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      技術文章

      核能供熱模式分析和核能集中供熱技術前景

      時間:2022-4-1 8:44:35   作者:曾斌/李言瑞/屈凡玉/楊彬/陳超   來源:發布   評論:0
      內容摘要:利用核能集中供熱已進行了大量的研究。與傳統熱源相比,核能供熱可以顯著減少污染物排放,供熱安全性有保障,將有效改善我國能源結構,緩解日趨嚴重的能源供應緊張局面..
      2020年9月22日,國家主席習近平在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上指出,中國將提高國家自主貢獻力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值,努力爭取2060年前實現碳中和。根據中共中央、國務院印發的《關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》,到2025年、2030年和2060年,我國非化石能源消費比重分別達到20%左右、25%左右和80%以上。

      碳排放交易的實行以及地方政府面臨的能源雙控政策壓力,清潔低碳轉型是能源領域的發展方向。集中供熱是我國消耗煤炭和產生碳排放的重要領域,在“雙碳”發展目標下也需要向清潔清潔供暖方向轉型。核能作為清潔低碳安全有效的能源形式,在集中供熱領域發揮重要作用。發展核能供熱有助于推動能源綠色低碳發展戰略,實現能源結構和產業升級,同時國家能源局也在試點運行。

      我國集中供熱發展現狀及趨勢

      我國北方地區居民冬季取暖是重要的國計民生事項,黨中央、國務院多次對居民集中采暖做出重要批示指示。目前,全國需要采暖的省份有17個,占國土面積的60%以上,采暖人口達到7億以上。我國集中供暖的熱源以熱電聯產和區域鍋爐房為主,使用的燃料以煤炭為主,每年消耗煤炭數億噸。燃煤是導致華北地區冬季霧霾、拉閘限電、實現“雙碳”目標存在壓力的重要原因,亟需采用新型清潔能源替代燃煤取暖。

      根據國家統計局數據,2000-2020年中國城市集中供熱面積逐年增長。2000年我國城市集中供熱面積為11.10億平方米,2020年增長至98.82億平方米,年增長率高達10.41%。隨著我國農村城鎮化的快速發展和南方部分地區逐步實現冬季供暖,我國集中供熱面積還在不斷攀升,保守估計到2030年將達到150億平方米。

      核能是當前較成熟的替代一次能源的能源形式之一,利用核能進行集中供熱已進行了大量的研究。與傳統熱源相比,核能供熱可以顯著減少污染物排放,供熱安全性有保障,將有效改善我國能源結構,緩解日趨嚴重的能源供應緊張局面,在保護環境、健康中國建設、“雙碳”目標實現以及緩解燃煤運輸壓力等方面具有積極意義。

      核能集中供熱工程項目技術

      核能供熱面臨重大機遇:

      國家支持核能供熱
      (1)2016年,國家發展改革委和國家能源局聯合發布《能源技術革命創新行動計劃(2016-2030年)》指出,到2050年,核能供熱具備規模建設條件。
      (2)2017年,由十部委印發的《北方地區冬季清潔取暖規劃(2017-2021)》明確指出核能、地熱、太陽能等能源是清潔供暖的重要形式。
      (3)2018年,國家能源局在《2018年能源工作指導意見》指出,積極研究推動北方地區核能供暖試點工作。
      (4)2018年,國家能源局發布《北方地區核能供暖五年行動方案》(征求意見稿),將核能供暖示范工程列為重點項目予以推進。
      (5)2021年,國務院印發《2030年前碳達峰行動方案》指出,積極推動高溫氣冷堆、快堆、模塊化小型堆、海上浮動堆等先進堆型示范工程,開展核能綜合利用。

      城市集中供暖面積快速發展:

      隨著我國城鎮化提速和城市建筑集中供暖面積的持續增加,為核能供熱提供了用戶環境。2020年,我國供熱面積為98.82億平方米,預計到2030年達到150億平方米。若增長面積的10%由核能供熱來提供,核能供熱面積將達到5.2億平方米,約相當于26-52個熱功率為400MWt的“燕龍”低溫供熱堆的供熱面積。

      國內已具有良好的核能供熱實踐

      1981年,我國清華大學就提出了發展低溫供熱堆的倡議,1983-1984年完成泳池堆核能供熱實驗,取得滿意結果。1986年3月,清華大學開工建設5MWt低溫供熱堆,1989年12月滿功率運行,開始向5萬平方米的建筑物供熱,連續供暖100天,驗證了核能供熱的優異性能。

      2017年11月,中國原子能科學研究院啟動49-2泳池堆開展供熱演示,實現安全供熱滿168小時,具備為兩座辦公樓和49-2堆廠房總面積約1萬平方米的供熱能力,標志著我國在核能供熱技術領域的自主研發取得重要進展。www.int-sourcing.com我國秦山核電站和海陽核電站已經實現商用核電機組的區域供熱。2021年,秦山核電站完成我國南方地區首個核能供熱示范工程(一期),供熱面積46萬平方米,為近4000戶居民供熱。2021年,海陽核電站為山東海陽市供熱面積達到450萬平米,為20萬居民海陽城區居民供熱,助力海陽城區成為國內首個全部實現核能供熱的城市。

      核能供熱概況

      在冬季寒冷、供暖期長的北歐核電國家比較流行使用商用核電機組進行區域供熱,并具有成熟經驗和豐富的商用經驗。核能供熱主要有單一核能供熱和熱電聯產兩種方式。

      單一核能供熱方式

      單一核能供熱方式是指以主要以供熱為目的建造的低溫供熱核反應堆,在供熱期內主要以供熱方式運行,在非供熱期內停運檢修,考慮經濟性也可用于生產同位素等其他應用。

      中國、前蘇聯、加拿大、德國、瑞士、法國等國都對低溫核供熱堆進行了研發。加拿大熱功率為2MWt的SLOWPOKE-III(SDR)常壓池式供熱堆為建筑物進行了2年演示實驗。供熱信息網了解到從上世紀60到80年代,我國和國外相關國家開始探索單一核能供熱問題,驗證了核能供熱的安全性與可靠性,并積累了大量的經驗,未發生核安全和核事故。我國研發了“燕龍”、NHR-200 I、NHR-200 II、HAPPY 200等多種型號的低溫供熱堆。

      由于當時考慮各國自然資源稟賦,不重視碳排放壓力,并且集中供熱本身需求就不大,相比價格較低的化石能源供熱,單一核能供熱當時在經濟性方面并不占優勢,且容易受到政治原因影響等因素的影響,因而沒有得到推廣應用。

      熱電聯產供熱方式

      熱電聯產是指從大型核電機組的汽輪機或管道中抽取部分熱量,作為城市供熱的熱源。有的以發電為主、供熱為輔,有的以供熱為主、發電為輔。20世紀60-70年代,國際上就開始研發商用核電機組核能供熱,幾乎是與核電技術同時起步,至今已具有一定規模。

      根據國際原子能機構統計,2020年全球有59臺商用核電機組(占總數的13.3%)在發電的同時產生熱水或蒸汽用進行區域供熱,主要分布于寒冷的北歐和東歐國家,如俄羅斯、烏克蘭、瑞典。國外商用核電機組區域供熱達到2267萬吉焦,相當于供暖面積7847萬平方米。商用核電機組的核能供熱的安全性與可靠性已經得到驗證,至今積累了超過1000堆·年的應用經驗。

      2019年11月,海陽核電核能供熱項目一期工程正式投用,向70萬m2的7757住戶供熱,開創國內核能商業供熱先河,被國家能源局授予“國家能源核能供熱商用示范工程”,海陽市也被授予“山東省核能綜合開發利用示范市”。2021年11月,海陽核能供熱二期項目投運,為海陽市整個城區450萬平方米的20萬居民供熱,海陽市成為全國首個“零碳”供暖城市。2021年11月10日,秦山核電站開始為4000戶居民供暖面積46萬平方米,為南方集中供熱項目起到了良好示范作用。

      核能供熱的優勢與產業化推廣情況

      環保效益好

      “燕龍”低溫供熱堆每年可替代32萬噸燃煤或1.6億m3天然氣,而每年消耗的核燃料僅大約2.5噸,消耗的核燃料與燃煤比大約為1:128000,極大地緩解了運輸壓力。同為功率為400MWt的核能供熱與燃煤鍋爐、燃氣鍋爐的環保效益比較如表1所示。
      核能供熱前景-核能供熱技術方案

      商用核電機組進行居民區域供熱具有清潔、安全、穩定、高效的優良特性。秦山核能供熱項目全部建成后,具備150MW供熱能力,減少燃燒標煤約2.46萬噸,減排CO2約5.9萬噸。海陽核電核能供熱項目一期工程年節約標煤2.32萬噸,海陽核能供熱二期項目替代12臺燃煤鍋爐,年節約標煤10萬噸,減排二氧化碳24萬噸。海陽核電站8臺機組全部建成,供熱面積超過2億平方米,年節約標煤660萬噸。

      核能供熱具有經濟競爭性

      單一供熱的低溫核供熱堆在運行4、5、6個月時,核能供熱價格分別為47元/吉焦、38元/吉焦和35元/吉焦。在供暖價格上,優于燃氣供暖和采電供暖,可比燃煤供暖。秦山核電站一期核能供熱項目熱價同徐州燃煤熱價相同,同為熱價30元/平方米。海陽核電站核能供熱二期項目建成后,
      中國供熱信息網 http://www.int-sourcing.com/
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      該文章所屬專題:新型采暖

      標簽:核能供熱模式 核能集中供熱 核能集中供熱項目 核能供熱前景 核能供熱技術方案 
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