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摘要：核能具有無污染，能量密度高，無溫室氣體產(chǎn)生等優(yōu)點(diǎn)。合理、安全、有效地利用核能是我國未來新能源建設(shè)的一項(xiàng)重要課題。核能供熱作為對(duì)核能利用的一種有效方式，目前已在我國部分城市以試點(diǎn)工程項(xiàng)目形式開展，未來進(jìn)一步開展核能供熱，將對(duì)我國開展清潔供暖有重要的戰(zhàn)略意義。

關(guān)鍵詞：核能；核能供熱；清潔供暖

核能供熱作為一種新的供熱技術(shù)，目前已在我國北方某些城市以試點(diǎn)的形式采用。核能不但是清潔能源，而且它的燃料能量密度比普通化石燃料要高幾百萬倍，一座核電廠的燃料僅幾十噸，運(yùn)輸壓力非常低。相對(duì)于核電站，核能供熱所使用核燃料量更是小之又小，因此以核能為熱源是一種經(jīng)濟(jì)有效的供暖手段。

1核能與核能供熱

1.1核能的利用優(yōu)勢(shì)

核能又被稱為“原子能”。核能來源于原子核發(fā)生變化時(shí)的釋放。核能的獲得主要有兩種途徑，即重核裂變與輕核聚變，核能在民用領(lǐng)域的利用方式為裂變。如果有一個(gè)新產(chǎn)生的中子，再去轟擊另一個(gè)鈾-235原子核，便引起新的裂變，以此類推，這樣就使裂變反應(yīng)不斷地持續(xù)下去，這就是裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，在鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中，核能就連續(xù)不斷地釋放出來。它是取得核能的重要途徑之一。核能的利用有以下優(yōu)勢(shì)：(1)核能同常規(guī)化石燃料相比，不會(huì)產(chǎn)生污染物質(zhì)而排放到室外環(huán)境中，所以不會(huì)造成任何空氣的污染；(2)核能不會(huì)產(chǎn)生CO2等溫室氣體，不會(huì)繼續(xù)加重溫室效應(yīng)；(3)在核能所有的利用成本中，其燃料費(fèi)用占很低，不易受外界環(huán)境影響利用成本較其他化石燃料穩(wěn)定；(4)核燃料能量密度非常高，是常規(guī)化石燃料的幾百萬倍，因此核燃料的體積小，便于運(yùn)輸與存儲(chǔ)。

1.2核能供熱

核能供熱是以核能為熱源，并進(jìn)行城鎮(zhèn)集中供熱的一種方式。它是解決傳統(tǒng)供熱所帶來的污染、熱效率較低等問題的有效的形式。由于城市集中供熱所需要的熱水溫度較低，所以以現(xiàn)有的核技術(shù)可以完全滿足使用要求。當(dāng)下，核能供熱采用的主要形式為集中供熱專用一體化低溫供熱堆。這種堆的壓力在2MPa以下，經(jīng)過多級(jí)換熱，可以輸出滿足城市供熱一級(jí)網(wǎng)所需溫度的熱水。盡管采用核能，但是供熱用反應(yīng)堆的工作參數(shù)非常低，安全性好，因此可以完全滿足使用要求。核能供熱站由核島、供熱站和附屬配套設(shè)施三大部分組成：(1)核島包括整個(gè)熱能供應(yīng)系統(tǒng)以及相關(guān)的輔助系統(tǒng)和支持系統(tǒng)。主要由反應(yīng)堆廠房、核輔助廠房、常規(guī)輔助廠房組成；(2)供熱站主要包括廠房及廠房內(nèi)的換熱器等設(shè)備；(3)附屬配套設(shè)施指核島、供熱站以外的輔助構(gòu)筑物、系統(tǒng)或設(shè)備。

2核能供熱站的安全防護(hù)

核能利用的安全性是開展核能應(yīng)用的重要課題。核能供熱堆在設(shè)計(jì)時(shí)考慮了4道安全防護(hù)屏障，以保證供熱站對(duì)核能利用的安全性。第1道防護(hù)是燃料的芯塊：核裂變所產(chǎn)生的放射性物質(zhì)有98%以上滯留在二氧化鈾的陶瓷芯塊內(nèi)，保證核燃料無法外溢。第2道防護(hù)是燃料包殼：它是完全密閉的，并且里面有一定的空間，即使有氣體產(chǎn)生也密閉在包殼里面，而且鋯管的燃料棒可以承受一定的壓力，即使有大量的氣體釋放也無法使他開裂。第3道防護(hù)為一回路壓力邊界和壓力容器：由核燃料構(gòu)成的堆芯封閉在鋼制的壓力容器內(nèi)，壓力容器和整個(gè)一回路都是可以耐高壓的，以保證放射性的物質(zhì)無法泄露到反應(yīng)堆廠房內(nèi)。第4道防護(hù)是安全殼：即核供熱反應(yīng)堆的廠房，它將核反應(yīng)堆、冷卻劑系統(tǒng)的主要設(shè)備以及一些輔助設(shè)備、主要管道包容在內(nèi)，當(dāng)有事故（如地震、失水事故）發(fā)生時(shí)，它可以有效的阻止外逸的裂變產(chǎn)物泄漏。通過以上的防護(hù)措施，可以保證核能供熱站不會(huì)發(fā)生核泄漏，杜絕核泄漏的安全隱患。另外核供熱站的燃料濃度也較低，原子彈需要的是濃縮度為90%以上的高純度核燃料，而核能供熱站的核燃料的濃縮度僅在3%～5%左右，同原子彈相比核能供熱站的核燃料濃度根本不是一個(gè)數(shù)量級(jí)。由于核能供熱站燃料濃縮度非常低，燃料設(shè)計(jì)功率低、體積小，因此核能供熱站所采用的核燃料的濃度從根本上排除了發(fā)生核爆炸的可能。

3核能供熱站開發(fā)應(yīng)注意的問題

3.1廠址選擇

廠址盡量選擇人口密度相對(duì)較低，離大城市較遠(yuǎn)的地點(diǎn)。交通便利，無固定危險(xiǎn)源，對(duì)項(xiàng)目要做好廠址安全分析，環(huán)評(píng)，安評(píng)等工作，同時(shí)要重點(diǎn)關(guān)注公眾溝通與社會(huì)穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)分析等問題。

3.2核供熱堆安全

核供熱堆的安全性除了需要反應(yīng)堆固有的自身安全性以以外，還需要通過設(shè)置合適的保護(hù)系統(tǒng)、自控系統(tǒng)以及必要的安全設(shè)施。在所有的運(yùn)行工況下，最大限度地減少反應(yīng)堆內(nèi)的放射性物質(zhì)向環(huán)境內(nèi)釋放，保護(hù)公眾和核能供熱站工作人員免受過量輻射傷害，同時(shí)需要做好各種安全預(yù)案，保證事故發(fā)生時(shí)人員及財(cái)產(chǎn)安全。

3.3核設(shè)施廢物

核設(shè)施廢物最小化的原則在國際上已得到充分的重視，因此項(xiàng)目在設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行乃至退役等各個(gè)階段將積極考慮先進(jìn)的技術(shù)和管理方法，在廢物政策上落實(shí)最小化的原則。核供熱堆放射性廢物的體積和活度通過合理的設(shè)計(jì)手段和運(yùn)行、退役措施保持最低限度，這些措施包括設(shè)備材料的選擇和控制、材料的再循環(huán)和再利用、合理的運(yùn)行程序的應(yīng)用等，重點(diǎn)在于不同類型廢物和材料的隔離減少放射性廢物的體積并利于管理。廢物最小化需要從管理和技術(shù)安全兩方面進(jìn)行考慮。

3.4核能項(xiàng)目首堆經(jīng)濟(jì)性及夏季運(yùn)行問題及對(duì)策

核能供熱存在項(xiàng)目投資高，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性不高的問題。財(cái)務(wù)指標(biāo)較難能滿足內(nèi)部收益率要求。核能供熱項(xiàng)目，夏季無采暖負(fù)荷和制冷負(fù)荷，僅有不穩(wěn)定的工業(yè)用汽負(fù)荷，對(duì)核能項(xiàng)目的穩(wěn)定運(yùn)行是嚴(yán)峻的考驗(yàn)，同時(shí)由于用汽負(fù)荷較小，經(jīng)濟(jì)性不高，甚至存在停機(jī)危險(xiǎn)。針對(duì)核能項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性不高，夏季運(yùn)行困難等問題，可對(duì)核供熱開工建設(shè)的同時(shí)，建設(shè)生物質(zhì)發(fā)電廠。可將夏季核能供熱產(chǎn)生的剩余蒸汽輸送至生物質(zhì)熱電廠，生物質(zhì)鍋爐產(chǎn)生的發(fā)電主汽和核能供熱廠的多余工業(yè)用汽一起進(jìn)入汽輪機(jī)組進(jìn)行發(fā)電。通過這種耦合利用的方式，既解決了核能供熱廠多余工業(yè)用汽的消納問題，同時(shí)解決了核能供熱廠工業(yè)用汽負(fù)荷供應(yīng)的調(diào)節(jié)問題。

4結(jié)論

核能供暖雖然未在我國廣泛開展運(yùn)用，目前仍處于探索時(shí)期。該供暖方式同時(shí)存在首堆經(jīng)濟(jì)性不高及夏季運(yùn)行等問題。盡管如此，核能仍然是一種可有效地利用的供暖選擇，其清潔環(huán)保的優(yōu)勢(shì)是其它常規(guī)化石燃料所無法替代的，在我國的供暖市場(chǎng)有廣泛的開發(fā)與利用空間。

參考文獻(xiàn)

[1]汪映蓉.核電前期工作指南[M].北京:中國電力出版社,2012.

[2]汪映蓉.核電前期技術(shù)要點(diǎn)[M].北京:中國電力出版社,2014.

作者：李相通 單位：黑龍江省林業(yè)設(shè)計(jì)研究院