应堆(49-2堆)”安全供热满168小时的消息,中核集团28日正式推出了自主研发的泳池式低温供热堆——“燕龙”低温供热堆。据测算,一座40万千瓦的“燕龙”低温供热堆,供暖建筑面积可达约2000万平方米,相当于20万户三居室的面积。 

  49-2堆什么来历,跟供热堆什么关系?国际上哪些国家利用核能供热?“燕龙”堆安全性、经济性如何?是否有计划建设示范工程? 

  “49-2”堆的新使命 

  其实,在核工业界,49-2泳池式轻水反应堆(以下简称“49-2”堆)早已大名鼎鼎,它从1959年开始建造,1964年12月20日首次达到临界,是我国自行设计、建造的第一座反应堆,也是我国唯一一座运行寿期超过50年的反应堆,曾为我国“两弹一艇”研制做出了巨大贡献。作为工程材料的试验堆,49-2堆初期主要用于军民用的燃料元件考验,后期用于结构材料和燃料元件辐照考验、核仪器仪表辐照试验、放射性同位素生产、单晶硅中子掺杂、活化分析及运行人员培训等。 

  今年1月11日,中核集团向北京市人民政府提交了《关于中核集团在党建、核电走出去、核能减霾和科技创新等领域与北京市融合发展情况的报告》,在核能供热示范中提出泳池式低温供热堆。 

  3月13日,中核集团决定对泳池式低温供热堆项目立项、明确由中国原子能科学研究院牵头,利用49-2堆开展泳池式堆城市供热可行性研究及演示。 

  11月8日,国家核安全局批准49-2泳池式反应堆低温供热改造方案。 

  中核集团总经理钱智民介绍,作为泳池式低温供热堆“演示验证-示范工程-商业推广”三步走发展战略的第一步,49-2堆先后开展了供热工况的热工水力校核、供热回路及其控制系统改造等工作,而且经过168小时运行,效果良好,实现了预期目标。中核集团后续将继续开展供热参数影响、热网负荷变化等供热工况,对反应堆调节特性影响、核供热安全性和智能化控制系统的研究工作。这些基础研究成果将指导燕龙型号研发,为燕龙示范工的设计、建造、运行提供强有力的技术支撑。 

  “随着‘燕龙’型号发布和本次49-2堆供热演示验证的成功,我们将进一步加快示范工程的实施步伐。”钱智民说。 

  国内外核能供热咋样? 

  核能供热在国际上并非新概念。 

  上世纪六十年代,世界上第一个实现民用核能供热的核电站——瑞典原型核动力反应堆Agesta实现连续供热十年。到了七十年代,俄罗斯、保加利亚、瑞士、罗马尼亚等国就开发建造了很多核供热系统,作为区域集中供热或工业供热热源,并积累了丰富的运行经验。同时,池式供热系统发展也拉开了大幕。之后的八十年代,加拿大建成的SLOWPOKE池式核供热堆为医院和学校供热,功率为2MW,堆芯出口温度为80摄氏度,而瑞士也设计了一款深水池式供热堆。 

  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。针对不同用途,目前已开发出NHR200-I型和NHR200-II型两种型号的供热堆,前者用于城市供热、热法海水淡化工艺,后者主要用于工业蒸汽、热膜混合海水淡化工艺。 

  据中核集团泳池式低温供热堆总设计师柯国土介绍,从各国发展核能供热的实践看,核能供热可分为两种方式,一种利用核电厂的乏汽供热,另一种是专用供热堆。而目前世界上应用最广泛的核能供热方式为热电联产,共有57座反应堆热电联供,占所有运行核电机组的10%,主要分布于寒冷的东欧。“核能区域供热的安全性和可靠性已经得到充分验证,至今累计了超过1000堆年的应用经验,未发生核安全相关的事件和事故。” 

  业内专家称,专用供热堆短期内工程示范的可能性很大。记者了解到,此次中核推出的“燕龙”堆就计划在2018年底完成示范项目核准,2020年后在北方地区开展商业化推广。 

  “燕龙”堆安全经济吗? 

  “燕龙”泳池式低温供热堆代号为“DHR-400”,意为400兆瓦区域供热反应堆。其供热原理是将反应堆堆芯放置在一个常压水池的深处,利用水层的静压力提高堆芯出口水温以满足供热要求,而热量通过两级交换传递给供热回路,再通过热网将热量输送给用户。 

  那么,作为反应堆,“燕龙”的安全性如何? 

  柯国土介绍,池式堆也是世界上被广泛应用的堆型,其简单、安全、造价低廉,在多年的运行实践中,世界各国的池式堆都保持了良好的安全记录。“基于国内池式堆几十年的研究、设计、建造和运行经验,以及部分低温供热试验设施的运行数据,池式供热堆技术路线是可行的。” 

  中国原子能科学研究院提供的资料显示,池式堆的堆芯位于水池底部,始终处于淹没状态;在任何事故下,依赖反应堆固有的负反馈特性可实现自动停堆。而且,停堆后不采取任何余热冷却手段,1800吨水可以确保20多天堆芯不裸露,实现“零堆熔”。而燃料包壳、堆水池、深埋地下和密封厂房等四道屏障,可有效隔离放射性。此外,废水收集系统的设置,可靠收集万一泄漏的放射性废液,确保不泄露到厂房外,实现“零排放”。尤其是,增设压力较高的隔离回路,确保放射性与热网隔离。 

  中国科学院院士王乃彦表示,低温供热堆在常压低温下运行,具有固有安全性、可靠性高、技术成熟、系统简单、运行稳定、占地面积小等优点,并且建造成本低,运行维护简便,厂址能够选在城市附近。 

  低温供热监控室 

  在经济方面,“燕龙”供热的热价如何?是否可以实现对燃煤的替代? 

  相关统计显示,池式供热堆的供热热价为40元/GJ,与燃煤供暖锅炉热价相当。一座400MW核能供热堆可供约2000万平方米建筑面积,每年替代32万吨燃煤,对比燃煤可减排烟尘3200吨、灰渣10万吨、二氧化碳52万吨、二氧化硫6000吨、氮氧化物2000吨。 

  在建设投资上,与其他化石能源供热相比,池式低温供热堆建设投资约是同等规模燃煤锅炉的2-3倍,但运行成本远低于燃煤锅炉,使用寿命60年,是燃煤锅炉的2-4倍。据初步计算表明,如果每年供暖时间为4个月,池式供热堆的经济性可以和燃煤锅炉相当。 

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