多应用场景提供低碳高效能源
除了发电外，我国核电站还有哪些应用场景？
刘仕倡(华北电力大学核科学与工程学院副教授)：我国核电站主要分布在江苏、浙江、福建、广东等东南沿海地区，核电站的主要用途是发电，通过核反应堆产生热能，驱动涡轮发电机发电，为周边地区提供电力。在提供清洁电力的同时，核电站还有其他一些应用场景，为生产和生活提供低碳高效的能源保障。
一是工业供热和供汽。工业占我国能源消费总量的70%左右，是碳排放的重点产业。核电站的工业供热效率高，且不会产生大量的废气和污染物，可以为周边工业区提供稳定的供热、供汽服务，提高企业的经济效益。我国主要通过压水堆提供工业蒸汽。例如，中核集团秦山核电与浙江海盐县共同建设的核能工业供热项目，在2022年12月正式建成投用，是我国首个核能工业供热项目。中核集团田湾核电也启动核能供汽工程。高温气冷堆具有堆芯出口温度高的优势，也是未来工业供汽尤其是高品质供汽的主要路径。2021年，石岛湾高温气冷堆核电站示范工程首次并网发电，成为我国探索高温堆提供工业蒸汽、开展制氢的重要载体。模块化小堆如国家电投的“和美一号”、中广核集团和清华大学联合开发的NHR200-Ⅱ低温供热堆、中核集团“燕龙”泳池式低温供热堆等也能够提供清洁蒸汽，为高耗能产业提供脱碳方案。
二是清洁供暖。我国大约有三分之一的地区需要冬季采暖，采暖期达四至六个月。东北、华北和西北地区数百座大中型城市每年需要采暖供热的热功率高达几十万兆瓦，年耗煤数十亿吨，占总能源消耗的15%以上。核电站中核反应会产生大量的热能，这些热能可以转化为蒸汽或热水，通过管道输送到城市的供暖系统中，这种方式比传统的火电站、燃煤锅炉等供暖方式更为清洁、高效、可靠。无论是大堆还是小堆供热技术，在低碳供热领域都有广阔的应用前景。
大堆方面，我国南方地区首个核能供热项目浙江海盐核能工业供热示范工程在2021年12月正式投运，利用秦山核电基地机组冬季剩余热功率，在不影响机组原有发电量和安全性能的前提下，向海盐县公建设施、居民小区及工业园区提供大规模安全、零碳、经济的核能供暖，真正实现了当地居民、地方政府、核电企业及生态环保的多方共赢。经测算，项目全部建成后，每年可减少燃烧标煤2.46万吨，减排二氧化硫1817吨、氮氧化物908吨、二氧化碳5.9万吨。
小堆方面，中核集团自主研发的“燕龙”泳池式低温供热堆，是专门用于北方地区冬季居民取暖供热的反应堆型号，具有固有安全性高、热网适应性好、选址灵活等优势，一座40万千瓦的泳池堆可以为30多万人口供暖，每年可替代32万吨燃煤或1.6亿立方米燃气，减少排放烟尘5000吨，减少灰渣5万吨，减少排放二氧化碳64万吨，减少排放二氧化硫5000吨，减少排放氮氧化物1600吨，真正实现减污降碳协同效应。
三是海水淡化。海水淡化是指将海水中的盐分去除，使其变成可以饮用或用于灌溉的淡水，为周边地区提供淡水资源，解决水资源短缺问题，尤其适用于沿海地区。目前常用的海水淡化技术主要有三种，即多级闪蒸、低温多效蒸馏、反渗透。由于核电站能同时提供电能和蒸汽，以上三种技术都可与核电站耦合。一方面，通过利用现有在运核电站，配套建设海水淡化设施以热电联产模式运行。例如，山东海阳核电投运“水热同产同送”科技示范工程，将海水直接变成95摄氏度的高温高品质淡水；中核集团田湾核电在提供电力、工业蒸汽的同时，也在推进海水淡化工程；辽宁红沿河核电厂已实现利用核电站余热进行海水淡化，为核电机组提供冷却水，产能为10080立方米/天。另一方面，可研发建造适用于海水淡化等领域的多用途先进核能系统。先进核能系统因体积小、灵活性强、功率比大、适应性好、应用领域广等综合优势，在海水淡化领域前景广阔。我国一直紧跟世界前沿研发多用途先进核能系统，目前已成功研发“燕龙”“玲龙一号”等，适用于海水淡化、供热等领域。
四是核能制氢。利用核能可进行氢的大规模生产，并且具有不产生温室气体、以水为原料、高效率、大规模等优点，是未来氢气大规模供应的重要解决方案。高温气冷堆是我国拥有自主知识产权的第四代先进核能技术，具有安全性好、堆芯出口温度高等优势，其高温高压的特点与适合大规模制氢的热化学循环制氢技术十分匹配，被认为是最适合核能制氢的堆型，也是未来最有前景的核能制氢技术路线。2021年12月，全球首座球床模块式高温气冷堆核电站并网发电，该示范工程投产后，将进一步由单一的“电”向“氢、汽、水、热、电”五大细分目标市场进军，其温度参数也覆盖乙醇提纯、盐化工、石油化工、煤化工、制氢等领域绝大部分热源需求，将为“双碳”目标的实现提供综合能源解决方案。
确保安全是核电发展前提
核安全是核电发展的生命线。未来我国在安全有序发展核电方面应注意些什么？
赵成昆(中国核能行业协会专家委员会常务副主任、国家核安全局原局长)：截至2022年底，全球在运机组422台，总装机容量超过3.78亿千瓦，分布于世界32个国家或地区。全球在建核电机组57台，分布于18个国家和地区，总装机容量达5958万千瓦。
国际上主要核工业大国中，美国有92个可运行的反应堆，总装机容量9471.8万千瓦，核电发电量占比约为20%。法国有56个可运行的核反应堆，分布在沿海及内陆，核电发电量占70%左右。俄罗斯有37台可运行的反应堆，大部分位于西部地区，核电发电量占比约为20%。2011年福岛核事故后，日本关停了所有反应堆，近年来受能源供应紧张等因素影响，经监管部门批准已重新启动10余台反应堆，另有多台反应堆正在进行重启审批。
经过70余年的发展，美国在核能领域建立了完善的法律法规，形成了完整的核工业体系和强大的核科学与技术研发能力。但在三里岛核事故后，美国大量铀矿关闭，产能逐步萎缩，铀转化、核电建造能力均明显下降。近年来，美国重新恢复对核能发展的重视，《重塑美国核能竞争优势》报告将推动核燃料循环前端产业发展列为首要任务，实施国内铀储备，扩大核燃料供应，重视微堆研发，推动核能综合利用加快发展。
法国2022年出台“2030投资计划”，其中包括到2030年实现小型模块化反应堆技术示范和核电大规模制氢计划。俄罗斯拥有健全的核领域法律法规和明确的发展政策，以俄罗斯原子能公司为代表的俄罗斯核工业体系提供从铀资源开发到核废料处理的核电全生命周期服务，近年来在东欧、东亚以及中东国家先后启动了多个海外市场项目，并推动不同应用场景下的核反应堆开发。日本原子能机构于2021年恢复小型高温气冷堆的运行，2022年与三菱重工宣布将在此基础上建立一个示范性的制氢项目。同时，日本十分重视小型模块化反应堆领域的发展。日本原子能机构、三菱重工和三菱快堆系统公司正在与美国泰拉能源公司合作开发钠冷快堆。
从国际核电发展看，历次核事故的发生让各国更加深刻认识到核安全的重要性。如今，世界主要核电大国正积极研发第四代核电技术，进一步提升核电的安全性和经济性。目前，我国核电布局不均衡，在运在建核电机组全部分布在沿海地区，核电厂址较为稀缺，而且核电发电量占总发电量的比重低于当前10%的世界平均水平，与发达国家相比仍有较大差距。
在“双碳”目标下，随着核电规模发展，天然铀的需求量及乏燃料、放射性废物的产生量将持续增加。按照2035年在运压水堆规模达到1.5亿千瓦预测，年天然铀需求量将达到3万吨，乏燃料年产生量约0.3万吨。另外，一座百万千瓦级压水堆运行60年，需天然铀约1万吨，1.5亿核电装机全寿命周期需天然铀约150万吨。因此，进一步完善我国天然铀的保障能力是实现核电可持续发展的关键。
我国拥有相对完整的核工业体系，基础研究能力也不断加强，并自主研发了三代核电技术“华龙一号”和“国和一号”。受限于整体工业水平及相关的专业基础能力，当前我国核电仍有部分关键设备、材料等还存在短板和弱项。此外，作为“热堆—快堆—聚变堆”技术发展路线的关键环节，快堆可以大幅度提高铀资源的利用率，减少高放废物，对提高核电的经济性、安全性具有重要意义。世界核能大国在发展快堆方面均投入大量人力物力，从基础研究、设施开发到示范工程，加大研发力度，并力争控制技术制高点。我国已开展钠冷快堆示范工程建设，正在研究更先进的一体化快堆核能系统，但离商业化规模应用仍有较大差距，在反应堆堆芯设计、干法后处理技术，以及金属燃料元件制造等方面需加大研发力度。除钠冷快堆以外，国内多家单位开展铅(铋)冷快堆研究，有关部门应加强引导形成合力，提高研发效率。
由于核能项目开发周期长，存在部分核电厂址的保护成本增加、厂址开发跨行政区域协调困难等问题。相关配套核设施选址及开发利用邻避效应突出，部分项目由于沟通不足、处理不当等原因被迫停建。应通过有效沟通和科普宣传，处理好利益相关方的关切，提高公众对核能的可接受度。
确保安全是核电积极有序高效发展的前提。我国已颁布放射性污染防治法、核安全法，但放射性废物管理、核事故赔偿及核电管理等涉及核领域的法律法规体系有待尽快完善。需要重视可能出现的各种风险挑战，贯彻“安全第一、预防为主、责任明确、严格管理、纵深防御、独立监管、安全保障”的安全工作原则。核电从业单位要始终重视核安全文化建设，并将其作为一项长期性、系统性、全局性重要工作，把核安全文化理念、价值观落实到规划、科研、设计、经营各个环节，保障我国核电安全可持续发展。
来源：经济日报
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