核电厂供热的可行性分析

核电厂供热的可行性分析

王艳芬 张亮

（中核辽宁核电有限公司，辽宁 兴城市 125112）

摘要：能源供应是国民经济的重要支柱，随着传统化石能源的大量利用，严重的雾霾困扰着大片国土。与传统化石燃料相比，核能的使用对环境的危害较小。通过热电联产的方式可以最大限度地提升核能的利用率，核电厂这一核能生产的主力军，可以实现多产品的输出。在热电联产系统中使用核能可带来许多经济、环境和效率方面的好处。

关键词：核电；供热；热电联产；环保

近年来，随着碳排放交易的实行以及地方政府面临的能源双控政策压力，清洁低碳转型已成为能源领域的发展方向。集中供热是我国消耗煤炭和产生碳排放的重要领域，在“双碳”发展目标下也需要向清洁供热方向转型。核能作为清洁低碳安全有效的能源形式，在集中供热领域将发挥重要作用。发展核能供热有助于推动能源绿色低碳发展战略，实现能源结构和产业升级，同时国家能源局也在试点运行。

1. 我国核能供热的发展现状

核能供热技术的发展主要经历了三个阶段：第一阶段以提高发电效率为目的；第二阶段以降低发电成本为目的；第三阶段以改善电厂环境、实现电厂节能减排为目的。

1.1 核能供热的优点

（1）清洁、绿色。核能是绿色清洁能源，没有二氧化碳、二氧化硫的排放，对于供暖省份来说，用清洁能源替代燃煤，意义较大。

（2）稳定。相较于水电、光电、风电具有无间歇性、受自然条件约束少等优点，核能是可以大规模替代化石能源的清洁能源，丰富的核燃料意味着核电站可以持续数百年。

（3）高效。同一个厂址即可实现多产品的生产，从而减少公用设施。对于供热企业来说，使用核能供热后，不再使用原来的锅炉及环保设备，不但节省电费、维修保养费、环保支出以及人力成本，并且使用寿命长，经济性好。

1.2 我国核能供热技术分类：

根据核能进行发电量与供热量的比例以及核能系统结构特点，我国核能供热技术可分为两类：（1）低温核能供热堆技术（2）核电站汽轮机组抽汽供热。

（1）低温核能供热堆技术

我国应用较为广泛的低温核能供热堆技术主要分为两种：壳式轻水核反应堆第二型（NHR-200-II）和泳池式低温核能供热堆。

由于采取了多重密封与屏蔽措施，因此核供热堆，特别是低温供热堆运行时排放到环境中的放射性物质甚至比烧煤锅炉还少得多。从经济上看，核供热堆的初始投资高于烧煤锅炉，但燃料费较省，与同功率的烧煤锅炉相比，每年核燃料的运输量仅约为煤量的十万分之一，可以输出至少100℃左右的热水供城市应用。

（2）核电站汽轮机组抽汽供热

与低温核能供热堆相比，中国核电站已具备完整的、与国际接轨的工业和安全标准，为核电站供热系统提供了落地条件。它和普通热电站原理相似，只是用核反应堆代替矿物燃料锅炉。

2. 核能供热的效益

环保效益：2020年11月25日，全国“零碳”供热城市创建暨国家能源核能供热商用示范工程二期开工仪式在海阳核电举行，标志着全国首个零碳供热城市创建项目正式启动。二期450万平米供热项目是从核电机组二回路抽取蒸汽作为热源，通过换热站进行多道隔离、多级换热，最后经市政供热管网将热量传递至用户。届时海阳核电厂热效率将提高3.25%，预计每个供热季节约原煤10万吨，减排二氧化碳18万吨、烟尘691吨、氮氧化物1123吨、二氧化硫1188吨，相当于种植阔叶林1000公顷，将改善海阳供热季大气环境，减少环保投资、缓解燃煤运输压力，对保障北方清洁供热、促进“碳中和”目标、改善区域生态环境具有重要示范意义。

经济效益：由于采取了多重密封与屏蔽措施，因此核供热堆，特别是低温供热堆运行时排放到环境中的放射性物质甚至比烧煤锅炉还少得多。从经济上看，核供热堆的初始投资高于烧煤锅炉，但燃料费较省，与同功率的烧煤锅炉相比，每年核燃料的运输量仅约为煤量的十万分之一。

3. 以徐大堡核电站为例的供热可行性分析

徐大堡核电站核电机组厂址距离绥中县城约18km，距离葫芦岛市区约40km，建设核电蒸汽长距离传输（20-40公里）主管道，将蒸汽传输到目前热电联产企业，替代他们的燃煤锅炉热源，其下级供热体系保持不变，实现燃煤蒸汽核能替代的平稳切换是完全可行的。

依据同济大学编制的绥中县总体规划中的供热规划内容，该地区采暖热指标为：

1）供热区域居民建筑采暖面积约400万㎡，公用建筑采暖面积约100万㎡，因此加权平均采暖热指标取50W/㎡。

2）根据徐大堡项目设计，两台机组同时供热时，每台机组供热按总热负荷的50%考虑，单台机组最大供热能力按总热负荷的75%考虑。

3）一级管网供回水温度按125/70℃考虑。

4）根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50736-2012）规定，采暖期室外平均温度为-3.2℃，室外采暖设计温度为-12.6℃。根据当地的实际供暖期，计算期取152天，保守计算：

采暖期最大热负荷：500×50×3.6÷100=900GJ/h，即设计热负荷900GJ/h；

采暖期平均热负荷：900×[18-（-3.2）]÷[18-（-12.6）]=624GJ/h；采暖期全部供热量：Q=624×152×24=227×10E4 GJ

单台机组运行时供暖平均热负荷：624×75%=468GJ/h

3.1 供热介质及供热方式作为核电站二回路蒸汽，直接用来大面积民用供热，具有一定的放射性扩散风险的，必须经过再一次封闭的热交换，才能保证绝对可靠地阻止一回路蒸发器传热管泄露而污染二回路蒸汽的问题。通过设置换热站，用核电站主蒸汽加热民用蒸汽回路，本工程热网首站设置汽水换热器，首站加热蒸汽由汽轮机抽出的蒸汽提供；二级换热站设置水水换热器，采用高温水作为采暖热负荷的供热介质。

3.2 热网循环水参数

根据设计热负荷，单台机供75%热负荷时，确定热网加热蒸汽量和热网循环水量：

由此可见，极限情况下，单台机组一直承担75%热负荷时，需从系统抽取300t/h的蒸汽量，此抽汽量下因供热减少的发电量为原额定发电量的3%。整个采暖期提供340×10E4GJ的热量，若机组一直处于满功率发电，不参与调峰的状态下，将减少发电量19740×10E4KWh，占原额定总发电量的2.1%，基本不会对机组产生影响。

3.3 经济性与环保性

1）绥中县上网电价约0.5元/KWh，则减少发电量价格约9870万元；

2）本工程实施后将替代绥中地区的热水锅炉，每年节约17万吨标煤（热值为7000千卡/千克的煤炭），目前煤炭单价按1000元/吨计算，总价约1.7亿元；

3）原锅炉未配套除尘、脱硫脱硝设施，排放改造成本巨大（每台锅炉约2000万元），按政府减排补助50%计算，11台集中供热锅炉政府需要投入1.1亿元；

4）城市取暖费收入：绥中县居民供暖价格23元/平方米，非居民供暖价格28元/平方米，平均供暖价格约：23×0.8+28×0.2=24元/平方米

则每年城市取暖收入=24×500=1.2亿元

5）本工程实施后每年减少1.8万吨烟尘、2400吨的二氧化硫、2100吨的氮氧化物以及50万吨二氧化碳。

由此可见，利用核能供热，首先，核电厂自身发电负荷将减小，可以将指标缓解提供给大型热电厂使用；第二，核能蒸汽提供给热电联产企业，减少其设备维护费用，通过“买汽”再“卖汽”的方式不仅实现其供热的初衷，同时节约了系统成本。第三，核能蒸汽有着更低的成本优势，对于核电厂来说也可以增加更多的收入。如此一来，核电厂、大型热电厂、热电联产企业可实现共赢局面。

4 结论

现阶段国内核能供热的项目还较少，核能的利用不够充分。同时，核能热电联产也面临着诸多挑战，安全性、技术更新、投资保护、监管许可、公众接受度都是我们需要充分考虑的。具体要求将由反应堆类型、工业过程的性质、与工业设施的距离、与人口稠密城市的距离和公众对风险的认识等因素决定。因此，必须进行全面的成本和技术经济评估，考虑到核电项目周期长，初始投资高，在测算经济性的同时还应该重点关注下游产品的经济价值、电力灵活性带来的附加值、环境和健康效益的价值（包括显著减少温室气体排放）以及长期社会福利的价值（如地区供热或海水淡化）等。

参考文献：

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[2]杨阿卓.“核电+供热”，我们始终在探索-访辽宁核电有限公司副总经理葛政法[J].中国核工业.2017,(7)

[3]戴明明，王世勇，姜晓玮.抽凝背汽轮机机组在NHR200-II型热电堆的应用研究[J].热力透平.2017,(3)

[4]李卫华，张亚军，郭吉林等.一体化核供热堆II型的开发及应用前景初步分析[J].原子能科学技术.2009,(z2)

[5]杜欣，王冰，杨冬.核能集中供暖的可行性分析[J].区域供热.2021,(2)

个人简介：

王艳芬 女 1981.4.23 汉族 吉榆 高级工程师 研究生 核电厂设备采购管理.

张亮  男 1987.4.1  满族 辽宁省鞍山市岫岩县  高级工程师 大学本科  核电厂运行