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核能供热的美好前景，加速了能源央企对其涉猎的步伐。然而，示范项目落地难却成为核能供热推广面临的最大阻力。
2017年11月28日，来自住建部、环保部、能源局、科工局、行业协会、高校、企业的各路人士齐聚一堂，将原本一幢不起眼的三层小楼——中国原子能科学研究院偏居一隅的游泳池式轻水反应堆厂房，围得水泄不通。
在低调服役半个世纪后，这个反应堆厂房因“燕龙”的横空出世，一下子热闹起来。
当天，中核集团正式宣布：泳池式轻水反应堆（简称49-2堆）安全供热满168个小时，具备为原子能院部分办公楼供热、功能演示及实操培训等能力。
同时发布的，还有能实现区域供热的“燕龙”泳池式低温供热堆。据测算，一座400MW的“燕龙”低温供热堆，供暖建筑面积可达约2000万平方米，相当于20万户三居室。
“利用核能进行区域供热能更有效改善我国能源结构，缓解日趋严重的能源供应紧张局面，希望中核集团对泳池式反应堆供热的技术进行充分论证，不放过任何技术关键细节，力争将核能供热技术的安全性、可靠性论证明白，用公众接受的语言向社会讲清楚。”环境保护部副部长、国家核安全局局长刘华评价说。
早在30年前即开展攻关研究并列为国家重点科研项目的核能供热项目，一度引发各方关注和重视，却始终未能迈出实质性一步。挑战之下，示范项目落地难成为核能供热推广面临的最大阻力。
当各省市试点纷纷趋之若鹜，难题能否得到化解？
热源紧缺
在今冬煤改气“失算”之后，部分地区热源紧缺又“卷土归来”。
在我国北方，每年冬季供暖是关系国计民生的大事，采暖范围遍布全国17个省、市、自治区，占国土面积的60%以上，采暖人口达7亿。
目前我国主要的供热方式为集中供热和分散供热两种主要方式。其中，集中供热的热源主要以热电联产和区域锅炉房为主，每年供暖消耗煤炭超过5亿吨，能源结构和产业升级形势严峻。
国家统计局最新数据显示，2015年供热用燃煤消耗量占国内原煤总产量的比例为4.62%。随着集中供热对分散供热的替代，供热用燃煤消耗量占比略有降低，但仍然能够维持在4%左右，特别是近年来雾霾天气的持续增多，环保问题日益加重，清洁供热能源的替代需求愈发强烈。
“随着城镇化的进展，北方地区供热面积已经达到130多亿平方米，且以每年5%-10%的速度递增，很多地方都已面临热源紧缺问题。另一方面，我们也应看到北方地区主要的供热热源来自化石能源，33%源于直接燃煤，这也是造成北方地区雾霾一个非常重要的原因。”清华大学建筑学院建筑技术科学系教授夏建军分析。
不久前印发的《北方地区冬季清洁取暖规划（2017—2021）》提出，到2019年，北方地区清洁取暖率达到50%，替代散烧煤7400万吨。到2021年，北方地区清洁取暖率达到70%，替代散烧煤1.5亿吨。这些数字意味着未来几年，仍有大量的散烧煤和燃煤锅炉将被替代。
替代的方式是什么？在1月24日例行的国家能源局新闻发布会上，电力司副巡视员郭伟明确表示，清洁取暖并不是一刀切式的煤改电、煤改气，而是对煤炭、天然气、电、可再生能源等多种能源形式统筹谋划，他强调，“清洁取暖工作必须突出一个‘宜’字，宜气则气，宜电则电，宜煤则煤，宜可再生则可再生，宜余热则余热。”
“当前供热发展最大瓶颈是能源短缺，一方面是我们对燃煤供热能源的管控难以实现清洁，另一方面是面临天然气短缺的风险，核能供热无疑给供热行业带来了福音。”中国城镇供热协会副理事长、北京热力集团有限责任公司副总经理刘荣坦言。
事实上，核能供热并非是一个新的概念。早在半个世纪前，北欧就有民用核能供暖的核反应堆。苏联在勃列日涅夫时期，为了城市集中供暖的需要，也兴建过核能供热反应堆，并在部分社会主义国家得到应用。此外，德国、法国、瑞士、加拿大等国也都进行过核供热堆的研究与开发。
“核能供热的突出优势表现在低温供热上。因为核反应堆原理与锅炉燃烧原理完全不同，燃料燃烧必须保持炉膛的高温，供应低温热也不能降低。而核裂变反应可以发生在任何温度下，如果仅仅要求供应低温热，反应堆就可以工作在低温低压条件下，都可以简化反应堆结构，提高安全性和降低造价。这就是前些年许多国家纷纷投入力量，开展低温核供热研究的原因。”清华大学核能技术设计研究院教授田嘉夫分析。
在其看来，经济规模的用电和用热存在很大差别。“核电都是由核热转化而来，反应堆热能直接利用可以完全实现。但热是由热水或蒸汽传输，输送距离短、热网规模小；热负荷往往有季节性或间断性要求，负荷因子低；要求热源靠近热负荷中心；要求供热源有备份，满足高可靠性；而单位能量的热价又远低于电价；这是考虑核能供热时遇到的特殊难题。”
对此，中国工程院院士叶奇蓁在2017年11月11日召开的“2017核电产业链高峰论坛”上也明确指出：核电站热电联供应与低温供热堆相结合，可发挥各自优势，解决清洁供热问题，这一方案将“很有前途”。
在我国，核能供热反应堆研发的历史可追溯至上世纪80年代。1983年，清华大学原有的池式研究堆实现我国第首次核能低温供热实验；1984年，当时的国家科委批准在清华大学核能所建一座5MW的核供热试验堆；1986年起，低温核供热正式列为国家“七五”科技攻关项目；1989年，50MW低温核供热堆正式临界启动，之后一次成功完成72小时满功率连续运行实验。
值得关注的是，在技术层面，经过层层筛选，业内逐渐形成式供热堆和壳式供热堆池两种主流类型（详情见本刊2016年5月刊《核能供热产业化提速》一文）。其中池式供热堆以游泳池实验堆为原型，壳式供热堆由目前主流压水堆核电站技术演进而来。前者代表是中核集团刚刚发布的“燕龙”泳池式低温供热堆，而后者代表则是中广核集团的NHR200-II低温供热堆技术。
企业布局
核能供热正朝着前景更为广阔、竞逐更加充分的示范商业环节演进。然而，经过多年试错，布局企业面临的风险与机遇却愈发难以界定。
核供热反应堆“燕龙”的横空出世，使得中核集团率先在核能供热上获得突破。据悉，“燕龙”是中核集团在泳池式研究堆五十多年安全稳定运行的基础上，针对北方城市供暖需求开发的一种安全经济、绿色环保的堆型产品。
探其原理，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。热量通过两级交换传递给供热回路，再通过热网将热量输送给千家万户。
中核集团“燕龙”泳池式低温供热堆总设计师柯国土向《能源》记者介绍，池式低温供热堆选址灵活，内陆沿海均可，尤其适合北方内陆。反应堆寿命长达60年，与燃煤、热电联产相比具有经济可比性。
“与其他的化石能源供热相比，池式低温供热堆建设投资约是同规模燃煤锅炉的2至3倍，但运行成本远低于燃煤锅炉，且使用寿命达到60年，是燃煤锅炉的2至4倍。”中国科学院院士王乃彦分析。
在其看来，以低温供热堆替代核电厂和区域锅炉房热源承担城市基本热负荷，或将成为缓解化石能源环境污染的一种有效可行的方法。
与中核集团坚持采用二级单位中国原子能科学研究院的池式堆技术路线不同，中广核集团联合清华大学采用了“壳式堆”技术，并协同中国核建旗下的中核能源一同完成了NHR200-II技术工业供热、热电联供项目技术改造。
“目前，中广核正携手清华大学共同推进成熟的NHR200-II低温供热堆技术，推动示范项目落地。这项技术早在上世纪九十年代就通过了国家核安全局安全评审，在2016年国家能源局组织国内行业专家的小堆技术路线评审中排名第一，具有重要的推广价值和示范意义。”在1月23日举行的中广核2018年度新闻发布会上，中广核研究院副总经理郝志坚向《能源》记者透露。
据悉，中广核正在大力推动低温供热堆技术的市场开发。“低温供热堆具有安全性高、厂址适应性强、技术上可取消厂外应急等特点，可以靠近用户，建在城市周边、内陆偏远地区等厂址区域，从而使电、热、水、冷多种能源供应成为了可能。在实现批量化、模块化建造后，低温供热堆建造、部署时间将大大缩短，仅需要2-3年即可建成。”郝志坚说。
与此同时，三大核企最晚成立的国家电投也不甘落后，其自主研发的微压供热堆HAPPY200也于2017年完成总体方案迭代及优化，并进行了候选厂址的调研勘察。
事实上，早在2013年初，中核能源科技有限公司与中电投电力工程有限公司（现合并为“国家电投”）就联合总承包吉林白山核供热堆项目达成共识，双方随之正式签署《吉林白山核供热堆项目工程建设总承包联合体协议书》。
然而，此后数年，有望成为壳式一体化核供热堆技术的首个商业化示范项目的白山项目却迟迟未能落地。不仅如此，辽宁阜新、天津两市曾批准深水池核供热示范工程立项，沈阳市、哈尔滨也曾传将建我国首座核供热工程示范堆等消息，也均不了了之。
业内分析：国家政策和公众接受是多年来制约低温堆技术推广的关键因素，其次是市场需求、推广模式、资金投入等。
“对于核能供热的前景，我不是很看好。虽然当地政府一般很积极，但落地往往面对多重阻力。”在北京大学物理学院副教授雷奕安看来，核能供热推广受阻因素颇多，其中最大的问题正是安保隐患。
“核供热堆无法实施等同于核电站反应堆的安保标准，存在较大隐患，一旦有人搞破坏，产生的后果将无法接受。”雷奕安向《能源》记者分析。
试点之争
核能供热的美好前景，加速了能源央企对其涉猎，然而产融结合之路却异常艰难。30年前的阜新、珲春、天津等地选址不了了之，令一些产融结合者至今仍心存余悸。
“当时的市场时机不够成熟，并无碳减排及雾霾的环境压力，地方政府领导在最后一刻选择放弃。”中国电力发展促进会核能分会副会长兼秘书长田力在接受《能源》记者采访时分析，“重要技术设备也不成熟，如阜新项目放射性一回路的4个回路设计存在缺陷，板式换热器厂家并未取得核级资质。导致项目均未获得批准立项。”
然而，上述种种并不阻碍新一轮开拓者前进的步伐，尤以山东、河北、吉林三省为甚。
在山东，据烟台发改委核电办副主任张洁非介绍，山东核电项目将重点落在烟台，未来烟台还将建设国家级核电研发中心。
1月19日，中核集团与烟台市人民政府签署《海上清洁能源综合供给平台及泳池式低温供热堆项目合作协议》。这是中核集团自2017年正式发布“燕龙”以来首次牵手地方政府。
“中核集团海上清洁能源综合供给平台、燕龙泳池式低温供热堆已具备产业化能力。”签约仪式上，中核集团总经理、党组副书记余剑锋表示。
按照协议约定，双方将加速推进海上清洁能源综合供给平台及泳池式低温供热堆项目在烟台市开发和建设，打造烟台市国家军民融合示范项目，助推烟台市建设核电装备千亿级产业集群。
与此同时，选择北方大型核电站试点热电联供作为小型堆区域供热的过渡，青岛等城市也在积极探索。
据悉，青岛供热以燃煤锅炉和热电联产为主，供热面积达2.1亿平方米。根据青岛2014年清洁能源规划——“四改造、三开发、二替代、一建立”的总体工作思路，预计到2020年，供热面积达3.1亿平方米，其中20%海水源热泵，燃气20%，余热资源20%，其他采用热泵技术，却仍有6000万平方米的缺口。
“我们计划同海阳核电合作，（一期机组年发电170亿千瓦时，其中1/3热量用于发电）希望能回收剩余2/3的热量，使得余热利用技术存在对接的可能性。目前预可研工作已经展开，希望达成合作意向，并影响二期机组的建设，进行必要改造。”青岛市供热办主任喻立群介绍。
在其看来，通过试点，一方面可以验证核能热源与热力管网的耦合技术，另一方面积累核能区域供热应用的经验，增进民众对于核能区域供热的认知度和接受度。
《能源》记者注意到，青岛谋求“核电+供暖”的诉求并非全国个例。早在2017年2月17日，辽宁核电有限公司即向国家知识产权总局申报了“一种基于大型商用核电机组的热电联产方法”发明专利获得授权，成为我国第一个核电供暖专利。
“徐大堡核电项目地处我国东北地区，具备在我国率先开展核电供暖的优势。”此前，辽宁核电有限公司副总经理葛政法在接受中核集团内部媒体采访时透露，“目前，我国北方运行及在建的核电站均已电力生产为唯一目的，由于核电调峰的需求越来越大，所以有必要探索核电综合利用方案，在电力生产的同时兼顾民生问题。”
一边是积极打造“我国核电产业北方基地”的山东，另一边是谋求更多低温供热示范堆落户的河北。
这点，在2017年1月13日由中国电力发展促进会核能分会举办的“核能供热技术推广应用研讨会”上，即可看出。
彼时，来自河北承德、石家庄、邯郸、邢台、保定、秦皇岛等城市的代表踊跃发言，交流诉求。
邢台市发改委副主任陈石坦言，邢台市大气污染指数长期倒数第一，污染主要集中在冬天供暖，因此核供热在京津冀推广很重要，指标拥有较大吸引力。
“邢台市1.2万平方米，人口700多万，目前供热价26元/平方米，城市城镇化中集中供热呼声很高。”陈石说，“全国供暖最重要的方式，是在经济不是很发达的地区，通过产业政策给予支持，减少政府财政压力。建议京津冀地区应该多建几个示范堆。”
对此，石家庄供热管理中心主任刘文栋也坦言，石家庄市总供热面积1.6亿平方米，其中80%热电联产、20%区域锅炉（以天然气为主）。2016年11月之后，政府已经明确指出燃煤热源的削减是重要工作，寻找新的热源迫在眉睫。
“核能供热想在石家庄落地，需要国家政策大力支持，特别是优惠。如何做到不增加政府风险和财政负担，尤其重要。但目前来看，还没有成熟的项目。”刘文栋指出。
值得关注的是，在2017年9月河北省发改委印发的《河北省“十三五”电力发展规划》中，加快低温供热堆项目前期工作也被列为重点能源项目范畴。该规划明确指出：应结合城镇集中供热发展规划，积极利用国内先进可靠技术，在条件适宜地区，谋划布局一批低温供热堆项目，重点加快推进承德、邢台项目前期工作，争取列入国家首批示范。
“地方的需求是迫切的，关键是拍板的问题。”国核电力规划设计研究院高工林令之一语中的。
在其看来，中国北方被雾霾困扰、环境问题成为社会公众高度关注的当下，核能供热能否迈出关键步伐，不仅取决于公众恐核心理的消除，更有赖于政府的加强引导和规划，才能真正推动核能供热示范项目早日落地。
“微压堆HAPPY200，目前厂址选择正在进行中，计划率先在吉林推广，形成北方示范，用于冬季民用采暖以及粮食深加工等。”林令之说。
此外，据一位不愿具名的专家透露，由于国电投在吉林白山的项目多年未能迈出实质性一步，示范堆选址已经转而在吉林通化、公主岭、四平伊通等市县推进。
“不同企业提出不一样的方案，选址在不同地区，这从研究角度来说，必然如此。”雷奕安分析，“但要看到，核能供热依然面临退役和乏燃料处理等问题。即便应用前景广阔，地方政府积极扶持，但项目能否落地依然要看民意。”
作者：能源杂志
核能发电的论文 (2)
核能供热试点之争
