核能供暖,中國研發世界最大供熱核反應堆 (組圖)

京港台:2017-12-1 13:39| 來源:觀察者網

核能供暖,中國研發世界最大供熱核反應堆 (組圖)

來源:倍可親(backchina.com)

  這個冬天,似乎格外寒冷。

  11月28日,也是在北京,中核集團正式對外發布了我國自主研發的低溫供熱核反應堆型號和代號。截止到當天中國原子能科學研究院啟動的供熱演示項目——泳池式輕水反應堆(49-2堆)實現安全供熱滿168小時,為該院部分辦公樓供熱,面積約1萬平方米。這標誌著我國在核能供熱技術領域的自主研發取得重要進展,為我國利用清潔能源供暖提供了新選擇。

  

  

  

11月28日,在原子能院泳池式輕水反應堆(49-2堆)實現安全連續供熱168小時之際,中核集團在京正式發布其自主研發、可用來實現區域供熱的「燕龍」泳池式低溫供熱堆(DHR-400)。

  核能供熱,就是以核反應堆替代燃煤鍋爐或燃氣鍋爐,為區域供熱,被稱為「不冒煙的鍋爐」。

  總設計師柯國土介紹,中核集團將泳池式低溫供熱堆型號、代號分別確定為「燕龍」和「DHR-400」。「DHR-400」意為區域供熱反應堆,「400」指核反應堆熱功率400MW(兆瓦),這是目前世界在研最大的供熱核反應堆。

  據測算,一座400MW的「燕龍」低溫供熱堆,供暖建築面積可達約2000萬平方米,相當於20萬戶三居室。

  核能供熱並非新我國提出的新概念。早在上世紀60年代,世界上第一座實現民用核能供熱的核電站——瑞典原型核動力反應堆Agesta實現連續供熱十年。到了70年代,俄羅斯、保加利亞、瑞士、羅馬尼亞等國就研發建造了很多核能供熱系統,作為區域集中供熱或工業供熱熱源,並積累了豐富的運行經驗。同時,池式供熱系統發展也拉開了大幕。

  之後的80年代,加拿大建成的SLOWPOKE池式核供熱堆為醫院和學校供熱,功率為2MW,堆芯出口溫度為80攝氏度,瑞士也設計了一款深水池式供熱堆。

  1989年,清華大學建成了世界上首個專用的壓力殼式的5MW水冷供熱堆。針對不同用途,目前已開發出NHR200-I型和NHR200-II型兩種型號的供熱堆,前者用於城市供熱、熱法海水淡化工藝,後者主要用於工業蒸汽、熱膜混合海水淡化工藝。

  

  在中國核工業界,49-2泳池式輕水反應堆早已大名鼎鼎,它從1959年開始建造,1964年12月20日首次達到臨界,是我國自行設計、建造的第一座反應堆,也是我國唯一一座運行壽期超過50年的反應堆,曾為我國「兩彈一艇」研製做出了巨大貢獻。作為工程材料的試驗堆,49-2堆初期主要用于軍民用的燃料元件考驗,後期用於結構材料和燃料元件輻照考驗、核儀器儀錶輻照試驗、放射性同位素生產、單晶硅中子摻雜、活化分析及運行人員培訓等。

  中國原子能科學研究院的資料顯示,池式堆的堆芯位於水池底部,始終處於淹沒狀態;在任何事故下,依賴反應堆固有的負反饋特性可實現自動停堆。而且,停堆后不採取任何餘熱冷卻手段,1800噸水可以確保20多天堆芯不裸露,實現「零堆熔」。而燃料包殼、堆水池、深埋地下和密封廠房等四道屏障,可有效隔離放射性。此外,廢水收集系統的設置,可靠收集萬一泄漏的放射性廢液,確保不泄露到廠房外,實現「零排放」。尤其是,增設壓力較高的隔離迴路,確保放射性與熱網隔離。

  「燕龍」就是中核集團在泳池式研究堆五十多年安全穩定運行的基礎上,針對北方城市供暖需求開發的一種安全經濟、綠色環保的堆型產品,其原理是將反應堆堆芯放置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供熱要求。熱量通過兩級交換傳遞給供熱迴路,再通過熱網將熱量輸送給千家萬戶。

  據悉,今年1月11日,中核集團向北京市人民政府提交了《關於中核集團在黨建、核電走出去、核能減霾和科技創新等領域與北京市融合發展情況的報告》,在核能供熱示範中提出泳池式低溫供熱堆。

  3月13日,中核集團決定對泳池式低溫供熱堆項目立項、明確由中國原子能科學研究院牽頭,利用49-2堆開展泳池式堆城市供熱可行性研究及演示。

  11月8日,國家核安全局批准49-2泳池式反應堆低溫供熱改造方案。

  在過去一周內,這座供熱反應堆所在的廠房和另外兩座辦公樓都實現了核能供熱。

  柯國土總師介紹,從各國發展核能供熱的實踐看,核能供熱可分為兩種方式,一種利用核電廠的乏汽供熱,另一種是專用供熱堆。而目前世界上應用最廣泛的核能供熱方式為熱電聯產,共有57座反應堆熱電聯供,占所有運行核電機組的10%,主要分佈於寒冷的東歐。「核能區域供熱的安全性和可靠性已經得到充分驗證,至今累計了超過1000堆年的應用經驗,未發生核安全相關的事件和事故。」

  

  

低溫供熱監控室

  中核集團總經理錢智民說,作為泳池式低溫供熱堆「演示驗證-示範工程-商業推廣」三步走發展戰略的第一步,49-2堆先後開展了供熱工況的熱工水力校核、供熱迴路及其控制系統改造等工作,而且經過168小時運行,效果良好,實現了預期目標。中核集團後續將繼續開展供熱參數影響、熱網負荷變化等供熱工況,對反應堆調節特性影響、核供熱安全性和智能化控制系統的研究工作。這些基礎研究成果將指導燕龍型號研發,為燕龍示範工的設計、建造、運行提供強有力的技術支撐。

  「核能作為一種安全、清潔的能源,為我國冬季綠色供暖提供了新選擇。」中國科學院王乃彥院士表示,作為一種技術成熟、安全性高的堆型,「燕龍」池式低溫供熱堆具有「零」排放、投資少等特點,佔地面積小,選址靈活,內陸沿海均可,,廠址可以選在城市附近,非常適合北方內陸,反應堆退役后廠址還可實現綠色復用,而且供熱堆使用壽命為60年,供熱的性價比優於燃氣,與燃煤也有經濟可比性。

  相關統計顯示,池式供熱堆的供熱熱價為40元/GJ,與燃煤供暖鍋爐熱價相當。一座400MW核能供熱堆可供約2000萬平方米建築面積,每年替代32萬噸燃煤,對比燃煤可減排煙塵3200噸、灰渣10萬噸、二氧化碳52萬噸、二氧化硫6000噸、氮氧化物2000噸。

  在建設投資上,與其他化石能源供熱相比,池式低溫供熱堆建設投資約是同等規模燃煤鍋爐的2-3倍,但運行成本遠低於燃煤鍋爐,使用壽命60年,是燃煤鍋爐的2-4倍。據初步計算表明,如果每年供暖時間為4個月,池式供熱堆的經濟性可以和燃煤鍋爐相當。

  據了解,此次中核推出的「燕龍」堆就計劃在2018年底完成示範項目核准,2020年後在北方地區開展商業化推廣。

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