中国核电世界第一方阵 除了发电 核能还有这么多用途

　　近日，国家能源局发布1-6月份全国电力工业统计数据。上半年，全国发电装机容量约24.4亿千瓦，其中核电5553万千瓦，约占2.3%，同比增长6.5%。作为清洁能源的核电，正在中国经济社会发展中发挥越来越大的作用。

　　中国核电发展虽然起步晚，但从无到有、从小到大，形成了高水平的工业创新链和产业链，其技术水平和综合实力已经跻身世界第一方阵。近年来，除了生产电力外，核能还应用于城市供暖、工业供汽、海水淡化、合成燃料等诸多场景。

　　中核集团旗下核能开发事业部副总经理于开治接受本报采访时表示，核裂变过程释放出大量热能，可以较好匹配工业生产过程中对高温工艺热参数的需求。核能综合利用，就是契合各类应用场景，或将热能转化为电能或直接提供高温工艺热，通过能量的梯级利用，实现科学用能，有助于提高能源利用效率。未来，核能将从“单一型选手”转向“全能型辅助”，为绿色低碳发展贡献更多“核”力量。

　　用核能烧开水发电，一直是许多网友对核电的有趣比喻，而这种类比也从本质上道出了核电站的发电原理。于开治解释，核电站发电主要是依靠核裂变释放能量，将水加热转化为蒸汽，从而驱动汽轮机发电。这其中，蒸汽不光可以用来发电，在工业生产中同样大有用途。

　　5月27日，经过3个月桩基施工建设，第一罐混凝土在田湾核电蒸汽供能项目能源站正式浇筑，标志着全国首个工业用途核能供汽工程——中核集团田湾核电蒸汽供能项目全面拉开建设帷幕。该工程由江苏核电有限公司、连云港市徐圩新区石化基地联合开展，采用中核集团田湾核电3、4号机组蒸汽作为热源，将蒸汽输送至石化产业基地进行工业生产利用，预计2023年底投产供汽。项目建成后年供汽量达480万吨，可实现每年减少燃烧标准煤40万吨。

　　“高温高压蒸汽是化工生产不可或缺的要素。目前我国化工行业的工业蒸汽主要来自燃煤电厂或自备燃煤锅炉，采用核能供汽将有效降低能耗、减少碳排放。”中核集团江苏核电维修总经理、工程负责人刘永生说。

　　不少人关注，核能供汽的安全性如何保证？刘永生介绍，加热的工业蒸汽经由独立隔离回路输送，从设计源头上确保了核能供汽清洁的安全。整个过程中，只有热量交换，不存在介质的连通，保障核能供汽清洁安全可靠。而且，通过管道预制架空蒸汽保温方案等措施，能控制每公里温度损失小于2、压降0.03兆帕(Mpa)以内，有效控制蒸汽长距离传输过程中温度和压力的损失，满足石化产业基地工业用汽需求。

　　不只是石化产业，工业用热或蒸汽有着广泛需求。例如，在造纸行业，纸张生产中一些化学药品的加热溶解需要使用蒸汽，加工成型等程序也离不开蒸汽。在纺织印染行业，不论是染色、烘干还是浆纱、印染等步骤，都离不开蒸汽的支持和配合。在橡胶行业，橡胶的压延、硫化、干燥等工艺都要使用蒸汽。在制药行业，制药时需要用大量的工业蒸汽和纯蒸汽对原材料、器械和设备进行高温灭菌，干燥、压片、制粒等工艺也需要蒸汽支持。在有色金属行业，新能源锂电池的制造，同样需要使用蒸汽以保证反应温度。

　　就在7月15日，浙江海盐核能供热示范工程(二阶段)工业供热项目顺利开工，预计今年8月底建成，可提供24小时热能供应保障，年工业供热约28.8万吉焦。此举相当于节约标准煤约1万吨，减排二氧化碳排放约2.4万吨，将实现产业发展和节能降碳双赢。今后，越来越多行业将用上核能供的蒸汽。

　　与为工业提供蒸汽的原理相似，核能也为居民在冬日送去暖气。浙江海盐核能供热示范工程的一阶段便是民用供暖工程。事实上，在去年冬天，中国一南一北两座小城——浙江海盐、山东海阳都已经用上了核能供暖。

　　2021年11月9日，海阳提前进入供暖季，新老城区居民用上了核能供热，供热面积达450万平方米。依靠“暖核一号”提供的清洁热量，海阳市告别了延续多年的燃煤取暖历史，成为全国首个零碳供暖城市。

　　作为全国首创，核能供热项目并没有现成的经验可以参考，技术攻关的每一步都是在创造历史。“清洁电”能否产出“清洁热”？为积累经验、打造样板，山东核电凝聚了中国核能行业协会、清华大学、电力规划设计总院等“大咖级”专家队伍，对工程可研报告进行评审，经过紧张的质询、讨论，技术方案获得专家一致认可。

　　2019年7月10日，海阳核能供热一期项目正式开工，工程内容包括核能供热换热首站建设和15公里主管网铺设，当年9月30日全部完工。2019—2020年的供暖季，海阳市临港、度假区和核电产业园70万平方米共7757户用上了核能供热，整个供暖季运行平稳顺畅，状况良好，用户室温适宜，受到广大用户和社会各界的好评。2020年，山东核电又开启了推进大规模长距离供热的研究工作。2021年11月9日，核能综合利用带来的暖流输送到海阳市的千家万户。

　　“刚供暖，家里温度就达到了23.”海阳金阳海岸花园小区居民成京增说。有了核能供热，居民住宅的供暖费也由原有的22元/平方米降到21元/平方米。

　　紧接着，在2021年12月3日，全国南方首个核能供暖项目——浙江海盐核能供热示范工程一阶段正式投运，供暖面积达46万平方米。海盐核电新村、核电南苑、枫叶新村3个小区的近4000户居民率先“尝鲜”，用上了零碳、清洁、高效的“核暖气”。这也意味着中国南方开启了核能供暖的历史，从此过冬抗寒再也不靠“抖”。

　　截至2022年4月，示范项目完成首个供暖季任务，持续安全稳定为近4000户居民供热100天，在供热质量提升的同时，供热价格较过去降低了约1/3.据测算，到“十四五”末，项目全部建成投运后，能够满足海盐约400万平方米供暖需求，相对于南方地区的电取暖方式，每年可节约电能消耗1.96亿度。

　　核能供暖不仅清洁，还很安全。“核能供暖是从核电机组抽取部分蒸汽，通过换热站进行多次加热，整个过程只有蒸汽加热水、水加热水两个步骤。”秦山核电、董事长黄潜说，核电站与用户之间有多道回路隔离，每个回路间只有热量的传递，没有水的交换，更不会有放射性物质进入暖气管道，热水也只在小区内封闭循环，与核电站层层隔离，没有任何接触。

　　在秦山核电总经理邹正宇看来，核能供热项目利用秦山核电基地机组冬季剩余热功率，在不影响机组原有发电量和安全性能的前提下，向海盐县公建设施、居民小区及工业园区提供大规模安全、零碳、经济的核能供暖，真正实现了当地居民、地方政府、核电企业及生态环保的多方共赢。

　　创新远不止于此。在泳池式研究堆50多年安全稳定运行基础上，中核集团针对北方城市供暖自主开发了一种安全经济、绿色环保的堆型产品——“燕龙”泳池堆。于开治介绍，“燕龙”泳池堆具有固有安全性高、清洁环保、管网适配性强等突出特点。一座400兆瓦的“燕龙”低温供热堆，供暖建筑面积达2000万平方米，可覆盖20万个家庭。

　　目前，“燕龙”泳池式低温供热堆示范工程已列入吉林省“十四五”规划。专家表示，在附近没有核电站的一些地区，泳池式低温供热堆非常适合，它的安全系数较高，可以满足一定范围内的供热需求，还可以解决散煤供热带来的大气污染问题。

　　前不久，全球首批商用堆碳-14辐照生产靶件，在中核集团旗下控股的秦山核电三厂2号重水堆机组入堆，开始商用堆生产碳-14同位素，预计将在2024年开始向市场供货，产量可满足国内需求。这是核能综合利用的又一重要突破。

　　什么是碳-14？它可以用来干什么？和我们的生活又有什么关系？原来，自然界中存在的碳，比如常见的石墨、钻石、铅笔芯等，都是碳-12.此外，它还有一些同位素“兄弟”，比如碳-11、碳-13以及碳-14，它们的原子核里都有6个质子，而中子数却不同。碳-12很稳定，碳-14则具有放射性。

　　“利用碳-14的放射性进行标记和检测，可以检测幽门螺杆菌、开展药物代谢动力学研究。”中核集团秦山核电高级工程师孟智良介绍，碳-14常常被用作标记物，广泛应用于农业、化学、医学、生物学等领域。比如在农药中加入碳-14，后期通过检测农作物上碳-14的含量，就可以判断出农药的残留量。

　　中核集团秦山核电正高级工程师樊申介绍，此前，中国曾采用过用于实验研究的小型反应堆来生产碳-14，但是产量小，生产不连续，无法形成稳定的供应。此次使用商用核组，可以长期保持高功率稳定运行，连续生产碳-14。

　　“就拿幽门螺杆菌的诊断与追踪来说，目前我国每年的幽门螺杆菌检测需求超过3000万人次，市场不容小觑。”于开治表示，中核集团在医用同位素生产方面取得的重大突破，将有效解决和缓解国内碳-14同位素供给问题，为建立稳定自主的医用同位素供应保障体系、提升人民健康水平作出新的贡献。

　　除了充分利用现有核组开展核能综合利用外，中核集团还通过科技创新，积极研发先进核能系统，拓展更多核能综合利用的新场景。例如，2021年7月13日，中核集团海南昌江多用途模块式小型堆科技示范工程正式开工建设，成为全球首个开工的陆上商用模块化小型堆。

　　于开治介绍，“玲龙一号”(ACP100)技术，是中核集团通过10余年自主研发并具有自主知识产权的多功能模块化小型压水堆堆型，特点是小型化、模块化、一体化、非能动，可以作为清洁的分布式能源，在供电的同时可满足海水淡化、区域供暖、工业供热(冷)等多个领域应用需求。

　　在中国核学会理事长王寿君看来，核能既具有可再生能源的零碳排放特性，又延续了化石能源不间断稳定服役的特点，贴合大宗制造工艺的能源需求，应充分发挥大型压水堆、高温气冷堆、模块化小堆、低温供热堆等各自优势，紧密结合用户侧综合能源消费需求，建立集供电、居民供暖、工业供汽、制氢、海水淡化、同位素生产等为一体的多能互补、多能联供的区域综合能源系统，为未来中国绿色低碳发展注入核能力量。