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供暖新选择:中核集团发布在研世界最大供热核反应堆“燕龙”

2017-12-01 11:39:19

这个冬天,似乎格外寒冷。

11月28日,也是在北京,中核集团正式对外发布了我国自主研发的低温供热核反应堆型号和代号。截止到当天中国原子能科学研究院启动的供热演示项目——泳池式轻水反应堆(49-2堆)实现安全供热满168小时,为该院部分办公楼供热,面积约1万平方米。这标志着我国在核能供热技术领域的自主研发取得重要进展,为我国利用清洁能源供暖提供了新选择。

11月28日,在原子能院泳池式轻水反应堆(49-2堆)实现安全连续供热168小时之际,中核集团在京正式发布其自主研发、可用来实现区域供热的“燕龙”泳池式低温供热堆(DHR-400)。

核能供热,就是以核反应堆替代燃煤锅炉或燃气锅炉,为区域供热,被称为“不冒烟的锅炉”。

总设计师柯国土介绍,中核集团将泳池式低温供热堆型号、代号分别确定为“燕龙”和“DHR-400”。“DHR-400”意为区域供热反应堆,“400”指核反应堆热功率400MW(兆瓦),这是目前世界在研最大的供热核反应堆。

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。

核能供热并非新我国提出的新概念。早在上世纪60年代,世界上第一座实现民用核能供热的核电站——瑞典原型核动力反应堆Agesta实现连续供热十年。到了70年代,俄罗斯、保加利亚、瑞士、罗马尼亚等国就研发建造了很多核能供热系统,作为区域集中供热或工业供热热源,并积累了丰富的运行经验。同时,池式供热系统发展也拉开了大幕。

之后的80年代,加拿大建成的SLOWPOKE池式核供热堆为医院和学校供热,功率为2MW,堆芯出口温度为80摄氏度,瑞士也设计了一款深水池式供热堆。

1989年,清华大学建成了世界上首个专用的压力壳式的5MW水冷供热堆。针对不同用途,目前已开发出NHR200-I型和NHR200-II型两种型号的供热堆,前者用于城市供热、热法海水淡化工艺,后者主要用于工业蒸汽、热膜混合海水淡化工艺。

在我国核工业界,49-2泳池式轻水反应堆早已大名鼎鼎,它从1959年开始建造,1964年12月20日首次达到临界,是我国自行设计、建造的第一座反应堆,也是我国唯一一座运行寿期超过50年的反应堆,曾为我国“两弹一艇”研制做出了巨大贡献。作为工程材料的试验堆,49-2堆初期主要用于军民用的燃料元件考验,后期用于结构材料和燃料元件辐照考验、核仪器仪表辐照试验、放射性同位素生产、单晶硅中子掺杂、活化分析及运行人员培训等。

中国原子能科学研究院的资料显示,池式堆的堆芯位于水池底部,始终处于淹没状态;在任何事故下,依赖反应堆固有的负反馈特性可实现自动停堆。而且,停堆后不采取任何余热冷却手段,1800吨水可以确保20多天堆芯不裸露,实现“零堆熔”。而燃料包壳、堆水池、深埋地下和密封厂房等四道屏障,可有效隔离放射性。此外,废水收集系统的设置,可靠收集万一泄漏的放射性废液,确保不泄露到厂房外,实现“零排放”。尤其是,增设压力较高的隔离回路,确保放射性与热网隔离。

“燕龙”就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,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。

据悉,今年1月11日,中核集团向北京市人民政府提交了《关于中核集团在党建、核电走出去、核能减霾和科技创新等领域与北京市融合发展情况的报告》,在核能供热示范中提出泳池式低温供热堆。

3月13日,中核集团决定对泳池式低温供热堆项目立项、明确由中国原子能科学研究院牵头,利用49-2堆开展泳池式堆城市供热可行性研究及演示。

11月8日,国家核安全局批准49-2泳池式反应堆低温供热改造方案。

在过去一周内,这座供热反应堆所在的厂房和另外两座办公楼都实现了核能供热。

柯国土总师介绍,从各国发展核能供热的实践看,核能供热可分为两种方式,一种利用核电厂的乏汽供热,另一种是专用供热堆。而目前世界上应用最广泛的核能供热方式为热电联产,共有57座反应堆热电联供,占所有运行核电机组的10%,主要分布于寒冷的东欧。“核能区域供热的安全性和可靠性已经得到充分验证,至今累计了超过1000堆年的应用经验,未发生核安全相关的事件和事故。”

低温供热监控室

中核集团总经理钱智民说,作为泳池式低温供热堆“演示验证-示范工程-商业推广”三步走发展战略的第一步,49-2堆先后开展了供热工况的热工水力校核、供热回路及其控制系统改造等工作,而且经过168小时运行,效果良好,实现了预期目标。中核集团后续将继续开展供热参数影响、热网负荷变化等供热工况,对反应堆调节特性影响、核供热安全性和智能化控制系统的研究工作。这些基础研究成果将指导燕龙型号研发,为燕龙示范工的设计、建造、运行提供强有力的技术支撑。

“核能作为一种安全、清洁的能源,为我国冬季绿色供暖提供了新选择。”中国科学院王乃彦院士表示,作为一种技术成熟、安全性高的堆型,“燕龙”池式低温供热堆具有“零”排放、投资少等特点,占地面积小,选址灵活,内陆沿海均可,,厂址可以选在城市附近,非常适合北方内陆,反应堆退役后厂址还可实现绿色复用,而且供热堆使用寿命为60年,供热的性价比优于燃气,与燃煤也有经济可比性。

相关统计显示,池式供热堆的供热热价为40元/GJ,与燃煤供暖锅炉热价相当。一座400MW核能供热堆可供约2000万平方米建筑面积,每年替代32万吨燃煤,对比燃煤可减排烟尘3200吨、灰渣10万吨、二氧化碳52万吨、二氧化硫6000吨、氮氧化物2000吨。

在建设投资上,与其他化石能源供热相比,池式低温供热堆建设投资约是同等规模燃煤锅炉的2-3倍,但运行成本远低于燃煤锅炉,使用寿命60年,是燃煤锅炉的2-4倍。据初步计算表明,如果每年供暖时间为4个月,池式供热堆的经济性可以和燃煤锅炉相当。

据了解,此次中核推出的“燕龙”堆就计划在2018年底完成示范项目核准,2020年后在北方地区开展商业化推广。

观察者网综合中核集团官网、科技日报、中国能源报等报道

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来源:观察者网 | 责任编辑:梁福龙
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