隆冬将至,核能供暖来了,你用得上吗

来源:《财经》杂志 2019-12-01 22:02:10

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核能供热成本低于燃煤锅炉,稳定且零排放,但受限于核电厂资源,目前无法深入内陆

文 |《财经》记者 韩舒淋 

编辑 | 马克

北方地区清洁供暖又有新选项。11月15日,中国首个核能商业供热项目在山东海阳投入运行。

根据山东核电公司发布的信息,山东海阳核能供热项目面向包括山东核电公司员工倒班宿舍、海阳30多个居民小区在内的70万平米供热,相当于替换约5台10吨的燃煤锅炉。据其测算,每年可节约2.32万吨标煤,减排222吨烟尘,382吨二氧化硫,362吨氮氧化物及6万吨二氧化碳。

此次投入运行的核能供热项目依托于山东海阳核电站,该核电站采用引进的AP1000三代核电技术,一期工程两台机组分别在2018年10月和2019年1月投运,单台机组装机容量125.3万千瓦。海阳核电也是国家电投旗下首个控股投运的核电站,该厂址规划建设6台核电机组,后续机组尚未获批开工。

隆冬将至,核能供暖来了,你用得上吗   

(海阳核电站全景。山东核电公司供图)

山东核电公司计划在一期供热项目投运的基础上,到2021年实现供热面积达到450万平米,届时可基本满足海阳市内的供热需求。到2023年实现供热范围覆盖到3000万平米。远期来看,若海阳规划的6台机组和荣城等其他山东厂址建设和规划的机组全部投产,国家电投计划实现对包括青岛、烟台、威海等大中城市的胶东半岛地区全部进行核能供热,其供热范围可以达到2亿平米。

核能如何供热

海阳核能供热方案的原理并不复杂,简单来看是已有核电机组通过技术改造实现了热电联产。

核电机组中,核燃料裂变核反应产生的热量通过一回路高温高压的水循环带出,将二回路水加热产生高温水蒸气,推动汽轮机组发电。核能供热的原理是抽取核电机组二回路高温蒸汽作为最初热源,在电站内的换热首站用高温蒸汽加热三回路管道中的水,运往 5公里外的热力公司换热站,然后再次通过换热器加热四回路原有热力管网中的水,最后通过小区的换热站进入居民家中,实现对原来该热力站覆盖的区域进行供热。

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(核能供热原理图。山东核电公司供图)

而在此前,热力管网中的水需要通过换热站的燃煤锅炉进行加热。换言之,核电站的核能加热产生的高温蒸汽替换了热力站原来的燃煤锅炉成为新的热源,实现了清洁供暖。《财经》记者在丰源热力公司临港分公司现场了解到,核能供热替换了原有的65吨燃煤锅炉,且被替换的燃煤锅炉才刚刚投运两年。

整个热量传输过程中,靠近核反应的一回路水循环和最终进入居民家中的五回路水循环都是封闭循环,彼此隔离,之间只有通过换热器进行的热量交换,因此,给居民加热的用户暖气管道中始终是封闭的没有放射性的水,确保了其安全性。

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(丰源热力站换热器。图/《财经》记者韩舒淋摄)

在全球范围内,核能供热并不罕见。英国、瑞士、俄罗斯等国都有核能供热的历史。而如海阳这种核电热电联产的方案在俄罗斯较为普遍。国家能源局副局长刘宝华在11月28日在海阳召开的专家研讨会上表示,世界上核能供暖主要集中在欧美高寒国家,累计运行超过1000堆年,没有发生任何安全方面的问题,成熟性、安全性、经济性已经得到充分验证。

海阳方案的最终落地,一个不可忽视的背景是,2016年12月的中央财经领导小组第十四次会议上,习近平强调了要推进北方地区清洁供暖。其后2017年12月,十部委共同编制的《北方地区冬季清洁取暖规划(2017-2021)》发布,规划中,核能也被列入清洁能源之一,提出研究探索核能供热,推动现役机组向周边供热,安全发展低温泳池堆供暖示范。

核能供热经济性几何 隆冬将至,核能供暖来了,你用得上吗   

(海阳核电厂内换热首站。山东核电公司供图)

经济性竞争力是核电供暖能否推广的重要因素,需要考虑相关技术改造和管输建设成本后,核能供热的价格与已有供热技术相比是否依然有竞争性。

另一方面,出于核应急的要求,核电站周围一定距离内的人口密度受到限制,因此,能否覆盖更广的人群,还要考虑热力管输距离和成本的因素。

具体在海阳项目上,关于经济性,山东核电公司董事长吴放对《财经》记者表示,核电热电联产在现阶段是有经济性的,供热原则是居民价格不增加,政府财政负担不增加,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。

吴放未透露给热力公司的具体供热价格,但表示经过测算,可以与火电热电联产供热在经济性上持平,当前卖给热力公司以热量计价,其价格低于燃煤锅炉供热。

丰源热力董事长赵新堆《财经》记者表示,目前双方有一个初步供热价格,项目今年是第一年投运,还会根据一个运行期的摸索,搜集数据由政府来核算出真实成本,确定后续供暖的价格。但是通过初步测算,其效益要明显高于传统燃煤锅炉。

需要指出的是,在当前海阳项目上,由于是直接抽取二回路蒸汽来供热,也就意味着一部分用于发电的蒸汽被用来发热,这会损失少许发电功率,但这部分蒸汽的综合利用效率较发电更高。

《财经》记者现场了解到,其机组二回路产生蒸汽共约6000多吨,目前抽取用来供热的蒸汽大约为40吨,相当于损失大约3兆瓦左右的发电功率。而未来海阳计划改用发电汽轮机组的乏汽作为热源,可以在不损失发电功率的情况下,实现更高的利用效率,这也需要对设备进行更多的改造。

总的来看,要实现核能供热,核电站的成本在于换热首站与电厂内管道建设和设备改造的成本。当前方案里,由于损失了部分发电效率,也构成了成本。

丰源热力公司的资料显示,按照供热面积达到450万平米计算,电厂热效率可从36.69%提搞3.25%至39.94%,结合热价、电价、环境效益、社会效益等多方面因素考虑,核能抽汽供热可以实现良好的经济效益。

更大的成本来自于热力管道。

从电厂至换热站之间的热力管道由热力公司负责建设。海阳方案中,这段长度5公里的管道投资为3000多万元。接受海阳核能供热的丰源热力董事长赵新表示,对企业来说,目前的投入和回报暂时不成正比,相信随着供热面积扩大,经济效益会逐步显示出来。

当前首批覆盖的70万平米供热范围中,其供热半径约为15公里,到2021年实现450万平米供热时,供热半径将扩大至30公里。中国建筑节能协会秘书长、北京建筑大学教授李德英对《财经》记者表示,当前的技术可以实现供热半径达到100公里,在使用优质的保温材料,施工质量有保障的情况下,百公里输送的热力损耗可以做到1%以内。

若以海阳核电为中心,100公里的半径就可以将供热范围覆盖至烟台市区和青岛市区的东部,其覆盖人口将显著扩大。

在管输成本方面,由于长距离热力管道需要更大直径的管道和更好的保温材料,其成本也更高一些。清华大学教授夏建军对《财经》记者表示,目前长距离热力管道成本均价约为每米1万元左右。

核能供热前景几何

过往北方地区的清洁供暖改造以煤改气和煤改电为主,这两种方案目前来看,都有取暖成本更高和不稳定的问题,此外也并未实现彻底的零碳排放。若以海阳的热电联产核能供热方案来比较,在经济性、可靠性和零排放上都更有优势。

但另一方面,核能供热受限于核电站的选址,在北方地区目前覆盖范围有限。海阳方案的意义在于,首次成功探索了对外商用核能供热。总的来看,它在山东的可复制性较强,但其他地区还需结合情况来具体判断。

目前国内大部分核电站位于南方,北方地区已经投运的核电站还有辽宁红沿河核电站,位于辽东半岛,以及江苏连云港核电站,位于江苏北部。

红沿河其实是国内首个实现核能供热的机组。据《财经》记者了解,地处更北的辽宁红沿河核电站,在2013年首台机组投运之后,就实现了厂区内的核能供热,其供热原理与海阳方案类似,也是抽取二回路蒸汽作为热源实现供热。但红沿河并未对外进行供热,而海阳通过与当地热力管网连通,成为了国内首个核能商业供热项目。

广核有关人士对《财经》记者分析,红沿河未对外供热的原因,一是厂址离人口密集区较远,距离附近两个居民聚集区瓦房店和长兴岛约为50公里左右,距离大连120市公里左右,管输和热损耗成本较大,而厂址附近的村民都是自取暖,缺乏热力管网,也用不上核能供暖;此外,瓦房店、大连有成熟的火电热电联产,远距离的核电供暖与之相比没有优势。

当前建成的另一个地处北方的核电站是连云港田湾核电站。在28日海阳召开的专家研讨会期间,一位连云港地方官员对《财经》记者表示,连云港地处黄河以南、淮河以北,是南北过渡地带,不属于强制集中供暖地区,目前连云港当地居民供暖以自己燃气取暖为主,市内并无大面积覆盖的统一热力管网;目前田湾核电的核能供热也在考虑,但目标用户以工业为主。

除开利用现役核电机组进行供热之外,业内还在探索利用小型反应堆进行供热。简单来看,除了热电联产,核能供热的另外两条技术路线是泳池式反应堆和壳式反应堆,都是针对供热专门设计的小型反应堆技术。

三大核电公司均已开展小堆供热技术的研发。中核开发了泳池式反应堆技术“燕龙一号”,初步定在徐大堡厂址进行开发,也在其他地区进行选址,该反应堆单堆功率为400兆瓦。

中广核和国家电投则分别开发了壳式小堆技术,单堆功率为200兆瓦,一个厂址布置两个反应堆。目前,中广核计划在河北中庄,国家电投计划在黑龙江佳木斯开开发小堆供热技术。

相比现役核电机组供热已经落地,国内小堆技术都正处在设计应用向工程验证过渡的阶段,真正落地还需时日。小堆的建设更加灵活,可以深入北方内陆,但成本是最大障碍。据《财经》记者了解,当前几种小堆供热技术的造价大约为十几亿元,初步测算的供热季供热价格不低于40元/GJ,折算至全年的经济性更差。因此,三家公司都希望小堆能不只用来给居民供热,还能实现为地方工业园区供热、海水淡化、工业制氢等多元化利用,尽力变得有经济可行性。

此外,公众接受程度也是需要面对的问题。海阳核电供热能够落地,与当地核电开发已有数十年历史,地方居民对核电比较熟悉分不开。而小堆需要开发新厂址,还存在公众接受的风险。

尽管小堆技术落地还需时日,但包括供热在内的核能综合利用正在逐步引起业内关注。在28日的专家研讨会上,刘宝华表示,请大家回去之后结合各自情况实际,分析当地核能综合利用潜力;刘宝华还表示,近期国家能源局会会同大家进行系统的梳理,争取在不久的将来推出一批核能综合利用项目。

韩舒淋 /文
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