核能供热在我国发展前景优势研究

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摘要：核能具有无污染，能量密度高，无温室气体产生等优点。合理、安全、有效地利用核能是我国未来新能源建设的一项重要课题。核能供热作为对核能利用的一种有效方式，目前已在我国部分城市以试点工程项目形式开展，未来进一步开展核能供热，将对我国开展清洁供暖有重要的战略意义。

关键词：核能；核能供热；清洁供暖

核能供热作为一种新的供热技术，目前已在我国北方某些城市以试点的形式采用。核能不但是清洁能源，而且它的燃料能量密度比普通化石燃料要高几百万倍，一座核电厂的燃料仅几十吨，运输压力非常低。相对于核电站，核能供热所使用核燃料量更是小之又小，因此以核能为热源是一种经济有效的供暖手段。

1核能与核能供热

1.1核能的利用优势

核能又被称为“原子能”。核能来源于原子核发生变化时的释放。核能的获得主要有两种途径，即重核裂变与轻核聚变，核能在民用领域的利用方式为裂变。如果有一个新产生的中子，再去轰击另一个铀-235原子核，便引起新的裂变，以此类推，这样就使裂变反应不断地持续下去，这就是裂变链式反应，在链式反应中，核能就连续不断地释放出来。它是取得核能的重要途径之一。核能的利用有以下优势：(1)核能同常规化石燃料相比，不会产生污染物质而排放到室外环境中，所以不会造成任何空气的污染；(2)核能不会产生CO2等温室气体，不会继续加重温室效应；(3)在核能所有的利用成本中，其燃料费用占很低，不易受外界环境影响利用成本较其他化石燃料稳定；(4)核燃料能量密度非常高，是常规化石燃料的几百万倍，因此核燃料的体积小，便于运输与存储。

1.2核能供热

核能供热是以核能为热源，并进行城镇集中供热的一种方式。它是解决传统供热所带来的污染、热效率较低等问题的有效的形式。由于城市集中供热所需要的热水温度较低，所以以现有的核技术可以完全满足使用要求。当下，核能供热采用的主要形式为集中供热专用一体化低温供热堆。这种堆的压力在2MPa以下，经过多级换热，可以输出满足城市供热一级网所需温度的热水。尽管采用核能，但是供热用反应堆的工作参数非常低，安全性好，因此可以完全满足使用要求。核能供热站由核岛、供热站和附属配套设施三大部分组成：(1)核岛包括整个热能供应系统以及相关的辅助系统和支持系统。主要由反应堆厂房、核辅助厂房、常规辅助厂房组成；(2)供热站主要包括厂房及厂房内的换热器等设备；(3)附属配套设施指核岛、供热站以外的辅助构筑物、系统或设备。

2核能供热站的安全防护

核能利用的安全性是开展核能应用的重要课题。核能供热堆在设计时考虑了4道安全防护屏障，以保证供热站对核能利用的安全性。第1道防护是燃料的芯块：核裂变所产生的放射性物质有98%以上滞留在二氧化铀的陶瓷芯块内，保证核燃料无法外溢。第2道防护是燃料包壳：它是完全密闭的，并且里面有一定的空间，即使有气体产生也密闭在包壳里面，而且锆管的燃料棒可以承受一定的压力，即使有大量的气体释放也无法使他开裂。第3道防护为一回路压力边界和压力容器：由核燃料构成的堆芯封闭在钢制的压力容器内，压力容器和整个一回路都是可以耐高压的，以保证放射性的物质无法泄露到反应堆厂房内。第4道防护是安全壳：即核供热反应堆的厂房，它将核反应堆、冷却剂系统的主要设备以及一些辅助设备、主要管道包容在内，当有事故（如地震、失水事故）发生时，它可以有效的阻止外逸的裂变产物泄漏。通过以上的防护措施，可以保证核能供热站不会发生核泄漏，杜绝核泄漏的安全隐患。另外核供热站的燃料浓度也较低，原子弹需要的是浓缩度为90%以上的高纯度核燃料，而核能供热站的核燃料的浓缩度仅在3%～5%左右，同原子弹相比核能供热站的核燃料浓度根本不是一个数量级。由于核能供热站燃料浓缩度非常低，燃料设计功率低、体积小，因此核能供热站所采用的核燃料的浓度从根本上排除了发生核爆炸的可能。

3核能供热站开发应注意的问题

3.1厂址选择

厂址尽量选择人口密度相对较低，离大城市较远的地点。交通便利，无固定危险源，对项目要做好厂址安全分析，环评，安评等工作，同时要重点关注公众沟通与社会稳定性风险分析等问题。

3.2核供热堆安全

核供热堆的安全性除了需要反应堆固有的自身安全性以以外，还需要通过设置合适的保护系统、自控系统以及必要的安全设施。在所有的运行工况下，最大限度地减少反应堆内的放射性物质向环境内释放，保护公众和核能供热站工作人员免受过量辐射伤害，同时需要做好各种安全预案，保证事故发生时人员及财产安全。

3.3核设施废物

核设施废物最小化的原则在国际上已得到充分的重视，因此项目在设计、建造、运行乃至退役等各个阶段将积极考虑先进的技术和管理方法，在废物政策上落实最小化的原则。核供热堆放射性废物的体积和活度通过合理的设计手段和运行、退役措施保持最低限度，这些措施包括设备材料的选择和控制、材料的再循环和再利用、合理的运行程序的应用等，重点在于不同类型废物和材料的隔离减少放射性废物的体积并利于管理。废物最小化需要从管理和技术安全两方面进行考虑。

3.4核能项目首堆经济性及夏季运行问题及对策

核能供热存在项目投资高，运行经济性不高的问题。财务指标较难能满足内部收益率要求。核能供热项目，夏季无采暖负荷和制冷负荷，仅有不稳定的工业用汽负荷，对核能项目的稳定运行是严峻的考验，同时由于用汽负荷较小，经济性不高，甚至存在停机危险。针对核能项目经济性不高，夏季运行困难等问题，可对核供热开工建设的同时，建设生物质发电厂。可将夏季核能供热产生的剩余蒸汽输送至生物质热电厂，生物质锅炉产生的发电主汽和核能供热厂的多余工业用汽一起进入汽轮机组进行发电。通过这种耦合利用的方式，既解决了核能供热厂多余工业用汽的消纳问题，同时解决了核能供热厂工业用汽负荷供应的调节问题。

4结论

核能供暖虽然未在我国广泛开展运用，目前仍处于探索时期。该供暖方式同时存在首堆经济性不高及夏季运行等问题。尽管如此，核能仍然是一种可有效地利用的供暖选择，其清洁环保的优势是其它常规化石燃料所无法替代的，在我国的供暖市场有广泛的开发与利用空间。

参考文献

[1]汪映蓉.核电前期工作指南[M].北京:中国电力出版社,2012.

[2]汪映蓉.核电前期技术要点[M].北京:中国电力出版社,2014.

作者：李相通 单位：黑龙江省林业设计研究院