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硬“核”供热，温暖这个冬天
◎实习记者 裴宸纬
【资料图】
在核能供暖的整个过程中，只有“蒸汽加热水”和“水加热水”这两种模式，核电站与供暖用户间有多道回路进行物理隔离，回路间只有热量的传递，没有水的交换，也就不会有任何放射性物质进入到用户的暖气管道内。
吴放 国家电力投资集团有限公司山东核电有限公司党委书记、董事长
入冬后，我国北方各城市的供暖季如约而至，而山东省海阳市的供暖方式却与其他地方有所不同。前不久，国内最大的核能供热项目——“暖核一号”核能供热工程正式启动今冬明春供暖，为海阳市的20万居民送上了温暖。
此外，上个月，我国东北地区首个核能供暖项目——辽宁红沿河核电站核能供暖示范项目也开始正式投运供热，该项目可惠及当地近2万居民。
那么，到底什么是核能供暖？核能供暖相比传统供暖模式有何优势？核能供暖会带来辐射吗？针对上述问题，科技日报记者采访了相关专家，为您带来权威解读和专业科普。
以核能产生的蒸汽为热源
我国北方大多数地区都采取集中供暖方式，利用热电联产电站或各类燃煤、燃气锅炉对水进行加热或制造低压蒸汽，经换热站换热后，再将市政供热管网内被加热后的水送至千家万户。
其中，加热水或制造低压蒸汽的阶段被广大网友戏称为“烧开水”阶段。抛开设备、规模等方面的差别不谈，这一阶段和烧开水确实有不少相似之处。
想要“烧开水”，首先就要有热源。在家里要想把水烧开，可以用燃气灶或者电水壶。而在大规模供热中，想要高效率地把水“烧开”，则需要使用热值(表示燃料质量的重要指标)较高的煤炭、天然气或者发电厂的余热等。长期以来，我国北方地区集中供热的“功臣”主要是各类燃煤、燃气锅炉或火电机组，燃煤供热比重高达70%到80%。
传统供暖方式成本较低，但是会产生大量的温室气体。据清华大学建筑节能中心测算，2018年我国建筑运行碳排放量在21亿吨左右，约占全社会排放总量的20%。其中，我国北方城镇供暖能耗为2.12亿吨标煤、碳排放量约为5.5亿吨，这大约相当于2亿辆小轿车一年的碳排放量。
既然都是“烧开水”，为什么不能用更清洁的能源？
有人将目光投向了核能。相比于风能、太阳能等新能源，核能具有稳定性强、能量密度大等特点，是冬季供热的更优选择。
在许多人的印象当中，核能最直接的应用似乎是发电。事实上，核电站的发电原理和传统火电站是非常相似的，它也可以像火电站一样，做到热电联产，也就是既发电又供热。
核电站最常见的堆型之一是压水堆，这也是目前我国热电联产式核电站的主要堆形。该堆型就是把核反应堆用“高压锅”装起来，整个系统由若干个回路组成：其中一回路是核电站最核心的地方，相当于火电厂的锅炉，核裂变反应在这里发生以后，会产生非常多的热量，将高压水加热到300摄氏度以上。
二回路的水通过蒸汽发生器，吸收一回路中水蒸气的热量，使其变为饱和蒸汽，推动汽轮机做功之后冷凝变成水，继续进行封闭循环。
如果需要供热，就在原有核电机组的基础上进行改造，将其改造为热电联产式核能供暖机组。启动供热后，就从机组抽取部分蒸汽进入热网加热器，加热三回路的水完成“汽—水”热交换，三回路的水在热力公司加热四回路的水完成“水—水”热交换，这样的操作还可以持续到五回路甚至更多。最终输出的水，就成为传导到居民家中的“供暖水”了。
“‘暖核一号’核能供热工程就是从核电机组抽取蒸汽作为热源，在物理隔绝的情况下，进行多次热量交换，最终通过市政供热管网将热量送到用户家中。”国家电力投资集团有限公司山东核电有限公司(以下简称国家电投山东核电)党委书记、董事长吴放解释道。
2019年，“暖核一号”一期3.15万千瓦核能供热工程投运；2021年，“暖核一号”二期20.25万千瓦核能供热工程投运，助力海阳市成为全国首个“零碳”供暖城市。吴放说，“暖核一号”二期核能供热工程正式供暖后，首个供暖季节约原煤约18万吨，减排二氧化碳约33万吨、烟尘1243吨、氮氧化物2021吨、二氧化硫2138吨；同时，海阳市居民住宅取暖费每建筑平方米较核能供热前下调了一元。
目前，“暖核一号”三期900兆瓦核能供热工程正在按计划稳步推进，计划于2023年底供暖季投运，届时将实现跨区域供热，供热面积可达3000万平方米，能满足约100万人口的取暖需求，同时可替代原煤消耗90万吨、减排二氧化碳165万吨。
只有热量的传递、没有水的交换
虽然核能供暖好处多多，但是在现实生活中，一些人谈核色变，尤其是在核能供暖的过程中，有人担心暖气管里的水是直接从核电厂加热后流出的，因而会有辐射。
那么，事实真是如此吗？
要想回答这个问题，首先要搞清楚一点，核能供暖不等于核供暖。目前，世界上没有任何一种技术，能够把核燃料直接拿来作为热源，都是要经过层层介质转换才能实现供暖。
“热电联产式核能供暖机组与一般的热电联产机组最大的不同，就在于前者代替了煤炭、天然气等化石能源燃烧，以核裂变方式产生热量。”吴放进一步表示，在核能供暖的整个过程中，只有“蒸汽加热水”和“水加热水”这两种模式，核电站与供暖用户间有多道回路进行物理隔离，回路间只有热量的传递，没有水的交换，也就不会有任何放射性物质进入到用户的暖气管道内。
说白了，使用核能供暖的居民，他们家里暖气管道内的热水，并不是直接从核电站里流出来的，而是经过层层换热后被“捂”热的水。核电站只是为供暖企业提供热源，并不直接负责向居民家里供热。
“除此之外，居民家中暖气管里的热水也只是在小区内部封闭循环，与核电厂层层隔离，没有任何接触，十分安全。”吴放总结道。
推广需解决技术、成本等难题
好处多多的核能供暖，其实并非新概念。早在半个世纪前，北欧一些国家就已经有相关应用，还有的国家曾经兴建过核能供热反应堆，我国早在上世纪80年代也开展过相关研究工作。
那么，为什么直到近些年核能供暖才开始逐渐普及呢？
首先，建造一个热电联产式核能供暖机组需要解决较多的技术问题，一些技术问题的攻关难度很高。
除此之外，仅仅有了技术上的突破还远远不够。核电厂在改造施工的过程中，因其特殊性，施工的安全和技术难度极大；同时，热电联产式核能供暖机组由于需要大量冷水进行冷却，不适宜在缺水的内陆地区进行修建。
另据行业内相关人士表示，若进行跨区域核能供暖，就会涉及到市政规划、管网铺设、热企衔接、费用核算等一系列问题，这些问题虽然不是技术性难题，但可能比攻克技术难题还要耗费功夫。
与此同时，核反应堆需要建在无人居住的海边，或者周围一定范围内没有人烟的区域，为了后期将热量进行传送，需要建设非常长的导热设施，那么热量在传导过程中的耗损有多大，目前尚需进一步研究。
面对种种难题，“暖核一号”的经验或许能够为全国热电联产式核电机组的建设运行提供借鉴。
“我们已经拥有‘园区级’(供热能力30兆瓦)辅汽供热模块、‘县域级’(供热能力200兆瓦)抽汽供热模块、‘区域级’(供热能力900兆瓦)大规模抽汽供热模块等多个技术标准化方案，这些方案可向全国进行复制推广。”吴放表示。