伴隨著打樁機有節(jié)奏的轟鳴聲，中國核工業(yè)集團有限公司(以下簡稱中核集團)田灣核電蒸汽供能項目(以下簡稱蒸汽供能項目)能源站不久前正式澆灌下第一罐混凝土。
這是我國首個工業(yè)園區(qū)核能供汽工程，該工程預計將在2023年底正式完工。屆時，零碳排放的清潔蒸汽將從田灣核電站源源不斷地輸向江蘇連云港徐圩新區(qū)石化基地，國內(nèi)核能供汽也將真正邁向?qū)嵺`應用 ，我國的核能綜合利用由此又向前推進了一大步。
石化基地安享核能供汽
用核能“燒開水”發(fā)電，一直是許多網(wǎng)友對核電的有趣調(diào)侃，而這句調(diào)侃卻也從本質(zhì)上道出了核電站的發(fā)電原理 — —依靠核裂變釋放能量將水加熱轉(zhuǎn)化為蒸汽，從而驅(qū)動汽輪機發(fā)電。但蒸汽不光可以用來發(fā)電，其在工業(yè)生產(chǎn)中同樣大有用途。比如對于田灣核能供汽項目主要的供汽對象石油化工企業(yè)來說，蒸汽就是其生產(chǎn)過程中不可缺少的熱源和動力源。不僅石油在煉化過程中需要使用蒸汽進行熱能量轉(zhuǎn)化，就連輸油管道也需要蒸汽進行保溫和伴熱。
目前，我國工業(yè)企業(yè)所用的工業(yè)蒸汽主要來自燃煤電廠或者自備的燃煤鍋爐。將核電站生產(chǎn)的蒸汽提供給工業(yè)企業(yè)，國際上部分核電站已有多年的發(fā)展經(jīng)驗，相關技術(shù)也已較為成熟。但核電站與火力發(fā)電廠畢竟不同，提起核能，安全一直是人們首要關心的問題。核能供汽如何保證安全?中國核能電力股份有限公司(以下簡稱中國核電)旗下江蘇核電有限公司維修總經(jīng)理、蒸汽供能項目負責人劉永生介紹，田灣核電站抽取其3號、4號機組常規(guī)島的二回路蒸汽作為熱源，采用多級完全隔離的換熱方式來制備工業(yè)蒸汽，再將加熱好的工業(yè)蒸汽通過工業(yè)用汽管網(wǎng)輸送至石化基地。在核能供汽過程中，只涉及熱量交換，沒有任何水或者蒸汽的物質(zhì)交換，因此可以最大程度保證工業(yè)蒸汽的安全性。
不僅低碳清潔而且穩(wěn)定可靠
抽走一部分二回路中的蒸汽，會不會導致發(fā)電站的運行效率降低?專家介紹，如果僅從發(fā)電量來看，抽取一小部分二回路中的蒸汽，確實會導致進入汽輪機系統(tǒng)進行做功發(fā)電的蒸汽總量有所減少，進而導致發(fā)電量降低。但如果從核電站的整體熱效率來看，抽走用于生產(chǎn)工業(yè)蒸汽的這一部分蒸汽，不僅沒有使整體熱效率降低，反而使其有所提升。劉永生算了一筆賬：“進入汽輪機做功發(fā)電的熱源蒸汽的熱效率一般在 35%左右，而用 于 生 產(chǎn) 工 業(yè) 蒸 汽 的 熱 源 蒸 汽 效 率 可 達90%。因此從整個機組的運行工況來看，核電站的實際熱效率得到了提高。”
核電站熱效率的提高，意味著寶貴的核能得到了更大程度的利用。而相比于傳統(tǒng)的燃煤獲取蒸汽，核能還大大降低了蒸汽生產(chǎn)中的碳排放。根據(jù)測算，蒸汽供能項目建成后，每年供汽量將達480萬噸，可等效減排二氧化碳107萬噸、二氧化硫184噸、氮氧化物263噸，相當于新增植樹造林面積 2900公頃。同時，未來隨著碳核算的逐步展開，蒸汽供能項目還可以為石化基地每年節(jié)省碳排放指標70多萬噸。
專家表示，除了具有低碳、清潔的環(huán)保效益，核能供汽的優(yōu)勢更在于穩(wěn)定、可靠。近年來，煤炭、石油、天然氣等大宗化石能源的價格波動明顯，核能的優(yōu)勢更加凸現(xiàn)。目前，核電站已經(jīng)可以實現(xiàn) 18個月長周期換料，即核電機組能夠連續(xù)運行 18個月不中斷，從而提供穩(wěn)定的蒸汽供應。對于換料時的蒸汽供應，核電站也有充分考慮，在設計時便留有一定冗余，有能力保證蒸汽供應不間斷。
田灣核能供汽項目作為我國首個開工建設的工業(yè)園區(qū)核能供汽項目，除了帶來的各項直接現(xiàn)實價值外，還具有更多示范意義。已經(jīng)運行發(fā)電的核電站，由于主要設備的功能和運行參數(shù)指標等在設計時已經(jīng)確定，加之不同蒸汽用戶對于蒸汽參數(shù)的要求存在較大差異，因此當核電站向外界提供蒸汽時，需要對常規(guī)島進行一定的技術(shù)改造，而國內(nèi)此前并無相關經(jīng)驗。
中國核電有關負責人陳金星表示，核電站用于發(fā)電的常規(guī)島與火力發(fā)電廠并無顯著不同，因此在核電站常規(guī)島熱電聯(lián)產(chǎn)的改造方面，可以借鑒火電領域的標準和規(guī)范。“但同時我們也會充分考慮改造對核電站主要設備和運行工況的影響，嚴格遵守國家相關核安全法規(guī)的要求，確保電廠安全與供汽可靠性。”陳金星說，未來中國核電將充分發(fā)揮核能多用途應用的綜合優(yōu)勢，繼續(xù)在這一領域開展相關研究，進一步推動核能供汽的發(fā)展普及。
不斷探索核能綜合利用新領域
在蒸汽供能項目正式開工建設前，核能供暖已經(jīng)溫暖了我國南北的兩座小城。浙江海鹽、山東海陽，都在上一個冬天相繼用上了核能供暖。山東海陽更是依靠“暖核一號”提供的清潔熱量成為了全國第一個“零碳”供暖城市。
核能供暖、核能供汽，本質(zhì)上提供的都是以水蒸氣為載體的熱量。但核能的用途還遠不止于此，借助核電站堆芯內(nèi)發(fā)生的核反應，輻照含有氮元素的靶件，可以實現(xiàn)碳 14 的生產(chǎn)。據(jù)悉，今年 4 月底，全球首批商用堆碳 14輻照生產(chǎn)靶件已在中核集團秦山核電三廠 2號重水堆機組入堆，開始大規(guī)模生產(chǎn)碳 14 同位素，預計將于 2024 年開始向市場提供相關產(chǎn)品。屆時，我國碳 14完全依賴進口的局面將得到根本性改變。
據(jù)介紹，核能綜合利用領域廣泛，核能制氫也具有廣闊的發(fā)展前景。在核能技術(shù)中，高溫氣冷堆可以為制氫工藝同時提供電能和熱能，并且不釋放溫室氣體，還具有分解效率高、便于工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)等優(yōu)勢。去年年底，我國首座高溫氣冷堆核電站 — —石島灣高溫氣冷堆核電站已正式發(fā)電。不過相關專家也表示，目前，核能制氫的關鍵技術(shù)仍有待進一步突破、提升。
核能用途雖多，但因地制宜仍然是開展核能綜合利用的重要原則。陳金星說，不同地區(qū)、不同類型的核能項目在開展綜合利用時，都需要融入到當?shù)氐陌l(fā)展規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)規(guī)劃中，尋找契合的合作方向，綜合考慮核能利用方式，并且要充分考慮經(jīng)濟性因素，如熱價和電價等。
陳金星強調(diào)，安全永遠是首要考慮的因素， “核能項目選址要嚴格遵守國家的法律法規(guī)，在項目前期要充分對地質(zhì)、人口、取排水、電網(wǎng)或熱網(wǎng)等進行充分地論證和分析，確保核能項目的安全。”
當前，我國核能綜合利用正呈現(xiàn)出多樣化發(fā)展的局面，核能綜合利用不僅最大程度高效利用了寶貴的核能，其利用過程本身也推動了核能技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展。陳金星表示，未來如小型堆、池式供熱堆等新堆型的開發(fā)建設，都將在發(fā)電同時，兼顧更多的綜合利用方式，使核能的效益達到最大化。
