小堆供熱：升溫進(jìn)行中

隨著(zhù)中國城市化進(jìn)程的加快以及“藍天保衛戰”行動(dòng)的推進(jìn)，北方地區清潔供暖正醞釀出巨大的市場(chǎng)和技術(shù)空間。在這種背景下，核能供熱逐漸走進(jìn)公眾視野。

“小堆”漸成熱頻詞

作為一種重要的脫碳能源，核能的重要程度與其他低碳能源相當，是一種被證明能夠提供穩定電力和熱源的成熟技術(shù)。核能供熱是以核裂變產(chǎn)生的能量為熱源的城市集中供熱方式，是解決城市能源供應、減輕運輸壓力和消除燃煤環(huán)境污染的新途徑。

城市集中供熱所需溫度不高，現有的核能技術(shù)較易滿(mǎn)足要求。目前，正在發(fā)展中的有以下三種核能供熱方式：

城市集中供熱專(zhuān)用泳池式低溫供熱堆。這種核反應堆為開(kāi)口、常壓，可輸出100℃左右的熱水供城市使用。據初步估算，400兆瓦單堆工程可供熱面積為1500萬(wàn)平方米，總投資約13.5億元，運行壽命達60年。泳池式低溫供熱堆由于工作參數低、安全性好，因此適宜于建造在城市附近。

核熱電站。它和普通熱電站原理相似，只是用核反應堆代替礦物燃料鍋爐。核熱電站反應堆工作參數低，必須按照電站選址規程建在遠離居民區的地點(diǎn)。

化學(xué)熱管遠程核供熱系統。它利用高溫氣冷堆產(chǎn)生的900℃左右的高溫熱源，進(jìn)行可逆反應，并在常溫下通過(guò)管道送到用戶(hù)，在再生(甲烷化)裝置中產(chǎn)生逆反應放出化學(xué)熱，供用戶(hù)使用。這種方法可將核熱送到遠處，供大片地區使用。

近年來(lái)，由于在集中供暖或海水淡化方面的亮眼表現，小型模塊化反應堆(Small Modular Reactors又稱(chēng)小堆)正在引起越來(lái)越多的市場(chǎng)關(guān)注。小堆可以降低資金成本，為小型或離網(wǎng)系統提供電力和熱源，一些小堆的設計中還使用了非能動(dòng)安全系統，可以在發(fā)生事故時(shí)無(wú)需操作員，即可非能動(dòng)地導出余熱，因此安全系數也比較高。

核能復興的一小步

自從2011年福島核泄漏事故發(fā)生以來(lái)，世界范圍內的核能發(fā)展普遍陷入低潮，任何新建核能項目，都需將公眾接受程度放在首位。而小堆由于安全性較高，正在成為各國“復興”核能的一個(gè)步驟。近年來(lái)，美國、俄羅斯、阿根廷等國都在積極部署小堆的建設。美國的小堆發(fā)展項目通過(guò)與核工業(yè)企業(yè)分攤成本，來(lái)刺激小堆技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)程，最終目的是要取代不符合排放標準的熱電廠(chǎng)。在俄羅斯，由核電巨頭Rosatom建造的一個(gè)浮式小堆項目也正出現在科拉灣海域，這種浮式項目在福島核事故之后獲得了意想不到的支持度，因為海水可以避免冷卻裝置的失靈，從而能夠抵御海嘯的沖擊。

我國也經(jīng)歷了2016、2017年兩年的核電項目“零核準”，因此在產(chǎn)業(yè)層面，小堆供熱被視為核能多元化應用的一個(gè)重要嘗試。國家“十三五”規劃提出支持戰略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展，加速開(kāi)發(fā)新一代小型核動(dòng)力系統?！赌茉窗l(fā)展“十三五”規劃》提出，要適時(shí)啟動(dòng)智能小型堆等自主創(chuàng )新示范項目，推進(jìn)核能綜合利用。

在地方層面，京津冀地區作為我國對清潔熱能需求最為迫切的地區，近年來(lái)也在開(kāi)展小堆供熱方面的探索和實(shí)踐?！董h(huán)渤海地區合作發(fā)展綱要》提出，要積極推進(jìn)核能小型堆的布局工作;《北方地區冬季清潔取暖規劃(2017～2021年)》明確指出，將研究探索核能供熱，推動(dòng)現役核電機組向周邊供熱，安全發(fā)展低溫泳池堆供暖示范。河北省能源“十三五”規劃也提出，“積極推進(jìn)核小堆建設，爭取列入國家首批示范工程”、“建設多用途、智能化核小堆示范項目”、“著(zhù)力推進(jìn)智能微網(wǎng)和‘互聯(lián)網(wǎng)+’智慧能源、多能互補集成優(yōu)化、規?；瘍δ?、風(fēng)光儲輸一體化、核小堆供熱、新能源開(kāi)發(fā)利用等一批示范項目”、“加快核小堆項目前期工作，力爭國家首個(gè)示范項目落地我省”。

在小堆的安全性方面，從2013年開(kāi)始，國家也陸續開(kāi)展了小型核動(dòng)力堆法規標準適用性研究、小型核動(dòng)力堆非居住區和規劃限制區的管理研究、小型核動(dòng)力堆嚴重事故和應急準備研究、小型核動(dòng)力堆設計安全要求等一系列專(zhuān)題研究工作。

在社會(huì )層面，與核能發(fā)展大環(huán)境一致，對于核能供熱，公眾最為關(guān)心的問(wèn)題是放射性和安全性。據中國電力發(fā)展促進(jìn)會(huì )核能分會(huì )提供的數據，我國每年人均受到的核放射性低于煤炭。通過(guò)深入科普宣傳，讓公眾真正了解核能供熱技術(shù)的安全性，是核能供熱項目落地的首要前提。

示范性是關(guān)鍵

盡管擁有多種優(yōu)勢，小堆目前在世界范圍內仍未實(shí)現商業(yè)化應用，其中最為核心的爭論多圍繞其經(jīng)濟性和安全性展開(kāi)。

在經(jīng)濟性方面，如果從規模效益的角度來(lái)看，大型核反應堆應比小堆更具經(jīng)濟性。但是，越來(lái)越多的專(zhuān)家指出，規模效益在核工業(yè)領(lǐng)域并不成立，因為核反應堆的規模越大，其技術(shù)越復雜、建設的工期也越長(cháng)，這些都會(huì )抵消邊際成本的下降。而小堆由于建設周期短，可以更快地回收成本、實(shí)現盈利。以美國的Nuscale項目為例，這個(gè)項目包括12個(gè)小堆模塊，預計全部工期為51個(gè)月。但一個(gè)模塊建成之后即可馬上用于發(fā)電，其他模塊可以同期建設，如此一來(lái)大大縮短了全部工期，增強了工程的可控性，降低了財務(wù)風(fēng)險。

在安全性方面，小堆更能顯示出其優(yōu)勢。近期《福布斯》雜志發(fā)表了的一篇文章題名為《當小堆失靈的時(shí)候，你需要跑多遠》，這篇文章援引美國原子能委員會(huì )的觀(guān)點(diǎn)認為，小堆在安全性上有其獨特的優(yōu)勢，當系統失靈的時(shí)候，你甚至可以站在一旁，靜觀(guān)其變。

在經(jīng)濟性和安全性都穩定、可控的情況下，推廣小堆的關(guān)鍵在哪里呢?IEA發(fā)布的《2050核能技術(shù)路線(xiàn)圖》表示，關(guān)鍵在于示范效應。要建立一個(gè)小堆市場(chǎng)，首要條件是供應商在自己國家首先成功地建造第一座小型堆，然后其他國家才會(huì )考慮在本國推廣。這篇報告認為，未來(lái)十年，只有各國政府和工業(yè)界通力合作，加快首座小堆原型的部署，以證明模塊化設計和建設的好處，才能在短期內實(shí)現小堆的市場(chǎng)潛力。

我國也不例外，小堆的第一步必須在政府和企業(yè)的共同主導下完成。河北省發(fā)改委與中廣核集團曾于2017年7月20日和11月1日兩次聯(lián)合向國家能源局上報請示文，申請同意建設河北邢臺小型核供熱堆示范項目。2018年2月6日，國家能源局下發(fā)《關(guān)于北方地區冬季核能供暖座談會(huì )的會(huì )議紀要》，本次會(huì )議紀要可視為“路條”。2018年3月26日，核電小堆進(jìn)一步得到了國家能源局和廣核集團相關(guān)領(lǐng)導的共同首肯，相當于“準核準”。邢臺核能供暖示范項目首臺機組計劃于2018年12月開(kāi)工建設，單臺機組建設周期33個(gè)月，兩臺機組開(kāi)工時(shí)間間隔6個(gè)月，2021年冬天供暖。項目廠(chǎng)址位于邢臺市邢臺縣會(huì )寧鄉中莊村，距離邢臺市最近邊界約13公里，距離中莊村約400米。

牽一發(fā)而動(dòng)全身

由于涉及到千千萬(wàn)萬(wàn)的工業(yè)和家庭用戶(hù)，因此供熱系統的改善是一個(gè)系統工程，小堆供熱的推廣，也將帶來(lái)一個(gè)多方重新角力的格局。

對熱電廠(chǎng)而言，熱電無(wú)法同時(shí)兼顧的特點(diǎn)導致熱電聯(lián)產(chǎn)機組運行靈活性差，效率不高。我國小熱電經(jīng)過(guò)多年運行，大多效益不佳，離開(kāi)大電網(wǎng)的支持，難以為繼。核能供熱發(fā)展初期，能夠解決部分供熱問(wèn)題，有效降低熱電聯(lián)產(chǎn)受供熱容量的約束程度，獲得更大發(fā)電空間，以最大效率運行，有利于提高發(fā)電企業(yè)效益。

對于發(fā)電企業(yè)而言，當實(shí)現大規模應用后，核能供熱會(huì )在一定程度上削弱由于供熱負荷的晝夜特性和季節特性帶來(lái)的電網(wǎng)供電負荷峰谷差。因此，調峰電廠(chǎng)在峰荷期間的出力有可能降低，對調峰電廠(chǎng)效益帶來(lái)一定影響。

核能供熱技術(shù)大規模應用后，有可能成為未來(lái)城市供熱的主要能源形式，因此，發(fā)電企業(yè)應轉變企業(yè)發(fā)展模式，考慮有序退出熱電聯(lián)產(chǎn)機組，或進(jìn)行純凝機組改造。

核能供熱的廣泛應用，還將改變電網(wǎng)負荷的動(dòng)態(tài)特征。核能供熱服務(wù)對象為冬季居民供暖和工業(yè)熱力用戶(hù)，這兩種負荷呈現出明顯的季節特性和晝夜特性，并且占比較高。核能供熱的發(fā)展必然在一定程度上取代電力供熱負荷，從而改變電網(wǎng)企業(yè)供電負荷特性。

然而，多年來(lái)形成的固有調度模式僅適用于傳統負荷特性，對于核能供熱造成的負荷特性變化，傳統調度模型已經(jīng)無(wú)法保證電網(wǎng)安全高效運行，這就要求電網(wǎng)調度依據新的負荷特性制定相應的調度策略，以保證電網(wǎng)運行的安全性和經(jīng)濟性。