积极推进池式低温供热堆发展

王长松　夏继豪

【摘要】一次能源的多元化，是国家能源安全战略的重要保证。实践证明，核能是一種安全、清洁、可靠的能源。我国人均能源资源占有率较低，分布也不均匀，为保证我国能源的长期稳定供应，核能将成为必不可少的替代能源。发展低温供热堆既有利于保障国家的核能安全和经济安全，还有利于改善我国的“核能供应结构”。

【关键词】低温供热堆 安全性 社会效益

近年来，随着我国城市化进程的加快和工业化的高速发展，在为国家带来经济繁荣的同时，也对自然环境造成了巨大的影响，其中，尤以雾霾天气的影响为最，其波及之深，影响之广让人怵目惊心。而燃煤排放物正是导致雾霾天气形成的一个重要原因，寻找一种替代燃煤的新型清洁能源已刻不容缓。利用核能供热的池式低温供热堆正是在这种情况下应运而生。

池式低温供热堆是利用核能作为热源的一种新型动力装置，其作用相当于集中供热系统上的一座大型热水锅炉，与传统的核电站反应堆装置不同，这种反应堆在低温低压的条件下工作，只供热，不供电，其技术要求相对简单，安全性、经济性更好。

一、池式低温供热堆的特点

（一）低温供热堆的固有安全性

池式低温供热堆，从它的核心部分直至全部供热回路都处于低温低压的条件下，因此它与核电站用的反应堆有很大的差别;但供热用的反应堆需要建造在用户附近，这些用户多是在人口密集，工业集中的地区， 必须防止和排除大规模放射性泄露的可能，确保城市居民与环境的安全，池式核反应堆本身具有多方面的固有安全性：

1.反应堆装置采用常压池式结构，即使在满功率运行情况下，反应堆水池平均温度也低于常压下水的沸点，池水不会沸腾，也不会向外喷泄。

2.水池埋入地下，外层配置有钢保护壳，内层设置金属衬里，有较好的抗震性能。

3.在出现断电引起的失流事故时，能够通过高度差及温差形成的自然循环，保证足够的堆芯余热排出能力。

4.池水的热容量大，可以保证长时间的余热导出能力，为操纵员在停堆之后的操作赢得充裕的时间。

5.可提供负的反应性温度系数及负的气泡反应性系数，限制反应堆功率的异常提升。

（二）低温供热堆的经济性优势

其次，核能供热与核能发电的作用是取代煤炭等燃料，而低温供热堆与一般的用于承压发电的核装置工作要求不同，进而在经济性上与其相比也有很大优势：

1.由于低温供热堆装置处于常压的特点，所以堆芯部件及水池内的结构材料标准低于压水堆的要求，不需要采购技术要求及价格较高的压力容器。

2.由于其对设备，阀门，管道处于低温的环境，因此对设备安全级别的要求相对较低，可采用成本相对便宜的常规设备。

3.池式低温供热堆不仅可作为一种热能提供装置，而且可根据其常压水池的方便特点，运用相应的设计，增加产品辐照功能，在满足供热功能的同时，提高经济收入。

（三）低温供热堆技术经验成熟

目前，我国国内已建成多做池式堆，累计运行近500堆年，如中国原子能科学研究院的49-2对、微堆、CARR堆，中国核动力研究设计院的岷江堆，中国工程物理研究院的300#堆，深圳大学的商用微堆，为池式常压低温供热堆的设计、建造和运行提供了坚实的基础。

（四）低温供热堆的法规体系的适应性

基于国内目前已建成的及在建的研究堆设计与建造经验，现行的核安全法规和标准体系可适用于池式低温供热堆的开发：

1.池式低温供热堆的设计和建造满足国家核安全局已颁发的现行的有效核安全法规和核安全导则的要求，同时参照国际原子能机构所颁布的最新安全标准的要求。

2.在满足核安全要求的前提下，我国国家（或行业）的标准规范是从国际公认和通用的先进标准规范转化过来的或者与其要求是相当的;同时，我国反应堆设计也直接采用了国际公认的和通用的国外先进标准规范作为补充，在核安全相关标准的制定、选用和执行上，采用了更加严格和保守的做法。池式低温供热堆的设计和建造将执行与国际公认和通用的最新标准规范相当的核电及研究堆标准和规范。

二、池式低温供热堆供热市场分析

中国属于北半球国家，气候北寒南热，北方地区绝大部分尤其是黄河以北省份是必须采暖的区域，需要采暖占全国面积的60%以上，采暖人口达7亿。从供热面积变化角度分析，根据国家统计局数据显示，2004年以来，中国城市集中供热面积从2004年的21.63亿平方米增长至2012年的51.84亿平方米，增长了139.67%。从供热总量的角度分析，我国居民对供热供汽行业的需求不断提高，2012年，我国热水供热量为24.38亿吉焦，蒸汽供热量为5.16亿吉焦，总供热量为29.54亿吉焦。我国北方15个省份（称为北方采暖地区）的城市居民采暖供热需求占据全国采暖供热市场的大部分，建筑采暖热需求量约占全国总热（汽）需求量的60%-70%。仅从我国城市集中采暖供热行业供需平衡的角度分析，城市采暖供热行业对热源需求旺盛，各城市需求情况因城市发展情况不同而各异，其中，预计到2020年一般省会城市采暖缺口可高达3700-8500万平方米。因此，在城市边缘选取出合适的低温供热堆厂址，不仅可以满足城市居民的供暖要求，同时也可替代落后产能，在与雾霾天气的“蓝天保卫战”中赢得先机。

三、池式低温供热堆的社会效益分析

首先，低温供热堆的应用可以保障国家能源安全，改善核能供应结构。

一次能源的多元化，是国家能源安全战略的重要保证。实践证明，核能是一种安全、清洁、可靠的能源。我国人均能源资源占有率较低，分布也不均匀，为保证我国能源的长期稳定供应，核能将成为必不可少的替代能源。发展低温供热堆既有利于保障国家的核能安全和经济安全，还有利于改善我国的“核能供应结构”。

其次，核能供热成本可控、价格具有竞争力。经过初步投资估算和财务分析，一座功率400MW的低温供热堆工程可供热面积约1000-2000万平方米、建设周期能够缩短到3年以内，运行寿命可以达到60年，且全部设备能够实现自主化。在全年5个月的采暖期内，供热价约30元/GJ，与燃煤供热锅炉房供热价相当，远低于80-100元/GJ的燃气供热价格。每年仅节约碳税和运输成本就达到3000万元。因此核能供热具有较大的市场竞争力，可作为燃煤热电联产和集中供热的理想替代热源。

第三，核能供热低碳清洁，社会效益显著。相对于化石能源供热，核能供热低碳、清洁，环保效益明显。一座400MV核能供热堆每年可替代32万吨燃煤或16000万立方米燃气，比燃煤减排烟尘3200吨、二氧化碳32万吨，二氧化硫6000吨，氮氧化物2000吨，灰渣10万吨;比天然气减排二氧化碳26万吨、氮氧化物1000吨，而放射性物质排放仅为燃煤的2%左右。如能进一步统一核能供热堆的管网建设，做到冬可采暖夏可制冷，则能带动核能供热、制冷和辐照加工等新兴产业发展，既能落实绿色低碳的能源发展战略，又可有效支撑城镇化建设，社会效益显著。

四、池式低温供热堆的发展思路及建议

一是发展核能，科普先行。充分发挥各方资源优势，进一步推动核能科普和公众沟通工作。积极利用多种媒体，以深入浅出通俗易懂、喜闻乐见的方式，加大核安全科普知识的宣传力度，特别是行业主管部门要适时澄清事实真相，全力消除公众对核能利用的模糊认识和恐核心理，为核能发展利用营造良好的社会舆论环境。

二是加强领导，编制规划。将发展核能，特别是低温供热堆列入相关发展规划。建议组织编制省级核能利用发展规划，明确发展核能的指导思想、规划原则、主要目标、重点任务、实施路径，提早推动实施勘测选址工作。同时建议将核能供热纳入城市供热规划中，明确核能作为基本供热的定位，做好管网对接工作。

三是扶持产业，提供支持。城市供热系公用事业，建议国家投入资金开展有关提高核能供热堆技术、效能和经济性等方面的研发工作，以及核制冷、利用现有热网集中供冷的研发工作。在核供热价格及运行成本上，建议政府制定相应的优惠政策，既有利于公众购买核能供热服务，又能夠促进核供热企业的健康发展。

四是及早试点，逐步推广。按照“政策引领、市场运作”的原则，遵循“提早规划，有效沟通，先行先试，加快建设，促进转型，尽早见效”的发展思路，以低温供热示范工程为核心，组建核能供热开发公司。2016年，中国科协已组织中国核学会就核能取代燃煤锅炉问题展开了深入调研，建议及早试点并逐步推行用核能供热替代燃煤锅炉。建议选定示范区，确定用户集群，按照安全性、经济性、可行性原则，以池式低温供热堆机组建设为突破口，积极稳妥推进核能供热示范项目建设落地。

参考文献：

[1]泳池式常压低温供热堆技术经济初步论证报告.

[2]利用核能取代燃煤锅炉治理关中城市群大气污染的建议.科技工作者建议，2016（12）.

[3]田嘉夫，等.120MW池式低温供热堆.