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核能供热,还要等多久?

上世纪80年代,我国开始核能供热反应堆研发,30多年来却始终未能迈出实质性一步,至今没有建成一座商用供热堆。人们不禁要问,核能供热,还要等多久?

我国北方已进入采暖季。近年来饱受雾霾天气困扰,清洁供热能源的替代需求愈发强烈。

上世纪80年代,我国开始核能供热反应堆研发,30多年来却始终未能迈出实质性一步,至今没有建成一座商用供热堆。

人们不禁要问,核能供热,还要等多久?

未被列入国家科研计划 池式供热堆示范工程立项后无法继续

核能供热并非新概念。早在半个世纪前,北欧就有核能供暖。

“核能供热的突出优势表现在低温供热上。”清华大学核能技术设计研究院(以下简称核研院)教授田嘉夫告诉记者,与锅炉燃烧原理不同,核裂变反应可以在任何温度下发生,如果仅仅要求供应低温热,反应堆可在低温低压条件下工作,能简化反应堆结构、提高安全性并降低造价。

1981年,我国学者提出研究开发“核能低温供热”的倡议。

核能所(现核研院)向国家科委申报的“核能低温供热”研究项目很快获批,并在“六五”期间获得支持。

1983年,核能所通过改造一座2兆瓦池式研究堆,为附近厂房成功供暖一个冬季。

但这仅仅是演示,要替代煤炭实现有经济竞争力的供热,还需要满足集中供热要求,将功率提高到200兆瓦以上、供水温度提高到90℃。

经过努力,研究人员创造性地提出了“深水池式供热堆”,该堆采用主流堆型之一的池式供热堆方案,将堆芯放在一个开口的深埋地下的钢筋混凝土容器内,利用水层的静压力提高出口温度,以满足供热的要求。该技术曾在1985年获得我国第一批发明专利授权。

但因为种种原因,深水池供热堆未被列入国家科研计划,只有少数人员自愿组成研究小组继续设计研究和开发工作,导致天津和阜新的核能供热示范工程立项后无法继续。

技术问题明显 壳式供热堆示范项目搁浅

田嘉夫告诉记者,上世纪80年代,全世界12个国家的大多数技术方案不是池式堆,而是壳式低温供热堆——通过简化核电站技术,设想将压力壳变成低温低压容器。

走在最前面的苏联于1981年在高尔基市开工建造了2座500兆瓦商用壳式供热堆——AST-500。1983年德国也设计了与苏联技术方案完全一样的壳式供热堆,并与我国合作研究,核能所随之启动了壳式供热堆研究。

核能所决定先在院内建造一个5兆瓦壳式供热实验堆。1989年,该堆建成并为附近厂房供热。

但这仍是一种演示,不能表现堆型达到实用规模后的安全性和经济性。在随后200兆瓦壳式供热堆设计中,科研人员发现很多安全和经济方面的问题。

核能所派人去高尔基市,参观和访问了正在建设的AST-500,却被告知,该市已完成75%投资工程量的两座堆,以及其他两座城市开工的同样型号的壳式供热堆,都将被停建拆除。

德国人也认为此堆型有问题,随后退出了与我国的合作研究。

田嘉夫后来从一些资料了解到,在2兆帕压力下,AST-500供热堆要求的大口径安全阀无法满足,这是壳式供热堆没能继续建造的重要原因之一。

与此同时,2000年以前,我国200兆瓦壳式供热堆曾在哈尔滨、长春、吉化、大庆和沈阳等城市开展了示范供热站的工程前期工作,但因为技术问题明显,工程一再拖延,2002年,沈阳宣布壳式堆核供热准备示范的项目停止工作,核供热项目再没有进展。

首要问题是降低造价

近年来,随着人们对大气质量的关注,核能供热再次受到关注。

2017年11月,中核集团正式宣布:泳池式轻水反应堆49-2堆安全供热满168个小时,具备为原子能院部分办公楼供热、功能演示及实操培训等能力。当天还发布了实现区域供热的“燕龙”泳池式低温供热堆。

与此同时,中广核正携手清华大学共同推进壳式供热堆NHR200-Ⅱ低温供热堆技术示范项目落地。国家电投研发的微压供热堆HAPPY200也于2017年完成总体方案迭代及优化,并进行了候选厂址的调研勘察。

“我觉得无论是哪种技术路线,遇到的共同问题是如何通过系统优化,提高经济性。”中核集团“燕龙”泳池式低温供热堆总设计师柯国土说,过去一年,团队干的一件大事,是在确保安全的情况下,提高经济性。此外,对“燕龙”示范堆建议厂址徐大堡进行了初步设计,形成初步安全报告。“49-2堆只是研究堆,在此基础上放大100倍的‘燕龙’是动力堆,会给技术、安全管理带来新变化,同时供热堆靠近城镇,需要增进公众对核能区域供热的认知度和接受度。”

题图来源:Unsplash

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