核能供熱試點之爭

2018-02-25 10:15:55 能源雜志　點擊量：評論 (0)

核能供熱的美好前景，加速了能源央企對其涉獵的步伐。然而，示范項目落地難卻成為核能供熱推廣面臨的最大阻力。2017年11月28日，來自住建部

核能供熱的美好前景，加速了能源央企對其涉獵的步伐。然而，示范項目落地難卻成為核能供熱推廣面臨的最大阻力。

2017年11月28日，來自住建部、環(huán)保部、能源局、科工局、行業(yè)協(xié)會、高校、企業(yè)的各路人士齊聚一堂，將原本一幢不起眼的三層小樓——中國原子能科學研究院偏居一隅的游泳池式輕水反應(yīng)堆廠房，圍得水泄不通。

在低調(diào)服役半個世紀后，這個反應(yīng)堆廠房因“燕龍”的橫空出世，一下子熱鬧起來。

當天，中核集團正式宣布：泳池式輕水反應(yīng)堆(簡稱49-2堆)安全供熱滿168個小時，具備為原子能院部分辦公樓供熱、功能演示及實操培訓等能力。

同時發(fā)布的，還有能實現(xiàn)區(qū)域供熱的“燕龍”泳池式低溫供熱堆。據(jù)測算，一座400MW的“燕龍”低溫供熱堆，供暖建筑面積可達約2000萬平方米，相當于20萬戶三居室。

“利用核能進行區(qū)域供熱能更有效改善我國能源結(jié)構(gòu)，緩解日趨嚴重的能源供應(yīng)緊張局面，希望中核集團對泳池式反應(yīng)堆供熱的技術(shù)進行充分論證，不放過任何技術(shù)關(guān)鍵細節(jié)，力爭將核能供熱技術(shù)的安全性、可靠性論證明白，用公眾接受的語言向社會講清楚。”環(huán)境保護部副部長、國家核安全局局長劉華評價說。

早在30年前即開展攻關(guān)研究并列為國家重點科研項目的核能供熱項目，一度引發(fā)各方關(guān)注和重視，卻始終未能邁出實質(zhì)性一步。挑戰(zhàn)之下，示范項目落地難成為核能供熱推廣面臨的最大阻力。

當各省市試點紛紛趨之若鶩，難題能否得到化解?

熱源緊缺

在今冬煤改氣“失算”之后，部分地區(qū)熱源緊缺又“卷土歸來”。

在我國北方，每年冬季供暖是關(guān)系國計民生的大事，采暖范圍遍布全國17個省、市、自治區(qū)，占國土面積的60%以上，采暖人口達7億。

目前我國主要的供熱方式為集中供熱和分散供熱兩種主要方式。其中，集中供熱的熱源主要以熱電聯(lián)產(chǎn)和區(qū)域鍋爐房為主，每年供暖消耗煤炭超過5億噸，能源結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)升級形勢嚴峻。

國家統(tǒng)計局最新數(shù)據(jù)顯示，2015年供熱用燃煤消耗量占國內(nèi)原煤總產(chǎn)量的比例為4.62%。隨著集中供熱對分散供熱的替代，供熱用燃煤消耗量占比略有降低，但仍然能夠維持在4%左右，特別是近年來霧霾天氣的持續(xù)增多，環(huán)保問題日益加重，清潔供熱能源的替代需求愈發(fā)強烈。

“隨著城鎮(zhèn)化的進展，北方地區(qū)供熱面積已經(jīng)達到130多億平方米，且以每年5%-10%的速度遞增，很多地方都已面臨熱源緊缺問題。另一方面，我們也應(yīng)看到北方地區(qū)主要的供熱熱源來自化石能源，33%源于直接燃煤，這也是造成北方地區(qū)霧霾一個非常重要的原因。”清華大學建筑學院建筑技術(shù)科學系教授夏建軍分析。

不久前印發(fā)的《北方地區(qū)冬季清潔取暖規(guī)劃(2017—2021)》提出，到2019年，北方地區(qū)清潔取暖率達到50%，替代散燒煤7400萬噸。到2021年，北方地區(qū)清潔取暖率達到70%，替代散燒煤1.5億噸。這些數(shù)字意味著未來幾年，仍有大量的散燒煤和燃煤鍋爐將被替代。

替代的方式是什么?在1月24日例行的國家能源局新聞發(fā)布會上，電力司副巡視員郭偉明確表示，清潔取暖并不是一刀切式的煤改電、煤改氣，而是對煤炭、天然氣、電、可再生能源等多種能源形式統(tǒng)籌謀劃，他強調(diào)，“清潔取暖工作必須突出一個‘宜’字，宜氣則氣，宜電則電，宜煤則煤，宜可再生則可再生，宜余熱則余熱。”

“當前供熱發(fā)展最大瓶頸是能源短缺，一方面是我們對燃煤供熱能源的管控難以實現(xiàn)清潔，另一方面是面臨天然氣短缺的風險，核能供熱無疑給供熱行業(yè)帶來了福音。”中國城鎮(zhèn)供熱協(xié)會副理事長、北京熱力集團有限責任公司副總經(jīng)理劉榮坦言。

事實上，核能供熱并非是一個新的概念。早在半個世紀前，北歐就有民用核能供暖的核反應(yīng)堆。蘇聯(lián)在勃列日涅夫時期，為了城市集中供暖的需要，也興建過核能供熱反應(yīng)堆，并在部分社會主義國家得到應(yīng)用。此外，德國、法國、瑞士、加拿大等國也都進行過核供熱堆的研究與開發(fā)。

“核能供熱的突出優(yōu)勢表現(xiàn)在低溫供熱上。因為核反應(yīng)堆原理與鍋爐燃燒原理完全不同，燃料燃燒必須保持爐膛的高溫，供應(yīng)低溫熱也不能降低。而核裂變反應(yīng)可以發(fā)生在任何溫度下，如果僅僅要求供應(yīng)低溫熱，反應(yīng)堆就可以工作在低溫低壓條件下，都可以簡化反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)，提高安全性和降低造價。這就是前些年許多國家紛紛投入力量，開展低溫核供熱研究的原因。”清華大學核能技術(shù)設(shè)計研究院教授田嘉夫分析。

在其看來，經(jīng)濟規(guī)模的用電和用熱存在很大差別。“核電都是由核熱轉(zhuǎn)化而來，反應(yīng)堆熱能直接利用可以完全實現(xiàn)。但熱是由熱水或蒸汽傳輸，輸送距離短、熱網(wǎng)規(guī)模小;熱負荷往往有季節(jié)性或間斷性要求，負荷因子低;要求熱源靠近熱負荷中心;要求供熱源有備份，滿足高可靠性;而單位能量的熱價又遠低于電價;這是考慮核能供熱時遇到的特殊難題。”

對此，中國工程院院士葉奇蓁在2017年11月11日召開的“2017核電產(chǎn)業(yè)鏈高峰論壇”上也明確指出：核電站熱電聯(lián)供應(yīng)與低溫供熱堆相結(jié)合，可發(fā)揮各自優(yōu)勢，解決清潔供熱問題，這一方案將“很有前途”。

在我國，核能供熱反應(yīng)堆研發(fā)的歷史可追溯至上世紀80年代。1983年，清華大學原有的池式研究堆實現(xiàn)我國第首次核能低溫供熱實驗;1984年，當時的國家科委批準在清華大學核能所建一座5MW的核供熱試驗堆;1986年起，低溫核供熱正式列為國家“七五”科技攻關(guān)項目;1989年，50MW低溫核供熱堆正式臨界啟動，之后一次成功完成72小時滿功率連續(xù)運行實驗。

值得關(guān)注的是，在技術(shù)層面，經(jīng)過層層篩選，業(yè)內(nèi)逐漸形成式供熱堆和殼式供熱堆池兩種主流類型(詳情見本刊2016年5月刊《核能供熱產(chǎn)業(yè)化提速》一文)。其中池式供熱堆以游泳池實驗堆為原型，殼式供熱堆由目前主流壓水堆核電站技術(shù)演進而來。前者代表是中核集團剛剛發(fā)布的“燕龍”泳池式低溫供熱堆，而后者代表則是中廣核集團的NHR200-II低溫供熱堆技術(shù)。

企業(yè)布局

核能供熱正朝著前景更為廣闊、競逐更加充分的示范商業(yè)環(huán)節(jié)演進。然而，經(jīng)過多年試錯，布局企業(yè)面臨的風險與機遇卻愈發(fā)難以界定。

核供熱反應(yīng)堆“燕龍”的橫空出世，使得中核集團率先在核能供熱上獲得突破。據(jù)悉，“燕龍”是中核集團在泳池式研究堆五十多年安全穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)上，針對北方城市供暖需求開發(fā)的一種安全經(jīng)濟、綠色環(huán)保的堆型產(chǎn)品。

探其原理，是將反應(yīng)堆堆芯放置在一個常壓水池的深處，利用水層的靜壓力提高堆芯出口水溫以滿足供熱要求。熱量通過兩級交換傳遞給供熱回路，再通過熱網(wǎng)將熱量輸送給千家萬戶。

中核集團“燕龍”泳池式低溫供熱堆總設(shè)計師柯國土向《能源》記者介紹，池式低溫供熱堆選址靈活，內(nèi)陸沿海均可，尤其適合北方內(nèi)陸。反應(yīng)堆壽命長達60年，與燃煤、熱電聯(lián)產(chǎn)相比具有經(jīng)濟可比性。

“與其他的化石能源供熱相比，池式低溫供熱堆建設(shè)投資約是同規(guī)模燃煤鍋爐的2至3倍，但運行成本遠低于燃煤鍋爐，且使用壽命達到60年，是燃煤鍋爐的2至4倍。”中國科學院院士王乃彥分析。

在其看來，以低溫供熱堆替代核電廠和區(qū)域鍋爐房熱源承擔城市基本熱負荷，或?qū)⒊蔀榫徑饣茉喘h(huán)境污染的一種有效可行的方法。

與中核集團堅持采用二級單位中國原子能科學研究院的池式堆技術(shù)路線不同，中廣核集團聯(lián)合清華大學采用了“殼式堆”技術(shù)，并協(xié)同中國核建旗下的中核能源一同完成了NHR200-II技術(shù)工業(yè)供熱、熱電聯(lián)供項目技術(shù)改造。

“目前，中廣核正攜手清華大學共同推進成熟的NHR200-II低溫供熱堆技術(shù)，推動示范項目落地。這項技術(shù)早在上世紀九十年代就通過了國家核安全局安全評審，在2016年國家能源局組織國內(nèi)行業(yè)專家的小堆技術(shù)路線評審中排名第一，具有重要的推廣價值和示范意義。”在1月23日舉行的中廣核2018年度新聞發(fā)布會上，中廣核研究院副總經(jīng)理郝志堅向《能源》記者透露。

據(jù)悉，中廣核正在大力推動低溫供熱堆技術(shù)的市場開發(fā)。“低溫供熱堆具有安全性高、廠址適應(yīng)性強、技術(shù)上可取消廠外應(yīng)急等特點，可以靠近用戶，建在城市周邊、內(nèi)陸偏遠地區(qū)等廠址區(qū)域，從而使電、熱、水、冷多種能源供應(yīng)成為了可能。在實現(xiàn)批量化、模塊化建造后，低溫供熱堆建造、部署時間將大大縮短，僅需要2-3年即可建成。”郝志堅說。

與此同時，三大核企最晚成立的國家電投也不甘落后，其自主研發(fā)的微壓供熱堆HAPPY200也于2017年完成總體方案迭代及優(yōu)化，并進行了候選廠址的調(diào)研勘察。

事實上，早在2013年初，中核能源科技有限公司與中電投電力工程有限公司(現(xiàn)合并為“國家電投”)就聯(lián)合總承包吉林白山核供熱堆項目達成共識，雙方隨之正式簽署《吉林白山核供熱堆項目工程建設(shè)總承包聯(lián)合體協(xié)議書》。

然而，此后數(shù)年，有望成為殼式一體化核供熱堆技術(shù)的首個商業(yè)化示范項目的白山項目卻遲遲未能落地。不僅如此，遼寧阜新、天津兩市曾批準深水池核供熱示范工程立項，沈陽市、哈爾濱也曾傳將建我國首座核供熱工程示范堆等消息，也均不了了之。

業(yè)內(nèi)分析：國家政策和公眾接受是多年來制約低溫堆技術(shù)推廣的關(guān)鍵因素，其次是市場需求、推廣模式、資金投入等。

“對于核能供熱的前景，我不是很看好。雖然當?shù)卣话愫芊e極，但落地往往面對多重阻力。”在北京大學物理學院副教授雷奕安看來，核能供熱推廣受阻因素頗多，其中最大的問題正是安保隱患。

“核供熱堆無法實施等同于核電站反應(yīng)堆的安保標準，存在較大隱患，一旦有人搞破壞，產(chǎn)生的后果將無法接受。”雷奕安向《能源》記者分析。

試點之爭

核能供熱的美好前景，加速了能源央企對其涉獵，然而產(chǎn)融結(jié)合之路卻異常艱難。30年前的阜新、琿春、天津等地選址不了了之，令一些產(chǎn)融結(jié)合者至今仍心存余悸。

“當時的市場時機不夠成熟，并無碳減排及霧霾的環(huán)境壓力，地方政府領(lǐng)導(dǎo)在最后一刻選擇放棄。”中國電力發(fā)展促進會核能分會副會長兼秘書長田力在接受《能源》記者采訪時分析，“重要技術(shù)設(shè)備也不成熟，如阜新項目放射性一回路的4個回路設(shè)計存在缺陷，板式換熱器廠家并未取得核級資質(zhì)。導(dǎo)致項目均未獲得批準立項。”

然而，上述種種并不阻礙新一輪開拓者前進的步伐，尤以山東、河北、吉林三省為甚。

在山東，據(jù)煙臺發(fā)改委核電辦副主任張潔非介紹，山東核電項目將重點落在煙臺，未來煙臺還將建設(shè)國家級核電研發(fā)中心。

1月19日，中核集團與煙臺市人民政府簽署《海上清潔能源綜合供給平臺及泳池式低溫供熱堆項目合作協(xié)議》。這是中核集團自2017年正式發(fā)布“燕龍”以來首次牽手地方政府。

“中核集團海上清潔能源綜合供給平臺、燕龍泳池式低溫供熱堆已具備產(chǎn)業(yè)化能力。”簽約儀式上，中核集團總經(jīng)理、黨組副書記余劍鋒表示。

按照協(xié)議約定，雙方將加速推進海上清潔能源綜合供給平臺及泳池式低溫供熱堆項目在煙臺市開發(fā)和建設(shè)，打造煙臺市國家軍民融合示范項目，助推煙臺市建設(shè)核電裝備千億級產(chǎn)業(yè)集群。

與此同時，選擇北方大型核電站試點熱電聯(lián)供作為小型堆區(qū)域供熱的過渡，青島等城市也在積極探索。

據(jù)悉，青島供熱以燃煤鍋爐和熱電聯(lián)產(chǎn)為主，供熱面積達2.1億平方米。根據(jù)青島2014年清潔能源規(guī)劃——“四改造、三開發(fā)、二替代、一建立”的總體工作思路，預(yù)計到2020年，供熱面積達3.1億平方米，其中20%海水源熱泵，燃氣20%，余熱資源20%，其他采用熱泵技術(shù)，卻仍有6000萬平方米的缺口。

“我們計劃同海陽核電合作，(一期機組年發(fā)電170億千瓦時，其中1/3熱量用于發(fā)電)希望能回收剩余2/3的熱量，使得余熱利用技術(shù)存在對接的可能性。目前預(yù)可研工作已經(jīng)展開，希望達成合作意向，并影響二期機組的建設(shè)，進行必要改造。”青島市供熱辦主任喻立群介紹。

在其看來，通過試點，一方面可以驗證核能熱源與熱力管網(wǎng)的耦合技術(shù)，另一方面積累核能區(qū)域供熱應(yīng)用的經(jīng)驗，增進民眾對于核能區(qū)域供熱的認知度和接受度。

《能源》記者注意到，青島謀求“核電+供暖”的訴求并非全國個例。早在2017年2月17日，遼寧核電有限公司即向國家知識產(chǎn)權(quán)總局申報了“一種基于大型商用核電機組的熱電聯(lián)產(chǎn)方法”發(fā)明專利獲得授權(quán)，成為我國第一個核電供暖專利。

“徐大堡核電項目地處我國東北地區(qū)，具備在我國率先開展核電供暖的優(yōu)勢。”此前，遼寧核電有限公司副總經(jīng)理葛政法在接受中核集團內(nèi)部媒體采訪時透露，“目前，我國北方運行及在建的核電站均已電力生產(chǎn)為唯一目的，由于核電調(diào)峰的需求越來越大，所以有必要探索核電綜合利用方案，在電力生產(chǎn)的同時兼顧民生問題。”

一邊是積極打造“我國核電產(chǎn)業(yè)北方基地”的山東，另一邊是謀求更多低溫供熱示范堆落戶的河北。

這點，在2017年1月13日由中國電力發(fā)展促進會核能分會舉辦的“核能供熱技術(shù)推廣應(yīng)用研討會”上，即可看出。

彼時，來自河北承德、石家莊、邯鄲、邢臺、保定、秦皇島等城市的代表踴躍發(fā)言，交流訴求。

邢臺市發(fā)改委副主任陳石坦言，邢臺市大氣污染指數(shù)長期倒數(shù)第一，污染主要集中在冬天供暖，因此核供熱在京津冀推廣很重要，指標擁有較大吸引力。

“邢臺市1.2萬平方米，人口700多萬，目前供熱價26元/平方米，城市城鎮(zhèn)化中集中供熱呼聲很高。”陳石說，“全國供暖最重要的方式，是在經(jīng)濟不是很發(fā)達的地區(qū)，通過產(chǎn)業(yè)政策給予支持，減少政府財政壓力。建議京津冀地區(qū)應(yīng)該多建幾個示范堆。”

對此，石家莊供熱管理中心主任劉文棟也坦言，石家莊市總供熱面積1.6億平方米，其中80%熱電聯(lián)產(chǎn)、20%區(qū)域鍋爐(以天然氣為主)。2016年11月之后，政府已經(jīng)明確指出燃煤熱源的削減是重要工作，尋找新的熱源迫在眉睫。

“核能供熱想在石家莊落地，需要國家政策大力支持，特別是優(yōu)惠。如何做到不增加政府風險和財政負擔，尤其重要。但目前來看，還沒有成熟的項目。”劉文棟指出。

值得關(guān)注的是，在2017年9月河北省發(fā)改委印發(fā)的《河北省“十三五”電力發(fā)展規(guī)劃》中，加快低溫供熱堆項目前期工作也被列為重點能源項目范疇。該規(guī)劃明確指出：應(yīng)結(jié)合城鎮(zhèn)集中供熱發(fā)展規(guī)劃，積極利用國內(nèi)先進可靠技術(shù)，在條件適宜地區(qū)，謀劃布局一批低溫供熱堆項目，重點加快推進承德、邢臺項目前期工作，爭取列入國家首批示范。

“地方的需求是迫切的，關(guān)鍵是拍板的問題。”國核電力規(guī)劃設(shè)計研究院高工林令之一語中的。

在其看來，中國北方被霧霾困擾、環(huán)境問題成為社會公眾高度關(guān)注的當下，核能供熱能否邁出關(guān)鍵步伐，不僅取決于公眾恐核心理的消除，更有賴于政府的加強引導(dǎo)和規(guī)劃，才能真正推動核能供熱示范項目早日落地。

“微壓堆HAPPY200，目前廠址選擇正在進行中，計劃率先在吉林推廣，形成北方示范，用于冬季民用采暖以及糧食深加工等。”林令之說。

此外，據(jù)一位不愿具名的專家透露，由于國電投在吉林白山的項目多年未能邁出實質(zhì)性一步，示范堆選址已經(jīng)轉(zhuǎn)而在吉林通化、公主嶺、四平伊通等市縣推進。

“不同企業(yè)提出不一樣的方案，選址在不同地區(qū)，這從研究角度來說，必然如此。”雷奕安分析，“但要看到，核能供熱依然面臨退役和乏燃料處理等問題。即便應(yīng)用前景廣闊，地方政府積極扶持，但項目能否落地依然要看民意。”