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田嘉夫:利用核能彻底解决城市供热的环保问题

更新时间: 2017/4/23 16:10:54 来源: cntia汇编

 

 

这篇文章来源于1999年01月12光明日报,题目为《把核供热堆建在深水池里》 作者是当时清华大学核能技术设计研究院田嘉夫教授。近20年过去了,当时这个高科技低投入的低温堆项目并没有真正落地产业化,但为应对雾霾及城市空气污染,全社会已经付出巨大的代价,让人唏嘘不已……
 
核供热项目的巨大优势:
原子核完全裂变放出的能量是同量煤完全燃烧放出能量的270万倍,一座500MW的核供热厂每个供热期可替代燃煤30-40万吨;核供不存在煤炭运输储存、煤渣堆放、粉尘及尾气排放造成的巨大运力消耗、场地占用和环境污染,有利于减轻运输的压力和环保。从20多年的实验堆数据和理论科学看,核能供暖技术已经是成熟的。
 
至于低温核供热项目为什么没能产业化落地,主要原因我认为有2点:
一是低温核供热堆市场化推广的最大压力在于地方政府及公众对“核能供热”的接受度,技术持有方与中央和地方热力主管部门的有效沟通需进一步加强。
二是企业建设一座核供热项目,需要一定规模的供热用户(比如至少10万户)经济上才能合算,那就势必会触动一些传统供热企业的利益。
尤其今后在北方推进的供热改革,恐怕不仅仅是技术问题,更重要的是体制和利益分配的交锋。
 

 
 
以下是原文:
 
我国城市的环保问题越来越突出,北京已经成为世界十大污染最重的城市之一。人们希望能尽快找到解决方案。利用核能进行供热的方法的优点是非常清洁,能够比较科学地降低环境污染。清华大学5兆瓦壳式实验堆建成时,引起了很多人的关注;后来,国内准备建造200兆瓦壳式实用供热堆,但由于这个项目有一定难度和较高的投资,已经过去近10年了,还没有任何进展。
 
可是清华大学还有另外一个技术方案,它跳过了攻关难点,可以较容易地进入大型供热堆建设。建成后其安全性、经济性等各项性能都很好,国内技术专家一致赞成,但却很少有人知道。它就是深水池供热堆方案。
 
核能是将贮存于原子核内的能量释放出来,少量的核燃料就能产生大量的热能,按发热量计算,核燃料价格只有煤、石油、天然气等化石燃料的几分之一或十几分之一。但由于燃烧核燃料的反应堆比燃烧化石燃料的锅炉贵得多,通常情况下,核能的能源成本很高。目前只有大型核电站(热功率在2000MW以上)的发电成本可以和火电成本相竞争。
 
除了发电,核能还可用于供热。热与电的最大差别是热的传输困难而昂贵,无论输送介质采用热水还是蒸汽,它所需要的管道、保温层和泵都需要比输电高得多的投资,再加上传输中的热损失、泵的耗电以及传输设施的维护,使得输热的经济距离仅限于几公里或最多几十公里。也就是说供热不能像电网那样形成大的联网,只能采用小规模或中等规模的热源实现区域供热。
 
就全世界来说,较大的供热联网是大中城市为采暖而建设的区域供热系统,它的容量大约可达600MW至1200MW,相应的最大热源装机容量为200MW至400MW。核能用于供热就只能采用这种规模的中、小型反应堆,因此,一个首要的问题就是在经济上还能否有竞争力。另外,现有核电站被要求远离城市或居民区建设,为供热又必需靠近这些地区,因此,供热反应堆还需要有很高的安全水平。
 
从国外的研究情况来看,很多研究设想都是在其原有核电技术的基础上,简化结构和设备,改造成低温低压的供热堆,因为这有利于核电技术和核电设备生产能力的利用。低温低压使反应堆造价降低,但为满足靠近城市建设的要求,有时还需要增加一些安全设施,结果在100MW至500MW的功率范围内,在单位功率的造价上不会低于核电站的造价。
 
针对这种情况,我国在低温核供热研究中设计出一种专用于低温供热的新型反应堆,称为深水池供热堆。它由我国首先提出,并于1985年获得我国第一批发明专利,非常适用于低温供热,而且所有技术都已成熟,容易实施和建设,完全可以取代燃烧化石燃料获热的方法,成为新型的供热能源。
 
深水池供热堆的设计不同于核电站,反应堆堆芯不是放在密闭的压力容器内,而是放在一个水池的深处,在那里它可以产生所需要的热能。反应堆工作在常压之下,不会发生由于突然失压而引起的严重事故,是一种非常安全的反应堆。这种反应堆世界上建有几百座,主要用于实验研究。由于安全性好,很多反应堆就建造在城市之内。法国有一座池式反应堆,功率为70MW,是世界上最大的研究反应堆之一,它就建造在巴黎市市区边界附近,距巴黎圣母院的城市中心仅17公里,已安全运行30多年。选用这种堆型作为供热堆,其安全性自然就满足了靠近城市建设的要求。不仅节省投资,而且还会消除人们对第一次采用核能供热的担心。
 
这种堆型也是建设投资最低的一种反应堆,经过国内一些设计单位按现在价格估计,200MW深水池供热堆的基建投资大约需要1.15亿元,初装燃料费大约为6600万元,总计约为1.81亿元。与简化核电站得到的有压力的供热堆相比,其建设总投资仅为其1/3左右;与国内采暖燃煤锅炉的造价相比,其容量大约相当于大型锅炉7台,其投资合计约为1.1亿元。核供热站建设投资是比采暖燃煤锅炉要高一些,但核供热站的使用寿命为锅炉的2~3倍,所以在造价上两者可以相比。甚至,120MW或更小些的核供热站投资也具有经济竞争力。
 
有人担心,由于在供热成本中,核燃料成本所占比例较大,如果供热堆功率规模比核电站小,燃料成本会升高。但在深水池供热堆的研究中,根据季节性用热及池式堆换料的特点,我们制定了新的最佳燃料管理模式,由反应堆计算程序计算研究得出提高燃料利用率的办法。结果,深水池供热堆在很小的功率规模下,其燃料利用率可以接近大型核电站的水平。在这种条件下,核燃料价格较低的优势就显现出来。与燃煤锅炉供热相比,产生相当于1吨煤(热值为5000kcal/kg)供热量,所消耗的核燃料费仅为60~70元,当前全国的煤价已远高于这一水平。
 
目前,深水池低温核供热堆投入建设前的研究工作已经完成,但转化需要更广泛和更强有力的支持。
 
 
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