多應用場景提供低碳高效能源
除了發電外，我國核電站還有哪些應用場景？
劉仕倡(華北電力大學核科學與工程學院副教授)：我國核電站主要分布在江蘇、浙江、福建、廣東等東南沿海地區，核電站的主要用途是發電，通過核反應堆產生熱能，驅動渦輪發電機發電，為周邊地區提供電力。在提供清潔電力的同時，核電站還有其他一些應用場景，為生產和生活提供低碳高效的能源保障。
一是工業供熱和供汽。工業占我國能源消費總量的70%左右，是碳排放的重點產業。核電站的工業供熱效率高，且不會產生大量的廢氣和污染物，可以為周邊工業區提供穩定的供熱、供汽服務，提高企業的經濟效益。我國主要通過壓水堆提供工業蒸汽。例如，中核集團秦山核電與浙江海鹽縣共同建設的核能工業供熱項目，在2022年12月正式建成投用，是我國首個核能工業供熱項目。中核集團田灣核電也啟動核能供汽工程。高溫氣冷堆具有堆芯出口溫度高的優勢，也是未來工業供汽尤其是高品質供汽的主要路徑。2021年，石島灣高溫氣冷堆核電站示範工程首次並網發電，成為我國探索高溫堆提供工業蒸汽、開展制氫的重要載體。模塊化小堆如國家電投的“和美一號”、中廣核集團和清華大學聯合開發的NHR200-Ⅱ低溫供熱堆、中核集團“燕龍”泳池式低溫供熱堆等也能夠提供清潔蒸汽，為高耗能產業提供脫碳方案。
二是清潔供暖。我國大約有三分之一的地區需要冬季采暖，采暖期達四至六個月。東北、華北和西北地區數百座大中型城市每年需要采暖供熱的熱功率高達幾十萬兆瓦，年耗煤數十億噸，占總能源消耗的15%以上。核電站中核反應會產生大量的熱能，這些熱能可以轉化為蒸汽或熱水，通過管道輸送到城市的供暖系統中，這種方式比傳統的火電站、燃煤鍋爐等供暖方式更為清潔、高效、可靠。無論是大堆還是小堆供熱技術，在低碳供熱領域都有廣闊的應用前景。
大堆方面，我國南方地區首個核能供熱項目浙江海鹽核能工業供熱示範工程在2021年12月正式投運，利用秦山核電基地機組冬季剩餘熱功率，在不影響機組原有發電量和安全性能的前提下，向海鹽縣公建設施、居民小區及工業園區提供大規模安全、零碳、經濟的核能供暖，真正實現了當地居民、地方政府、核電企業及生態環保的多方共贏。經測算，項目全部建成後，每年可減少燃燒標煤2.46萬噸，減排二氧化硫1817噸、氮氧化物908噸、二氧化碳5.9萬噸。
小堆方面，中核集團自主研發的“燕龍”泳池式低溫供熱堆，是專門用於北方地區冬季居民取暖供熱的反應堆型號，具有固有安全性高、熱網適應性好、選址靈活等優勢，一座40萬千瓦的泳池堆可以為30多萬人口供暖，每年可替代32萬噸燃煤或1.6億立方米燃氣，減少排放煙塵5000噸，減少灰渣5萬噸，減少排放二氧化碳64萬噸，減少排放二氧化硫5000噸，減少排放氮氧化物1600噸，真正實現減污降碳協同效應。
三是海水淡化。海水淡化是指將海水中的鹽分去除，使其變成可以飲用或用於灌溉的淡水，為周邊地區提供淡水資源，解決水資源短缺問題，尤其適用於沿海地區。目前常用的海水淡化技術主要有三種，即多級閃蒸、低溫多效蒸餾、反滲透。由於核電站能同時提供電能和蒸汽，以上三種技術都可與核電站耦合。一方面，通過利用現有在運核電站，配套建設海水淡化設施以熱電聯產模式運行。例如，山東海陽核電投運“水熱同產同送”科技示範工程，將海水直接變成95攝氏度的高溫高品質淡水；中核集團田灣核電在提供電力、工業蒸汽的同時，也在推進海水淡化工程；遼寧紅沿河核電廠已實現利用核電站餘熱進行海水淡化，為核電機組提供冷卻水，產能為10080立方米/天。另一方面，可研發建造適用於海水淡化等領域的多用途先進核能系統。先進核能系統因體積小、靈活性強、功率比大、適應性好、應用領域廣等綜合優勢，在海水淡化領域前景廣闊。我國一直緊跟世界前沿研發多用途先進核能系統，目前已成功研發“燕龍”“玲龍一號”等，適用於海水淡化、供熱等領域。
四是核能制氫。利用核能可進行氫的大規模生產，並且具有不產生溫室氣體、以水為原料、高效率、大規模等優點，是未來氫氣大規模供應的重要解決方案。高溫氣冷堆是我國擁有自主知識產權的第四代先進核能技術，具有安全性好、堆芯出口溫度高等優勢，其高溫高壓的特點與適合大規模制氫的熱化學循環制氫技術十分匹配，被認為是最適合核能制氫的堆型，也是未來最有前景的核能制氫技術路線。2021年12月，全球首座球床模塊式高溫氣冷堆核電站並網發電，該示範工程投產後，將進一步由單一的“電”向“氫、汽、水、熱、電”五大細分目標市場進軍，其溫度參數也覆蓋乙醇提純、鹽化工、石油化工、煤化工、制氫等領域絕大部分熱源需求，將為“雙碳”目標的實現提供綜合能源解決方案。
確保安全是核電發展前提
核安全是核電發展的生命線。未來我國在安全有序發展核電方面應注意些什麼？
趙成昆(中國核能行業協會專家委員會常務副主任、國家核安全局原局長)：截至2022年底，全球在運機組422台，總裝機容量超過3.78億千瓦，分布於世界32個國家或地區。全球在建核電機組57台，分布於18個國家和地區，總裝機容量達5958萬千瓦。
國際上主要核工業大國中，美國有92個可運行的反應堆，總裝機容量9471.8萬千瓦，核電發電量占比約為20%。法國有56個可運行的核反應堆，分布在沿海及內陸，核電發電量占70%左右。俄羅斯有37台可運行的反應堆，大部分位於西部地區，核電發電量占比約為20%。2011年福島核事故後，日本關停了所有反應堆，近年來受能源供應緊張等因素影響，經監管部門批准已重新啟動10餘台反應堆，另有多台反應堆正在進行重啟審批。
經過70餘年的發展，美國在核能領域建立了完善的法律法規，形成了完整的核工業體系和強大的核科學與技術研發能力。但在三裡島核事故後，美國大量鈾礦關閉，產能逐步萎縮，鈾轉化、核電建造能力均明顯下降。近年來，美國重新恢復對核能發展的重視，《重塑美國核能競爭優勢》報告將推動核燃料循環前端產業發展列為首要任務，實施國內鈾儲備，擴大核燃料供應，重視微堆研發，推動核能綜合利用加快發展。
法國2022年出台“2030投資計劃”，其中包括到2030年實現小型模塊化反應堆技術示範和核電大規模制氫計劃。俄羅斯擁有健全的核領域法律法規和明確的發展政策，以俄羅斯原子能公司為代表的俄羅斯核工業體系提供從鈾資源開發到核廢料處理的核電全生命周期服務，近年來在東歐、東亞以及中東國家先後啟動了多個海外市場項目，並推動不同應用場景下的核反應堆開發。日本原子能機構於2021年恢復小型高溫氣冷堆的運行，2022年與三菱重工宣布將在此基礎上建立一個示範性的制氫項目。同時，日本十分重視小型模塊化反應堆領域的發展。日本原子能機構、三菱重工和三菱快堆系統公司正在與美國泰拉能源公司合作開發鈉冷快堆。
從國際核電發展看，歷次核事故的發生讓各國更加深刻認識到核安全的重要性。如今，世界主要核電大國正積極研發第四代核電技術，進一步提升核電的安全性和經濟性。目前，我國核電布局不均衡，在運在建核電機組全部分布在沿海地區，核電廠址較為稀缺，而且核電發電量占總發電量的比重低於當前10%的世界平均水平，與發達國家相比仍有較大差距。
在“雙碳”目標下，隨著核電規模發展，天然鈾的需求量及乏燃料、放射性廢物的產生量將持續增加。按照2035年在運壓水堆規模達到1.5億千瓦預測，年天然鈾需求量將達到3萬噸，乏燃料年產生量約0.3萬噸。另外，一座百萬千瓦級壓水堆運行60年，需天然鈾約1萬噸，1.5億核電裝機全壽命周期需天然鈾約150萬噸。因此，進一步完善我國天然鈾的保障能力是實現核電可持續發展的關鍵。
我國擁有相對完整的核工業體系，基礎研究能力也不斷加強，並自主研發了三代核電技術“華龍一號”和“國和一號”。受限於整體工業水平及相關的專業基礎能力，當前我國核電仍有部分關鍵設備、材料等還存在短板和弱項。此外，作為“熱堆—快堆—聚變堆”技術發展路線的關鍵環節，快堆可以大幅度提高鈾資源的利用率，減少高放廢物，對提高核電的經濟性、安全性具有重要意義。世界核能大國在發展快堆方面均投入大量人力物力，從基礎研究、設施開發到示範工程，加大研發力度，並力爭控制技術制高點。我國已開展鈉冷快堆示範工程建設，正在研究更先進的一體化快堆核能系統，但離商業化規模應用仍有較大差距，在反應堆堆芯設計、幹法後處理技術，以及金屬燃料元件製造等方面需加大研發力度。除鈉冷快堆以外，國內多家單位開展鉛(鉍)冷快堆研究，有關部門應加強引導形成合力，提高研發效率。
由於核能項目開發周期長，存在部分核電廠址的保護成本增加、廠址開發跨行政區域協調困難等問題。相關配套核設施選址及開發利用鄰避效應突出，部分項目由於溝通不足、處理不當等原因被迫停建。應通過有效溝通和科普宣傳，處理好利益相關方的關切，提高公眾對核能的可接受度。
確保安全是核電積極有序高效發展的前提。我國已頒布放射性污染防治法、核安全法，但放射性廢物管理、核事故賠償及核電管理等涉及核領域的法律法規體系有待盡快完善。需要重視可能出現的各種風險挑戰，貫徹“安全第一、預防為主、責任明確、嚴格管理、縱深防禦、獨立監管、安全保障”的安全工作原則。核電從業單位要始終重視核安全文化建設，並將其作為一項長期性、系統性、全局性重要工作，把核安全文化理念、價值觀落實到規劃、科研、設計、經營各個環節，保障我國核電安全可持續發展。
來源：經濟日報
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