文 | 本刊综合科技日报、中国气象报、中国能源报、能源杂志、央视新闻、企业观察报、秦山核电等报道
国家层面设想、讨论了数年之久的核能供暖，真的来了！
近日，国家能源核能供热商用示范工程二期450万平方米项目，在山东海阳正式投产，今年冬天，海阳市新老城区全面采用核能供热，成为全国首座零碳供暖城市。
消息一出，有关核能供热的一系列问题，引发了社会广泛热议：到底什么是核能供暖？跟“核能”相关，安全吗？为什么会想到用核能供暖，它和传统供暖相比，有什么好处？什么时候能大规模推广？有了它，今后南方人是不是也能在冬季实现供暖自由了？困扰南方的供暖经济性问题，是不是有破题方案了？
一堆问题，有的已有答案，有的还没定论，我们一起来看看。
核能怎么供暖？
核能供暖，就是用核裂变产生的能量为热源，通过换热站进行多级换热，最后经市政供热管网将热量传递至最终用户的城市集中供暖方式。
《核能供暖了解一下》视频截图/江苏核电“核辐社HFS”
核能供暖的逻辑原理，通常是将反应堆堆芯放置在一个常压水池的深处，利用水层的静压力提高堆芯出口水温以满足供热要求。
也就是说，反应堆堆芯是供热的核心部分，安装在压力壳内，堆芯内有核燃料棒。核燃料棒周围是控制棒，控制棒内装有碳化硼，可以有效吸收中子，这样可以控制核裂变，进而控制核反应堆的功率。压力壳内充满去离子水，反应堆核裂变产生的能量以压力壳中的水为媒介，通过热交换器带出去，然后通过中间回路、热网/蒸汽回路等将热能送往千家万户。
图/企业观察报“企观国资”
开头提及的山东海阳核电站，就是从核能发电机组抽取部分发过电后的蒸汽作为热源，通过厂内换热器，换成高温水，随后经管网进行多级换热后，最终抵达用户终端。
相比传统的化石能源等其他供暖形式，核能供暖利用核电机组二回路蒸汽作为热源对外供暖，有着明显的环保优势。
一来，核裂变的能量密度极大，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。
《核能供暖了解一下》视频截图/江苏核电“核辐社HFS”
二来，只要燃烧化石燃料（煤、石油、天然气），就会排放二氧化碳，核能供热可以显著降低二氧化碳和污染物的大气排放，改善供热区的空气质量。
核能供暖安全吗？
谈“核”色变的人不在少数。“安全吗，是否存在核辐射？”往往成为人们听到要开展核能供暖时最关注的问题。
业内人士认为，核能供暖在技术上安全性分两方面：一是核电特有的核安全问题，二是供热的稳定性。所以回答这个问题，也可以从这两方面切入。
首先，需要强调的一个事实是，核能是一种经济、清洁和安全的能源，在《国际核安全公约》的约束下，核能国家核安全需要达到很高水平。
其次，在日常生活中，人体时刻都在接受辐射，包括拍X光片，使用电视、微波炉，甚至喝的水、吃的米等都会产生辐射。这种天然存在的放射性辐射，科学上称为本底辐射。核电厂周围的核辐射比本底辐射还要低，比燃煤的粉尘和煤渣的危害要低得多，因此无需为此担心害怕。
再者，在技术的进步下，核能可以被转化为高效、安全的热能。技术人员常会把核能供热的工作原理比作时下的网红食品“自热小火锅”——下面是加热层，上面是食物层，经过物理隔绝，下面作为导热材料的不可食用部分，仅仅发挥加热作用，而不会与上面的食材接触。
国家电投山东核电董事长吴放对核能供暖过程做了具体解读：主要是从核电机组二回路抽取蒸汽作为热源，通过厂内换热首站、厂外供热企业换热站进行多级换热，最后经市政供热管网将热量传递至最终用户。
“整个过程中，只发生了蒸汽加热水和水加热水两个步骤”，核电站与供暖用户间有多道回路进行隔离；每个回路间只有热量的传递，没有水的交换，更不会有任何放射性进入用户暖气管道的可能；热水也只在小区内封闭循环，与核电厂层层隔离，“没有任何接触，十分安全。”吴放说。
另有专业工程师表示，在核电站换热首站的热水出厂前，在线监测和隔离装置还会进行检测，回路间采取压差设计，确保核能供热安全可靠。
中国电力发展促进会核能分会副会长田力也表示，基于我国核电和反应堆技术基础，核能供热技术是可行的，安全也有保障。“不同的堆型技术方案各有特点，设计内容总体符合核安全要求和发展方向，各单位今后将继续优化设计方案，进一步分析技术可行性和经济性。”
大亚湾核电站核岛全景。图/新华社发
核能供暖不新鲜，全球有大量先例
事实上，核能供热在国际上已有不少先例。
早在上世纪60年代，世界上第一座实现民用核能供热的核电站——瑞典原型核动力反应堆“阿杰斯塔”，实现连续供热10年。
到了70年代，俄罗斯、保加利亚、瑞士、罗马尼亚等国研发建造了很多核能供热系统，作为区域集中供热或工业供热热源，积累了丰富的运行经验。同时，池式供热系统发展也拉开了大幕。
之后的80年代，加拿大建成的SLOWPOKE池式核供热堆为医院和学校供热，功率为2MW，堆芯出口温度为80摄氏度；瑞士也设计了一款深水池式供热堆。
截至2014年4月，俄罗斯共有10座核电厂，设置了33台发电机组，总功率达到25242MW，装机容量处于世界第四位（前三位分别为美国、法国和日本）。近日有报道称，俄罗斯正在试验使用“核温水”，这些水将从漂浮的反应堆中泵入西伯利亚偏远城镇居民的家中。
资料显示，目前全球约有57座商用反应堆发电的同时产生热水或蒸汽用于区域供热，主要分布于东欧。这些项目超过1000堆年（注：一个反应堆运行一年为一堆年）的运行经验，也验证了核能供热的安全性与可靠性。
我国在核能供暖领域也早有探索。
位于北京昌平南口镇的清华大学核研院厂区，也有一座自主研制的功率为2MW（热）的池式研究堆，苏联专家起了个头就撤回了，在吕应中先生率领下，1960年开始，在平均年龄只有23岁半的清华大学师生自力更生的艰苦努力下，于1964年建成，反应堆代号901，至今安全稳定运行近50年。
池式堆在供暖技术上的一大革命性特点，就是它不用像化石能源热源一样必须经历一个高温甚至超高温燃烧的阶段。池式堆产生的能量直接将水的温度定格在100摄氏度左右，而且是几乎100%的能量利用率。这样就简化了能量转换设备系统的复杂度，减少了能量转换过程的损失，也大大降低了人身安全风险，改善了工作人员运行环境。
1984年底到1985年初，由于清华大学核能所主要领导的变动，核能所没能够在低温常压池式堆的技术路线上乘胜前进，而是组织技术路线选择论证，重打锣鼓另开张，选择了有压力的壳式堆作为主攻方向。
1985年，清华大学核能所开始研发建造5MW壳式低温供热堆，壳内工作压力15个标准大气压。经过全所人员集中攻关，于1989年12月，达到满功率运行，为核能所5万多平方米建筑面积集中供暖，并连续供暖多个冬季。
从此以后，核能供热/供暖领域就出现了两个技术路线：池式堆和壳式堆。常识告诉我们，一个统一标准设计的大型工业产品都不那么容易推广，更何况有两个设计标准，又是有潜在风险的核能装置，双方又都能说得出来对方的缺点和不足。如此一来，导致业内声音不一致，力量不统一。
反映到产业落地层面，不同技术路线之争给用户带来困惑，再加上核能项目周期较长、以及投资企业对于投资经济性、运行安全性的担心等，在相当长一段时间内，核能供暖的真正启动和投入都迟迟未能实施。
为什么现在重提核能供暖？
核能供暖再受青睐，是时代在召唤。
业内人士认为，之前推广核能供暖行动不那么坚决的一个主要原因，是可以烧煤，燃煤锅炉和热电厂热电联供都可以作为冬季集中供暖的基础热源。尽管污染大气环境，但是以前环境容量足够大，所以很多人觉得，多排放一些烟尘和二氧化碳好像没什么。
而且，以前集中供暖管网没有这么多、这么大，一说投资核能供暖，就要配套建设热网，热网投资比热源投资还要高，想想如此麻烦，也就算了。哪个单位的宿舍楼或小区要集中供暖，单独建设烧煤锅炉房就可以了。
不过，2013年以来，随着人民生活水平的提高，对生活环境的要求也愈来愈高，而这个时候，全国大部分地区的环境容量达到了上限，“雾霾”成了新闻舆论中出现频率最高的一个词汇。
公开资料显示，2013年东北三省在10月供暖季，开始出现了大规模严重的雾霾天，严重到雾霾进入了百科词条，PM2.5突破了1000μg/m³。治理大气污染、改善大气环境、“打赢蓝天保卫战”很快成为各级政府的一项硬任务。
图/新华社发
近几年来，随着世界各国对全球温室效应的愈加关注，二氧化碳成为温室气体中的主要成分，如何控制二氧化碳排放量，减少温室气体对地球气候和生态带来灾难性变化，成为许多国家环境保护和经济发展的重要目标及任务。
2020年，我国也提出了2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的宏大目标。
可以想见，未来的能源结构是，燃煤发电/供热机组到期关停，有些不到期也会被关停。发电机组设计寿命30年，30年弹指一挥间。位于广东经济重镇东莞的曾经领业内之先的沙角A、B、C电厂共十台机组陆续到期关停，2025年之前全部退役。在碳减排的压力下，今后电厂申请延寿获得批准的难度愈来愈大。
北方地区，风电资源丰富，集中式光伏也建设了不少，今年又开始整县推进屋顶光伏，电是不缺了。可是到了冬天，集中供暖的民生需求成为了影响碳减排、碳中和目标实现的主要障碍。尽管很多城市附近的火电厂已经改造成了热电联供机组，但同样面临到期关停的命运。
新的热源在哪里？成为北方所有热力公司最为关切的问题。核能的出现，给热力公司带来了新的希望。
中国核电清洁供暖示范工程筹备组组长陈仁宗日前介绍：“我国冬季供暖面积以年均约10%的增速增长，截至2019年底，全国集中供热面积已达110亿平方米，北方城镇供暖能耗为1.91亿吨标煤，约占建筑总能耗1/4。北方供暖需求增长快，但热源在减少，需要大力发展包括核能供暖在内的清洁能源供暖。”
国家发改委、国家能源局等10部门于2017年联合印发的《北方地区冬季清洁取暖规划（2017-2021）》则明确指出，加强清洁供暖科技创新，研究探索核能供暖，推动现役核电机组向周边供暖，安全发展低温泳池堆供暖示范。
山东第一个“吃螃蟹”
核能供暖在山东率先落地，与山东省政府的力推及当地的供暖基础建设密不可分。
2018年，山东省人民政府发布《山东省冬季清洁取暖规划（2018-2022）》明确，积极推进核能取暖示范项目研究论证。2019年11月，国家电投依托海阳核电项目开展核能供热试点，核能供热首期项目第一阶段正式投运。截止目前，海阳核电核能供热二期工程已基本建成投产。
图/新华社视频截图
从实施效果来看，海阳核能供热项目实现了“居民用暖价格不增加、政府财政负担不增长、热力公司利益不受损、核电企业经营做贡献、生态环保效益大提升”等多重效果。
从经济成本来说，专家分析，核能供热建设初期，投资远高于同规模燃煤锅炉，但建成后运行成本远低于燃煤锅炉，核能供热每年核燃料的运输量约为煤量的十万分之一，且使用寿命可达60-80年，是燃煤锅炉的3-4倍。
海阳市海源能源负责人赵新介绍，随着海阳市核能供暖实现全覆盖，“红利期”才刚刚开始。2019年，海源能源将原有的65吨级锅炉房拆除，改建为核能供暖在热力公司的换热首站，看似需要负担短期改造成本，但是长远来看，对于经营助益很大。
“以往冬季供暖，特别是遇到极寒天气时，脱硫设备、锅炉设备等故障率就会明显升高。因为要对故障设备进行抢修，工作人员加班几乎是常态，时常要工作至深夜十一二点，这样不仅加重了生产成本，更影响了用户的用热体验”，赵新说，使用核能供热后，不再使用原来的锅炉及环保设备，以前需要9人一组三班倒的锅炉房，变成了无人值守的换热站，只需要进行常规巡视即可。
如此一来，节省了电费、维修保养费、环保支出以及人力成本，有效降低了生产成本。以一个供热季为例，海源能源在环保、用电、人工等方面的成本节省可达300万元。相关统计数据还显示，海阳核电供热项目实施以后，海源能源全厂热效率由36.69%提升为39.94%。
图/新华社视频截图
目前，山东海阳核电正与哈电汽轮机联合推进单台核电机组供热3000万平方米的科研工程。项目完成后，供热范围可覆盖方圆130公里区域，实现青岛、烟台等远距离城市供热。3000万平方米供热项目投运后，热效率将提升到55.9%，是原来的1.5倍。若海阳核电两台机组同时开展3000万平方米供热，能源贡献力相当于再造一个百万千瓦级核电机组。
值得一提的是，国家电投“海阳核能供热”案例作为中国唯一的案例入选了2021年《世界核电厂运行实绩报告》，向全世界展示了中国核能综合利用的创新成果和低碳发展的良好形象，充分展现了中国核电多元化发展的成就。
图/新华社视频截图
据《科技日报》报道，山东省能源局局长栾健透露，山东省将在“十四五”及未来一段时期，着力打造胶东半岛千万千瓦级核电基地，同步推进核能供暖等综合利用，力争到2030年，在运装机规模达到1300万千瓦以上，胶东半岛具备条件的地区全部实现核能供暖。
此外，海阳核能供热项目在商业上、技术上、经济上的探索及效益，为黑龙江、吉林、辽宁等地小型模块化供热堆、大型热电联产核电项目提供了借鉴。
国家能源局副局长余兵表示，要将核能供暖作为构建北方地区清洁高效、多元供暖体系的一种全新选择。
南方人民也有望实现“供暖自由”了
北方人冬季供暖体系多了新选择，还在艳阳里瑟瑟发抖的南方人怎么办？
“冷冷冷！要靠暖气‘续命’！”随着每年一轮又一轮的冷空气“包邮”南下，人们对供暖的需求越来越强烈。看着北方人民在暖气里吃着冰棍，南方人民纷纷表示，“我们也想供暖啊！”
长期以来，南方城市集中供暖受到四大条件的制约：一是能源保障和环境保护压力大；二是供暖期短、热负荷小、负荷波动大；三是没有成熟的专业化供暖平台公司，供暖设施建设和运维能力不足；四是没有系统的集中供热管网及设施，工程建设规模大、周期长、一次投资高。
但如今，核能供暖出现了，南方人民实现“供暖自由”或将指日可待——公开报道显示，作为中国大陆首座核电站的所在地，浙江省嘉兴市海盐县已经开展核能供暖节能工程，成为江南核能供暖的示范窗口。
根据官方资料，这个项目是通过秦山核电基地机组热电联产技术改造，利用核电机组冬季剩余热功率实现对海盐县主城区及澉浦镇集中供暖。
海盐县核电产业发展服务局东侧的秦山大道路段施工现场。图/秦山核电
秦山核电总经理、党委副书记邹正宇说：“在冬天的时候，反应堆的功率稍微有一点点的余量，我们可以利用这部分的反应堆余量，在不影响发电的情况下给居民供热。我们也想充分利用它的低碳、清洁的优势，给江南的居民能够带来核电的温暖。”
邹正宇算了这样一笔账：由于南方冬季多采用电取暖，如果产生1度电需要3度热量，那么直接用这3度热量供暖，相当于提升了300%的效率。经过测算，该核能供暖项目，相对于燃煤火电机组每年可减少燃用标煤约2.46万吨，相应地每年减排二氧化硫1817吨、氮氧化物908吨、二氧化碳5.9万吨，具有明显的环境效益。
这项核能供暖节能工程正在按照“统筹规划，分步实施”的原则开展建设，项目共分为三个阶段，力争到今年年底，实现海盐城区三个生活区45.9万平方米和海盐县老年公寓0.5万平方米的核能集中供暖；到2025年，核能供暖面积达到400万平方米，基本覆盖海盐县主城区并拓展至秦山街道和澉浦镇。
“核能供暖在江南地区尚属首例，从拓展核能综合开发利用和倡导居民零碳生活方式两个方面，本项目均能起到示范作用。”海盐县发改局局长王祖利说。
“我们今后也可以输送到30到50公里之外，也就是说海盐附近的几个县城包括嘉兴地区应该也是可以供上的，当然这个难度还是存在的。”秦山核电站方面相关负责人表示。
新的能源赛道出现了？
有业内人士认为，随着我国降碳和清洁取暖进程加快，新的能源赛道出现了，核能供暖正迎来全新发展“窗口期”。
支撑这个观点的一个事实是，目前已有核电企业在河北、贵州、山东、吉林、黑龙江、青海、甘肃、辽宁、内蒙古、陕西等省区开展了厂址普查、初可、可研和前期对接等工作，以期推动核能供热实现产业化发展。
不过，也有专家指出，核能供热要想实现产业化推广，还有许多安全技术性及经济性难点亟待克服。
据《中国气象报》报道，从安全技术角度来说，主要有以下四大方面的困难：
一是，确保核能供暖的安全性需要开展大量工作；
二是，内陆地区核电发展因为缺少冷却水而运行稍有困难、前景黯淡；
三是，核反应堆需要建在无人居住的海边，或者周围一定范围内没有人烟的区域，建设如此长的导热设施，热量在传导过程中的耗损有多大，目前还没有研究结论。
四是，热能是核能的副产物，目前人类只能通过热转换的方法提取能量，其能量并不是直接成为供暖的动力；核能主要用于发电，而供热只是发电过程中的部分产物，有多大的转换量目前科学界并没有一致的定论。
从产业经济角度来看，目前，核能供热可实现的方式主要有两种：一种是在城市中或近郊建低参数的低温核供热堆，这类小堆更为灵活，但仍面临经济压力；另一种是基于现有的大型核电厂，利用核电站的抽汽向热网供热，抽汽温度和压力根据热网需求、输热管线的长短决定。
《中国能源报》报道，田力认为，小型堆方面，根据设计单位提供的初步投资估算和财务分析，一座40万千瓦热功率的池式堆厂界内总投资为16.3亿元，建设周期约2—3年，投产后每年运行成本约11800万元，其中燃料成本4000万元。
田力进一步分析，池式堆的设计运行寿命可达60年，按照折旧年限30年、供暖期150天、满负荷运转前提下初步计算，热源部分包括燃料、设备折旧和人工在内的不含利润的纯运营成本不超过25元/吉焦，单纯燃料成本不超过10元/GJ。相比之下，燃煤锅炉约30元/GJ，燃气锅炉约110元/GJ。“若由相同规模燃煤锅炉供热，年消耗煤炭约40万吨，以5500大卡动力煤500元/吨的价格为参考，供热期150天/年计算，燃煤费用高达2亿元。”
对于大堆供热的经济性，一位核电设计单位人士表示，大型堆长距离大温差供热短期难以实现盈利，60公里以上供热成本超过40元/吉焦，按目前热价盈利较难。“超远距离输送蒸汽，35公里以上距离会存在到户温度不足问题，而且汽水接力供热需考虑汽、热负荷的季节性不同步问题。”
除此之外，核设施的退役处理，也不容忽视。因为种类繁多，加上规模大小、场址条件、运行状况等有别，不同核设施的退役方式大不相同，需要区别对待。
在国际上，已有3种退役策略被广泛采用，即立即拆除、延缓拆除、封固埋藏。
其中，“立即拆除”是在核设施永久关闭后，尽可能快地除去和处理核设施内的放射性物质，原场址可以有限制或无限制利用。
“延缓拆除”是在核设施关闭后先做部分和简易的去污、拆除工作，在保证安全的条件下对核设施进行长期贮存，让放射性核素衰变，然后拆除。对大型反应堆退役，延缓拆除往往是优选的策略。
“封固埋藏”是把核设施整体或它的主要部分，处置在它现在的位置或核设施边界范围内的地下。
无论是哪种退役处理，都需要付出不小的经济代价。如何以更低消耗妥善安置核设施，是企业、产业乃至政府都需要慎重考虑的问题。
业内专家认为，核能供暖市场是一项复杂的系统性工作，涉及供给侧和需求侧的市场、技术和经济的分析研究。深入细致做好核能供热市场及适配性分析研究，对于优化区域能源结构、区域清洁供暖及零碳供热有重要作用。“目前核电企业也在呼吁，希望政策能给予核能供暖价格更多支持。”
来源： 新华社
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