山東海陽核電站“暖核一號”項目輸水管道。
山東海陽核電站“暖核一號”項目運行工程師正在對設備進行巡檢。
“暖核一號”三期項目900兆瓦遠距離跨區(qū)域核能供熱工程施工現(xiàn)場。
山東海陽核電站外景。 （國家電投山東核電有限公司 供圖）
膠東半島南部，山東海陽，一座不算大的海濱小城，因“核”站在了聚光燈下。
依托我國最大核能供熱項目——“暖核一號”，海陽告別了燃煤供暖時代，成為國內(nèi)首個實現(xiàn)“零碳”供暖的城市，當?shù)?0萬居民也因此與核能有了“近距離”接觸。
那么，什么是“暖核一號”？核能如何實現(xiàn)安全高效清潔供暖？與傳統(tǒng)供暖模式相比，核能供暖的優(yōu)勢何在？近日，記者采訪了國家電力投資集團有限公司山東核電有限公司有關(guān)負責同志。
從大型核電機組抽汽供熱
熱電聯(lián)產(chǎn)蹚出核能綜合利用新路
屋外寒風瑟瑟，氣溫降至冰點以下。而在海陽市亞沙村小區(qū)居民侯女士家中，卻溫暖如春。
“我家隔壁和樓上樓下都沒有人住，屋里還是非常暖和，溫度計顯示室內(nèi)溫度已達到26攝氏度，和以前燒煤供暖相比，現(xiàn)在溫度更穩(wěn)定?！焙钆磕弥鴾囟扔嬚f。
在海陽，與侯女士有著相同感受的，還有不少人。而這也正是“暖核一號”項目投產(chǎn)給海陽市域居民帶來的切身變化。
記者了解到，“暖核一號”是由國家電投開發(fā)的具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的核能零碳供熱技術(shù)，也是我國首個核能綜合利用技術(shù)品牌。而今年是海陽市區(qū)全域利用這一技術(shù)實現(xiàn)核能供暖的第二個年頭。
張真，山東核電設計管理工程師。雖然年輕，卻見證了核能綜合利用創(chuàng)新實踐的全過程。
“核能不止于電?！睆堈娓嬖V記者，在多數(shù)人的概念之中，提到核能，最先想到的就是發(fā)電，但實際上“核能有更多的可能性”，熱電聯(lián)產(chǎn)就是其中之一，“也就是既發(fā)電又供熱?！?/p>
據(jù)他介紹，作為山東省首座開工建設并投產(chǎn)發(fā)電的核電站，海陽核電規(guī)劃建設6臺百萬千瓦級核電機組，預留兩臺擴建余地，總裝機將超過1000萬千瓦。一期工程兩臺機組為國家三代核電自主化依托項目，分別于2018年10月、2019年1月開始并網(wǎng)發(fā)電。
在此之前，國家電力投資集團有限公司核能發(fā)展總工程師，山東核電有限公司黨委書記、董事長吳放就提出了核能供熱的構(gòu)想，并帶領(lǐng)團隊在國內(nèi)率先開展大型壓水堆熱電聯(lián)產(chǎn)的研究與實踐。當時，山東核電制定了“三步走”的戰(zhàn)略：一期園區(qū)級輔汽供熱模塊（供熱能力30兆瓦），二期縣域級抽汽供熱模塊（供熱能力200兆瓦），三期區(qū)域級大規(guī)模抽汽供熱模塊（供熱能力900兆瓦）等多個技術(shù)標準化方案。這一套核能供暖技術(shù)，被命名為“暖核一號”。
據(jù)介紹，其供熱原理是從海陽核電機組中抽取已經(jīng)發(fā)過部分電的蒸汽作為熱源，在物理隔絕的情況下，進行多次熱量交換，最終將溫暖送達用戶家中。但是這看起來十分容易的幾步，真正做起來卻并不容易。
“僅技術(shù)方案，我們當時就設計了9種不同的路線。能不能做成，能不能被人接受，這些都是未知數(shù)?！睆堈娓嬖V記者。
2019年冬，“暖核一號”一期31.5兆瓦工程投運，實現(xiàn)向周邊70萬平方米范圍內(nèi)供熱，是國內(nèi)首個核能供熱商用工程。當時，核電廠的員工宿舍區(qū)及施工生活區(qū)率先用上了核能供暖，該工程被國家能源局命名為“國家能源核能供熱商用示范工程”。
但張真和同事們并不能“喘口氣”，緊接著，他們就要攻關(guān)“暖核一號”二期202.5兆瓦工程，涉及近500萬平方米。
“和一期工程不同，二期工程要實現(xiàn)更大范圍的供暖，需要對高壓缸排汽管道、閥門、換熱器等一系列實體設備進行改造，同時還涉及控制方案的改變?！睆堈孢M一步解釋說，比如，我們一次性要從高壓缸抽汽300多噸，氣壓的驟變勢必會影響汽輪機等一系列設備的運行狀態(tài)。
因此，到底抽多少、怎么抽，每一個環(huán)節(jié)都馬虎不得。最終，經(jīng)多方合作，項目團隊攻克了“暖核一號”一系列關(guān)鍵技術(shù)：填補了百萬千瓦級中壓飽和汽輪機組抽汽技術(shù)的國內(nèi)空白；研發(fā)了適用于飽和蒸汽的大口徑抽汽止回閥、快關(guān)調(diào)節(jié)閥等新型閥門，在核電熱電聯(lián)產(chǎn)關(guān)鍵設備上實現(xiàn)了國內(nèi)首創(chuàng)；開發(fā)了反應堆熱功率與汽輪發(fā)電機電功率+對外供熱功率匹配的運行控制策略，在核電熱電聯(lián)產(chǎn)的運行控制技術(shù)上實現(xiàn)了新的跨越；形成了一套完整的基于核電熱電聯(lián)產(chǎn)的安全和瞬態(tài)評估體系，在國內(nèi)大型核電機組熱電聯(lián)產(chǎn)安全評估技術(shù)上實現(xiàn)了零的突破……
2021年11月，“暖核一號”二期工程投運，讓海陽市區(qū)實現(xiàn)了從傳統(tǒng)的燃煤取暖向核能清潔供暖的“無縫切換”，成為國內(nèi)首個實現(xiàn)“零碳”供暖的城市。海陽核電1號機組成為世界最大熱電聯(lián)產(chǎn)機組，“暖核一號”成為較早實現(xiàn)國家“十四五”規(guī)劃關(guān)于“開展山東海陽等核能綜合利用示范”要求的項目之一。
據(jù)介紹，今年7月，“暖核一號”900兆瓦遠距離跨區(qū)域核能供熱工程正式開工，預計于2023年投運。屆時，供熱面積可達煙臺、威海地區(qū)，可滿足100萬人口的取暖需求。
只有熱量傳遞，沒有介質(zhì)交換
多重回路隔離設計讓核能供暖更安全
事實上，在一開始聽說小區(qū)采暖熱源要從燒煤變成核電站的核能時，當?shù)夭簧倬用褚苍蓄檻]。然而，深入了解之后，他們打消了顧慮。
“核能供暖不是核供暖?！睆堈娓嬖V記者，從核電機組抽汽提取出來的熱量只是一個熱源，要通過多個“燒開水”的環(huán)節(jié)，才能將熱量通過市政供熱管網(wǎng)傳遞到用戶端。
他與同事們經(jīng)常用“自熱小火鍋”來解釋核能供暖的這一工作原理?！白詿嵝』疱仭毕旅媸羌訜釋?，上面是食物層，經(jīng)過物理隔絕，下面作為發(fā)熱材料的不可食用部分，僅僅發(fā)揮加熱作用，而不會與上面的食材接觸。
“這里面最關(guān)鍵的就是，只有熱量的傳遞，沒有介質(zhì)的交換，核能供暖也是如此?！睆堈娼榻B，海陽核能供暖的整個過程其實是通過5個物理隔離的回路來實現(xiàn)的。
記者了解到，一回路完全封閉在反應堆廠房里。反應堆中，150多組燃料組件經(jīng)核裂變反應，釋放出大量的熱量，這部分熱量會把一回路的高壓水加熱到300多攝氏度。
二回路的水通過蒸汽發(fā)生器，吸收一回路中高壓高溫水的熱量，變?yōu)轱柡驼羝?，推動汽輪機做功發(fā)電。核能供暖就是從核電機組二回路抽取部分發(fā)過電的蒸汽作為熱源，通過廠內(nèi)換熱首站加熱三回路的水。
“這就相當于在物理隔絕的情況下，用高溫蒸汽加熱水?！睆堈娼忉屨f，三回路的熱水在廠外供熱企業(yè)換熱站加熱四回路的水，完成“水與水”的熱交換，這樣的操作還可以持續(xù)到五回路甚至更多。最終輸出的水，就成為傳導到居民家中的“供暖水”了。
“簡單來說，核能供暖就是通過水來傳遞熱量。只有用蒸汽加熱水，或者用熱水加熱冷水兩種模式?！睆堈嬲f，核電站與用戶之間設置了多道回路進行物理隔離，每個回路只有熱量的傳遞，沒有水的交換，而在用戶端，熱水只在小區(qū)內(nèi)封閉循環(huán)，“十分安全”。
數(shù)據(jù)最具說服力。山東核電給記者提供了核輻射防護工程師此前對各回路輻射水平的檢測數(shù)據(jù)：位于核電廠內(nèi)的換熱站，是蒸汽進行第一次換熱的地方，測量儀器顯示輻射劑量約為0.23微希沃特每小時；在使用核能供熱的核電廠內(nèi)辦公樓，測量儀器顯示為0.18微希沃特每小時；熱力公司的核能供熱首站，測量儀器顯示為0.18微希沃特每小時；在一戶核電供暖的居民家中，測量儀器顯示為0.20微希沃特每小時……
“自然界中，輻射無處不在。宇宙射線、土壤、巖石等等，都具有一定的放射性，室內(nèi)的瓷磚、大理石等也會產(chǎn)生輻射，通過數(shù)據(jù)檢測，我們能看出核能供熱不會引入額外的輻射。據(jù)統(tǒng)計，全球人均每年接受來自自然的輻射劑量是2400微希沃特，這個就叫天然本底水平。”據(jù)環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域?qū)I(yè)人士介紹，不管是天然本底輻射，還是我們?nèi)粘Ｉ钪薪佑|到的輻射，只要控制在一定量之內(nèi)，都不會對我們的健康產(chǎn)生影響。
溫暖一座城，湛藍一片天
實現(xiàn)民生環(huán)保經(jīng)濟等多領(lǐng)域共贏
在采訪時，海陽市民賈女士告訴記者，山東核電在宣傳普及核能供暖時的一句話讓包括她在內(nèi)的不少居民都很感動：溫暖一座城，湛藍一片天?！暗谝淮胃杏X，核能真正和我們老百姓柴米油鹽的生活聯(lián)系在了一起?！辟Z女士說。
據(jù)介紹，“暖核一號”二期投運后，海陽市民的供暖費由每平方米22元降至21元，感受到了實實在在的實惠。
實實在在獲得了經(jīng)濟上實惠的，不止是市民。
對于當?shù)責崃径?，在實行核能供暖前，他們每年要從河北等地購買18萬噸原煤，除去買煤的投入，還有運輸、脫硫環(huán)保設備以及大量的電能消耗等?！耙郧?，燒鍋爐配備脫硫設備，每天電能消耗就要五六千度，而現(xiàn)在每天用電量僅為600度左右，加上節(jié)省的設備、人工、運維等費用，可以節(jié)省一大筆開銷?！必S源熱力有限公司有關(guān)負責同志介紹，曾經(jīng)的鍋爐工人告別了臟亂的工作環(huán)境，銹跡斑斑的工作服已被束之高閣?！肮ぷ魅藛T的工作強度小了、工作環(huán)境好了，收入?yún)s一點沒受影響?！?/p>
對于海陽核電站而言，能源效率及資源利用率也得到極大提升。據(jù)介紹，“暖核一號”一期項目投運后，全廠熱效率由36.69%提升至37.17%；二期項目投運后，熱效率提高至39.94%；三期工程投運后機組熱效率將提升到55.9%，是原來的1.5倍。若海陽核電兩臺機組同時開展900兆瓦核能供熱，相當于用不到5%的投資，增加了一臺百萬千瓦級核電機組。
談到核能供暖的經(jīng)濟賬，吳放認為，“長期來看，核能供暖會比燃燒化石燃料更實惠?！?/p>
在他看來，基于最近兩年的煤炭價格加上一定距離的傳輸成本，使用核能供暖的價格略低于燃煤供暖。但未來化石能源的價格可能會因為產(chǎn)量、儲量、碳排放市場化等原因不斷上漲，而使用核能近似于一次性投資，費用主要花在建設時期。投產(chǎn)后，核燃料的價格占成本的比重較小。因此，核能發(fā)電、供熱的成本比較穩(wěn)定。
不過，比經(jīng)濟賬更為亮眼的，則是環(huán)保賬。
山東核電數(shù)據(jù)顯示，截至目前，“暖核一號”項目已經(jīng)完成的三個供暖季，累計對外提供清潔熱量258.2萬吉焦，減少原煤消耗23萬噸，減排二氧化碳42萬噸。其中，去年11月至今年4月，“暖核一號”二期工程投運后的首個供暖季持續(xù)穩(wěn)定供熱143天，減少原煤消耗約18萬噸，減排二氧化碳33萬噸、氮氧化物2021噸、二氧化硫2138噸、煙塵1243噸。與核能供熱之前相比，供暖季空氣中的PM2.5下降了16%，天氣優(yōu)良率上升了17%；減少向環(huán)境排放熱量150萬吉焦，區(qū)域海洋生態(tài)環(huán)境提升明顯。
安全、經(jīng)濟、清潔、高效……海陽核能供熱邁出了我國核能綜合利用的第一步。據(jù)了解，作為我國最大的核能供熱項目，“暖核一號”的供熱能力占目前全國核能供熱總能力的九成以上。
除山東海陽外，我國東北地區(qū)首個核能供暖項目——紅沿河核電站核能供暖示范項目今年11月也正式投運供熱，可覆蓋遼寧省大連市瓦房店市紅沿河鎮(zhèn)，惠及當?shù)亟鼉扇f居民。去年，秦山核電與浙江海鹽共同建設核能供熱示范工程，開創(chuàng)我國南方核能供熱先河，當?shù)匚覈讉€核能工業(yè)供熱項目也于最近投用。
“用零碳的暖，溫暖了千家萬戶，守護了碧海藍天，讓群眾生活更加幸福，讓環(huán)境更加舒適美好，也為核能發(fā)展打開了一扇創(chuàng)新之門。”吳放說。
創(chuàng)新發(fā)展永無止境。據(jù)介紹，除正在建設中的“暖核一號”三期900兆瓦核能供熱項目外，山東核電還建成了世界首個“水熱同產(chǎn)同傳”科技示范工程，在世界范圍內(nèi)首次實現(xiàn)了“零碳”供熱的同時“零能耗”淡化海水，成為我國在核能綜合利用領(lǐng)域科研攻關(guān)的創(chuàng)新成果。
