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“多面手”核电站:除了发电,供暖、海水淡化、制氢也在行
澎湃资讯 杨漾 / 时间:2021-04-05 21:48:23

澎湃资讯4月3日讯:除了向大电网供电,核电站还能怎么用?这个话题既“古老”又新颖。之所以说它“老”,是因为早在四五十年前就有核电站“兼职”供热、海水淡化,国际上利用核能热电联供原理供热的压水堆机组已累计安全运行超过1000堆年(一个反应堆运行一年称为一个堆年)。如今,全球核能开发商们正在积极让核电站跳出单一发电模式 ,同时发挥传统用途以外的更多潜力。

位于黄海之滨的山东海阳核电基地是个典型样本。今年3月公布的“十四五”规划中,核能综合利用首次被写入,规划提出“开展山东海阳等核能综合利用示范”。海阳核电站地处山东青岛、烟台、威海三大城市之间,项目规划建设6台百万千瓦级核电机组,并预留两台扩建场地。作为我国三代核电自主化依托项目,海阳核电一期工程1、2 号机组于2018年、2019年相继投入商运,年发电量可满足山东省约三分之一家庭的年用电。在完成发电“主业”之余,海阳核电在两年前首开国内“核电抽汽商用供热”先河,并探索核能海水淡化以缓解胶东半岛淡水资源短缺。

“大家制定了海阳核能综合利用战略规划,‘热、水、储、氢’四大应用场景正在展开。”山东核电有限企业党委书记、董事长吴放近日接受澎湃资讯采访时透露,在海阳,后续每年都将有新的核能综合利用项目建成投运及新项目开工。除了抽汽供热和海水淡化,大规模储热、储电、制氢等核能综合利用项目的研究也正在推进。

在日益激烈的能源市场竞争格局中,核能发电的优势在于清洁性和高能量密度,但也面临与同样低碳的天然气及成本快速下降的可再生能源竞争。让核电站进入更多能源市场,在售电之余卖热、卖水、制氢,与可再生能源相辅相成,是出于提高核能经济性的现实需求,也是确保核能长期竞争力的创新需要。

核能综合利用经不经济、安不安全、能走多远?海阳模式的探索给出了一些答案。

核能综合利用山东模式:始于供暖,不止供暖

3月29日,海阳核电抽汽供热第二个供暖季收官,去冬今春持续为该市70万平方米居民用户供暖137天。2019年11月,山东海阳核电抽汽供热项目一期工程第一阶段正式投用,被国家能源局命名为“国家能源核能供热商用示范工程”。

近年来核能供热频频进入公众视野,从路线上可分为两类: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,但仍面临经济性掣肘。另一类就是海阳核电这种,基于现有的大型核电厂,利用核电站的抽汽向热网供热。也就是将反应堆发出的热量提取一部分用于用户冬季取暖,高品质蒸汽用于发电、低品质蒸汽用于供热,提高核电厂热效率。从原理上看,核电站供热与燃煤热电联产机组相似。

据澎湃资讯了解,海阳的核能供热商用示范工程二期450万平方米供热项目正在建设,预计今年11月供暖季具备供暖条件。届时,核电抽汽供热将覆盖海阳市整个城区,全面取代现有燃煤供热锅炉,海阳市将成为全国首个“零碳供暖城市”。 

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海阳核电抽汽供热项目厂内换热首站

据吴放先容,可覆盖核电厂周边100公里范围的单台机组3000万平方米供热研究也在推进中,远期目标是供热能力达到2亿平方米。

海阳市丰源热力有限企业董事长赵新2019年曾对澎湃资讯称,核能供热覆盖整个海阳地区450万平方米供热面积后,可以替代当地400多蒸吨的供热燃煤锅炉。

对于近年来减煤压力颇大的山东省而言,意义不言而喻。据丰源热力测算,核能供热项目在此前两个供暖季对外供热累计约58.2万GJ,节省原煤3.2万吨。覆盖450万平方米后,预计每个供暖季节约原煤10万吨,减排二氧化碳18万吨。

国内目前多种供热方式并存,经济性是决定核能供热与其他能源品类供热相比市场竞争力几何的关键所在。对此,国家能源局组织独立第三方对海阳核电抽汽供热运行情况进行了评估,结论是“清洁、安全、稳定、高效,在技术上取得了核能利用效率的提升,经济上具备了与燃煤供热持平的竞争力,具有大规模推广应用价值。”

吴放也表示,核电厂热电联产在经济性竞争力上可以和大型燃煤电厂热电联产相持平,从实施效果来看,海阳核电抽汽供热实现了“居民用暖价格不增加、政府财政负担不增长、热力企业利益不受损、核电企业经营做贡献、生态环保效益大提升”等多重效果。

多方共赢背后是对核电站能量阶梯利用挖潜。据先容,1台百万千瓦核电机组只要抽出已经发过部分电的五分之一的蒸汽,就可以满足一个百万人口城市的居民用暖需求。70万平方米供热项目实施以后,海阳核电全厂热效率由36.69%提升为37.17%;450万平方米供热项目投运以后,核电厂循环热效率将进一步提高到39.94%。

海水淡化:缓解胶东淡水瓶颈

山东是我国北方严重缺水省份之一,人均水资源占有量仅为全国水平的1/6。尤其是胶东半岛,淡水资源短缺危机隐现。向海取水、海水淡化已被列为该省解决缺水问题的重要手段。

沿海核电站对海水淡化有小规模运行基础和经验,主要用于解决核电厂内部淡水供应问题。据中国能源报2020年10月报道,包括海阳核电在内,辽宁红沿河核电厂、福建宁德核电厂、浙江三门核电厂等均配套建设海水淡化项目,但彼时总规模不足6万吨/天。目前,国内海水淡化项目规模最大的是10万吨/天。

海阳核电已将目光转向大规模海水淡化。

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海阳核电站

澎湃资讯了解到,海阳核电厂区内8400吨/天的海水淡化项目已经建成投运5年,为厂区及员工宿舍区提供生产、生活淡水。2020年11月,海阳核电水热同传科技示范项目建成投运,为宿舍区内近2000人同时供热供水。该项目依托已有的海水淡化工程及供热设施,通过二级反渗透系统,对海水淡化水进行深度处理直至达到饮用水标准,同时,利用核电机组产生的热能,加热至85℃,再用一根管线将水和热同步输送到核电员工宿舍区,经水热分离装置进行水热分离,热量进入热力系统,放热后的水进入供水系统使用。

核能海水淡化会不会导致放射性安全问题?对此,吴放表示,海水淡化取用天然海水,核电厂仅为海水淡化提供电能和热能,利用反渗透膜或蒸发的方法,去除海水中的盐分和其他杂质,从而生产出满足饮用标准的淡水。

未来,山东核电企业将分阶段建成年产3000万吨至1亿吨淡水供应能力的海水淡化工程。其中,产能为10万吨/天的大型海水淡化工程一期项目已经完成可行性研究、环评等前期工作,待其他条件具备后将马上开工建设。产能为20万吨/天的大型海水淡化工程二期将在一期工程建成后2年内投产。“作为胶东半岛重要的战略储备水源,为地方供应高品质饮用水、工业用水或涵养生态,减少对引黄、引长水的依赖,间接减轻黄河非生态用水量。”吴放说道。

除了抽汽供热和海水淡化,山东核电企业还在推进大规模储热、储电、电解制氢等核能综合利用项目相关研究。

在上述模式中,核能与可再生能源的关系将从市场竞争关系变为相辅相成,风光核储打配合,由此降低能源综合成本。

比如,储热与核电、风电、光伏发电相结合,用于核电抽汽供热时的热量调蓄,消纳多余风电光伏发电来提高能源利用率,平抑电网波动,同时通过储热罐的电极锅炉作为核电抽汽供热的热备用。

山东核电企业拟为海阳450万平方米供暖配15000立方米的储热罐,设计容量为500MWh,即储热1800GJ。该项工作已完可行性研究,拟2021年开工,2022年建成;针对规划中的3000万平方米供热,拟建配套布置3-4个大型储热罐,容积30000立方米左右,计划在2023年至2024年建成;后续还将针对胶东半岛清洁供暖,拟建8个以上的大型储热罐辅助热源。


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