我國于巴黎氣候大會承諾,將于2030年達到二氧化碳排放峰值、非化石能源占比升至20%左右。

然而,當(dāng)下我國北方每年采暖范圍遍布17個省、市、自治區(qū),采暖人口達7億以上。而集中供熱的熱源仍以熱電聯(lián)產(chǎn)和區(qū)域鍋爐房為主,使用的燃料也仍然以煤炭為主,每年供暖消耗煤炭已超過5億噸,造成很大的汚染,能源結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)升級形勢嚴峻。

面對城市熱網(wǎng)對熱源的旺盛需求和國家節(jié)能減排政策日趨嚴格的現(xiàn)狀,各城市均需淘汰現(xiàn)有供熱小鍋爐,原有高污染、低效率熱源也將逐步減少。

熱負荷和熱源的“一增一減”,導(dǎo)致城市規(guī)劃供熱缺口日益增大,尋找清潔替代能源已成燃眉之急。

核能作為一種安全、清潔的能源,是當(dāng)前較為成熟的替代一次能源的方法之一。對利用核能為區(qū)域供熱,科研人員已進行了大量的研究,與傳統(tǒng)熱源相比可以顯著減少污染排放,且供熱安全性有保障,將有效改善我國能源結(jié)構(gòu),緩解日趨嚴重的能源供應(yīng)緊張局面。

事實上,核能供熱并不是一個新概念,我國從1981年提出低溫核供熱堆研究倡議,經(jīng)過30多年的研究,已掌握了能夠工程化應(yīng)用的核能供熱技術(shù)。

核能供熱技術(shù)可簡單分為池式堆和殼式堆兩類。池式堆與高溫高壓的壓力殼式堆相比,可以在常壓低溫下運行,具有固有安全性、可靠性高、技術(shù)成熟、系統(tǒng)簡單、運行穩(wěn)定、占地面積小等優(yōu)點,并且建造成本低、運行維護簡便,更適合于靠近城市居民區(qū)。

目前,國內(nèi)已建成多座池式堆,如中國原子能科學(xué)研究院的49-2堆、微堆、CARR堆等,累計運行近500堆年。

1983年,清華大學(xué)開始核供熱試驗,連續(xù)兩年向核能所17000平方米建筑物供給核熱,證明了池式堆供熱的技術(shù)可行性。

不過,一般常壓低溫池式堆出水溫度低于90℃,但我國現(xiàn)有城市供熱管網(wǎng)供水溫度多大于90℃,小于100℃。

為進一步提高供熱溫度,清華大學(xué)提出了深水池式低溫供熱堆,通過增加水池深度,利用水層靜壓力提高堆芯出口水溫,使其向熱網(wǎng)供水溫度達到90℃以上,滿足了熱網(wǎng)需求。

深池式低溫供熱堆將堆芯放在一個常壓水池的深處,利用水層的靜壓力提高堆芯出口水溫,以滿足城市供熱的溫度要求。其系統(tǒng)簡單,主要包括反應(yīng)堆系統(tǒng)、一回路系統(tǒng)、二回路系統(tǒng)、余熱冷卻系統(tǒng)、換料及乏燃料貯存系統(tǒng)、輔助工藝系統(tǒng)。

深池式低溫供熱堆基于常壓低溫運行方式和池式堆本身大的水容積,以及非能動余熱排出方式,在正常運行和事故工況下堆本體均不會出現(xiàn)超壓、失冷和堆芯裸露,堆芯熔化幾率為零,具有很高的固有安全性,可做到不需要廠外應(yīng)急。

低溫供熱堆系統(tǒng)簡單,堆芯和設(shè)備易拆除和處置,并且水池屏蔽效應(yīng)明顯,放射性源項小、乏燃料可統(tǒng)一處理,同時易于退役,廠址可以恢復(fù)綠色復(fù)用,民眾擔(dān)憂的安全性可以得到保障。

而從環(huán)保性和經(jīng)濟性的角度來考量,池式低溫供熱堆也有它的優(yōu)勢。

池式低溫供熱堆相較于燃煤、燃氣鍋爐更加環(huán)保,以400MW的熱源計算,燃煤和燃氣鍋爐每年分別釋放64萬噸和20.46萬噸二氧化碳,但池式供熱堆的二氧化碳排放為0。

在建設(shè)投資上,與其他化石能源供熱相比,池式低溫供熱堆建設(shè)投資約是同規(guī)模燃煤鍋爐的2至3倍,但運行成本遠遠低于燃煤鍋爐,使用壽命達到40年~60年,是燃煤鍋爐的2至4倍。根據(jù)初步計算表明,如果每年供暖的時間為4個月時,池式供熱堆的經(jīng)濟性可以和燃煤鍋爐相當(dāng),況且還可以考慮其它的應(yīng)用,如夏天用于致冷、開發(fā)利用其中的中子的核技術(shù)應(yīng)用等。

因此,簡單形式的深水池式堆完全可以滿足供熱要求,特別是作為基本熱源承擔(dān)采暖基本負荷時,是較為經(jīng)濟合理的一種供熱方式。

綜上所述,建議以低溫供熱堆替代熱電廠和區(qū)域鍋爐房熱源承擔(dān)城市基本熱負荷,以燃氣鍋爐等其他清潔能源作為調(diào)峰熱源,這將是環(huán)節(jié)化石能源環(huán)境污染最理想的供熱方案。