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我国南边首个核能供暖项目投运南边人的冬天将不再湿冷难熬?

  1938年,德国科学家奥托·哈恩初次发现核裂变现象时,肯定想不到这尔后会成为人类的取暖神器。

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  当一颗中子撞向原子核,原子核裂成数片。假如把这些碎片搜集起来、称量,你会惊讶地发现,碎片的质量要比原子核本来的质量小。质量不会平白无故地消失。正如爱因斯坦的质能方程所预示的那样,消失的质量转化为了能量。这种能量,便是核能。

  1942年12月2日,物理学家费米在芝加哥发动了国际上第一个原子反应堆——芝加哥反应堆1,从此,国际上增加了一种新的动力,核年代开端了。

  1954年6月27日,由苏联制作的国际首座商用核电站奥布宁斯克核电站开端发电。尽管它的总输出功率仅为5000千瓦,但核电站的前史由此开端,也意味着核能的和平运用成为实际。奥布宁斯克核电站安全运转了近50年,于2002年“退役”,2004年转型为俄罗斯的一座博物馆和科技馆。

  自奥布宁斯克核电站起,国际各国敞开了核电制作的浪潮,苏联,美国、英国、法国和德国等国制作了大批核电站。

  当核能用于发电的可行性、经济性和安全性得到验证后,那些缺少化石动力又饱尝隆冬之苦的欧洲国家,便开端研讨用核能取暖。

  1964年,瑞典原型核动力反应堆Agesta建成投运,它是国际上第一个民用核能供热的核电站。尔后,欧洲各国纷繁开端运用核能供暖。

  核能供暖首要选用的是热电联供的办法,这种反应堆在平常用来发电,待到供暖季,便升高功率,发动核能供暖设备,完成供暖。现在,国际上400多座反应堆中,有50多座反应堆在供给核能供暖服务。

  不过,热电联供式反应堆的首要意图是发电,供热仅仅反应堆的功用扩展。这就导致,其时只要建有核电站的当地,才干经过改造核电厂完成供暖。究竟,核电站投入本钱高,安全要求高,不或许专门为了供暖制作一座核电站。

  核能能量密度高,动力本钱低,加拿大、法国、苏联、美国、瑞士等核能开展国家,都对低温供热堆进行了研讨,并研讨出了一系列的供热堆型。例如,加拿大在1987年建成了2兆瓦的SLOWPOKE(SDR)常压池式供热堆,为修建物供热运转了2年。

  到20世纪70年代,各国对核能供热的技能研讨现已趋于老练,一起,核能供热的安全性和可靠性也得到了验证。其时,各国关于核能供热现已积累了多年的运转经历,而且未发生过核事故和安全事故。可以说,从技能的老练程度和安全程度上来看,推行核能供热技能不存在根本性的问题。

  但直到21世纪,单一的核能供热堆仍旧鲜有完成商用的,现在干流的核能供暖办法,依然是运用原有核电站,加装蒸汽抽取供暖设备,完成热电联供。

  一是经济性原因。核能供热的燃料本钱较低,可是反应堆制作选址、设备安全等级、配套安全设备等方面本钱较高,比较于化石动力,在经济上并不占有优势。

  二是核技能的灵敏性,这也是最首要的原因。核问题本来仅仅技能问题,可是因为触及到核武器分散以及大众对核技能灵敏,开端演变成政治问题,这阻止了核能供暖技能的推行运用。

  我国的核能供热技能起步晚,可是研讨工作一向持续进行,且技能不断获得前进。现在,我国的核能供热在技能上已具有了商业运用的才干,但因为灵敏性和经济性等原因,有关核能供暖堆的制作规划进展很慢。

  1983年,我国科技人员对一座屏蔽室实验反应堆进行改造,将其改造成为一座低温供热实验堆,拉开了我国核能供热技能研讨前奏。1989年,这座反应堆正式投运,成功地向这栋面积共15000平方米的修建供暖。在此基础上,我国又制作了5兆瓦低温核供热堆,并完成热电联供。尔后,我国持续完成核供热堆200兆瓦商用堆NHR200-I要害技能研讨,2003年更是开发了更高运转参数的NHR200-II低温核供热堆。

  回忆核能供暖的前史,咱们很简略发现,完成核能供暖最快捷的办法,便是运用现有的核电站,在其上加一路供暖设备,以热电联供的办法完成核能供暖。

  核反应堆的结构并不杂乱。以我国大陆制作最广泛的压水堆为例:一堆紧凑的核燃料组件严密“堆”在一起,其间刺进用以操控反应堆功率的操控棒,便组成了反应堆的主体结构——堆芯;然后,将堆芯“泡”在水中,运用高速活动的水流,将堆芯发生的热量带走,这便是压水反应堆的根本结构。

  这些高速活动的水流,经过名为“热交流器”的管道调集,将管道的管壁加热;在管壁的外部,即名为“二回路”的空间中,另一路水流会高速冲刷这些被加热的管壁,将热量带走,转化为高温蒸汽。依托这种“隔管壁交流”的办法,反应堆在留住悉数放射性产品的一起,将能量安全地“传递”出去。因而,二回路中发生的高温蒸汽,本质上与火电厂锅炉发生的蒸汽没有差异。

  当蒸汽进入汽轮机,就可以推动汽轮发电机运转,发生连绵不断的电能,这个进程和火电厂几乎是如出一辙的。假如这时,将驱动汽轮机的蒸汽抽取一部分,作为热源加热暖气管中的水,就可以完成核能供暖了。这也正是我国现行的商用核能供暖的技能办法。

  用这种办法进行核能供暖,不触及到核反应堆改造,不触及核安全问题,技能完成简略,施工难度低,经济性也高。

  现在,全国际400余台在运核反应堆中有超越1/10的机组已完成热电联供,且已累计安全运转约1000堆/年。

  住建部的最新数据显现,我国冬天供暖面积以年均约10%的增速增加,到2019年末,全国会集供热面积已达110亿平方米,北方乡镇供暖能耗为1.91亿吨标煤,约占修建总能耗四分之一。

  经过近两年开展,本年11月初,海阳核电站核能供热商用演示工程二期450万平方米项目正式投产,海阳市彻底离别燃煤取暖,成为全国首座“零碳”供暖城市,惠集20万居民。一起,这一项目投产也完成了国内商用核能供暖“零的突破”。

  海盐某动力公司的负责人表明,核能供热后,本来的锅炉及环保设备不再运用,曾经需求9人1组三班倒的锅炉房,变成了无人值守的换热站,只需求惯例巡视。一个供热季,他的企业在环保、用电、人工等方面的本钱节省可达300万元。

  山东省动力局局长栾健泄漏,山东省将着力打造胶东半岛千万千瓦级核电基地,同步推动核能供暖等综合运用,力求到2030年,在运装机规划到达1300万千瓦以上,胶东半岛具有条件的区域悉数完成核能供暖。

  每年冬天,“秦岭-淮河”线以南的城市因身处非法定会集供暖区,常常饱尝湿冷之苦。跟着人们生活水平不断提高,南边人对冬天供暖的呼声也越来越高。

  此前,囿于动力严重和基础设施缺少等要素,南边会集供暖举动没有彻底打开。现在,作为清洁动力的核能,给南边公民带来期望。

  浙江省的海盐县身处“秦岭-淮河”线以南,其县域内也没有从事会集供暖的热力公司。不过,海盐县具有秦山核电站。

  1991年12月15日,秦山核电站的并网发电让中国大陆完毕了无核电的前史,我国也成为第七个可以自主规划、制作和运转核电站的国家。

  本年的12月3日,秦山核电站经过对原有的商用核电站加装供暖设备、抽取部分蒸汽作为热源加热供暖系统的办法,让4000户居民具有了核能供暖。这是我国南边首个核能供暖工程,也是南边供暖的一个标志性事情。

  现在,海盐县投运的是第一阶段的工程,只触及3个小区的核能供暖(原因是这3个小区本来就建有供暖管线)。依据秦山核电核能供暖项意图规划,到2022年冬天,将完成向海盐县主城区向西和向北核能供暖,在未来,秦山核电核能供暖项目将辐射整个海盐县城以及县城周边大街和集镇,使得海盐县城成为南边核能供暖的标志性城市。

  核能供暖并不贵。当年,西方国家开展核能供暖,一个重要原因便是化石动力供暖本钱高。现在,我国运用核电机组热电联供的办法完成核能供暖,除掉供热管线铺设和维护费用,核电厂的首要本钱是燃料本钱。也便是说,当冬天进行核能供暖时,核电厂只需求将反应堆这个“炉子”烧得更“旺”一点就行,而核燃料本钱与化石动力本钱比较,是适当经济的。

  从山东海阳核能供暖项目运转状况来看,不考虑核能输热管线本钱,核电供热办法与燃煤本钱适当;关于秦山核电核能供暖项目,已完成核能供暖服务的小区,其用户暖气费用,比较本来也有必定程度的下降。

  海盐县的居民介绍道,本来小区运用的是天然气锅炉供暖,一个供暖季每平方米收费是46元,现在改成核电供暖,除了外部管网换了,室内供暖设备仍是沿袭曾经的,但价格将下调到30元每平方米。依照他们家套内70平方米核算,一个供暖季本来需求3220元,现在下调到2100元,可以省下1120元。

  以秦山核电核能供暖项目为例,项目悉数投产后,相关于电取暖办法,每年可节省电能耗费1.96亿度;相关于燃煤火电机组,每年可削减燃用标煤约2.46万吨,相应地每年可以减排二氧化硫1817吨、氮氧化物908吨、二氧化碳5.9万吨。这仅仅是一个服务县城的项目,若后续核能供暖项目全面推行,那关于我国碳达峰和碳中和,含义极为严重。

  现在,我国碳排放交易市场正在逐渐树立,各核电厂也开端纷繁参加碳排放交易市场,这一方面能激起核电企业参加核能供暖的积极性,另一方面也能进一步下降核能供暖的本钱。

  不过,前文说到,现在的核能供暖都是在不影响核安全的前提下,对已有的核电站进行改造,加装供暖系统等。我国的商用核电站悉数散布在滨海区域,且只要少量散布在北方滨海,这使得内陆完成核能供暖困难重重。

  到2021年10月31日,我国大陆区域共有在建和运转核电机组71台,其间运转机组52台。图源:国家核安全局

  跟着远距离输热技能的日趋前进,估计未来滨海核电站为中心200公里范围内,均有或许完成核能供暖。从这个角度上来看,现在运用商用核电站加装供暖系统的办法完成核能供暖,还有很大的潜力可以开发。

  需求留意的是,运用现存核电站热电联供的办法,进行核能供暖,能确保安全、经济与功率。但面临广阔的疆土,现阶段的核能供暖关于改动我国冬天以化石动力为主的供暖办法,效果不大。在未来,大力开展多用途小堆,才干更好地发挥核能供暖在低碳减排和服务公民方面的效果。

  现在,我国现已研讨了多种类型先进小堆。一起,我国已在山东制作了第四代先进气冷堆项目,在海南开工制作了小巧一号小堆项目。这些先进反应堆选用模块化制作办法,制作工期更短,还可以依据需求履行发电、供汽、供暖甚至海水淡化等功用,在规划上比较传统的核电站更安全、更先进、更经济。

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