2020年9月22日，國家主席習(xí)近平在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上指出，中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。根據(jù)中共中央、國務(wù)院印發(fā)的《關(guān)于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》，到2025年、2030年和2060年，我國非化石能源消費比重分別達到20%左右、25%左右和80%以上。
碳排放交易的實行以及地方政府面臨的能源雙控政策壓力，清潔低碳轉(zhuǎn)型是能源領(lǐng)域的發(fā)展方向。集中供熱是我國消耗煤炭和產(chǎn)生碳排放的重要領(lǐng)域，在“雙碳”發(fā)展目標下也需要向清潔清潔供暖方向轉(zhuǎn)型。核能作為清潔低碳安全有效的能源形式，在集中供熱領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。發(fā)展核能供熱有助于推動能源綠色低碳發(fā)展戰(zhàn)略，實現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)升級，同時國家能源局也在試點運行。
我國集中供熱發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢
我國北方地區(qū)居民冬季取暖是重要的國計民生事項，黨中央、國務(wù)院多次對居民集中采暖做出重要批示指示。目前，全國需要采暖的省份有17個，占國土面積的60%以上，采暖人口達到7億以上。我國集中供暖的熱源以熱電聯(lián)產(chǎn)和區(qū)域鍋爐房為主，使用的燃料以煤炭為主，每年消耗煤炭數(shù)億噸。燃煤是導(dǎo)致華北地區(qū)冬季霧霾、拉閘限電、實現(xiàn)“雙碳”目標存在壓力的重要原因，亟需采用新型清潔能源替代燃煤取暖。
根據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)，2000-2020年中國城市集中供熱面積逐年增長。2000年我國城市集中供熱面積為11.10億平方米，2020年增長至98.82億平方米，年增長率高達10.41%。隨著我國農(nóng)村城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展和南方部分地區(qū)逐步實現(xiàn)冬季供暖，我國集中供熱面積還在不斷攀升，保守估計到2030年將達到150億平方米。
核能是當前較成熟的替代一次能源的能源形式之一，利用核能進行集中供熱已進行了大量的研究。與傳統(tǒng)熱源相比，核能供熱可以顯著減少污染物排放，供熱安全性有保障，將有效改善我國能源結(jié)構(gòu)，緩解日趨嚴重的能源供應(yīng)緊張局面，在保護環(huán)境、健康中國建設(shè)、“雙碳”目標實現(xiàn)以及緩解燃煤運輸壓力等方面具有積極意義。
核能供熱面臨重大機遇
國家支持核能供熱
(1)2016年，國家發(fā)展改革委和國家能源局聯(lián)合發(fā)布《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃(2016-2030年)》指出，到2050年，核能供熱具備規(guī)模建設(shè)條件。
(2)2017年，由十部委印發(fā)的《北方地區(qū)冬季清潔取暖規(guī)劃(2017-2021)》明確指出核能、地熱、太陽能等能源是清潔供暖的重要形式。
(3)2018年，國家能源局在《2018年能源工作指導(dǎo)意見》指出，積極研究推動北方地區(qū)核能供暖試點工作。
(4)2018年，國家能源局發(fā)布《北方地區(qū)核能供暖五年行動方案》(征求意見稿)，將核能供暖示范工程列為重點項目予以推進。
(5)2021年，國務(wù)院印發(fā)《2030年前碳達峰行動方案》指出，積極推動高溫氣冷堆、快堆、模塊化小型堆、海上浮動堆等先進堆型示范工程，開展核能綜合利用。
城市集中供暖面積快速發(fā)展
隨著我國城鎮(zhèn)化提速和城市建筑集中供暖面積的持續(xù)增加，為核能供熱提供了用戶環(huán)境。2020年，我國供熱面積為98.82億平方米，預(yù)計到2030年達到150億平方米。若增長面積的10%由核能供熱來提供，核能供熱面積將達到5.2億平方米，約相當于26-52個熱功率為400MWt的“燕龍”低溫供熱堆的供熱面積。
國內(nèi)已具有良好的核能供熱實踐
1981年，我國清華大學(xué)就提出了發(fā)展低溫供熱堆的倡議，1983-1984年完成泳池堆核能供熱實驗，取得滿意結(jié)果。1986年3月，清華大學(xué)開工建設(shè)5MWt低溫供熱堆，1989年12月滿功率運行，開始向5萬平方米的建筑物供熱，連續(xù)供暖100天，驗證了核能供熱的優(yōu)異性能。
2017年11月，中國原子能科學(xué)研究院啟動49-2泳池堆開展供熱演示，實現(xiàn)安全供熱滿168小時，具備為兩座辦公樓和49-2堆廠房總面積約1萬平方米的供熱能力，標志著我國在核能供熱技術(shù)領(lǐng)域的自主研發(fā)取得重要進展。
我國秦山核電站和海陽核電站已經(jīng)實現(xiàn)商用核電機組的區(qū)域供熱。2021年，秦山核電站完成我國南方地區(qū)首個核能供熱示范工程(一期)，供熱面積46萬平方米，為近4000戶居民供熱。2021年，海陽核電站為山東海陽市供熱面積達到450萬平米，為20萬居民海陽城區(qū)居民供熱，助力海陽城區(qū)成為國內(nèi)首個全部實現(xiàn)核能供熱的城市。
核能供熱概況
在冬季寒冷、供暖期長的北歐核電國家比較流行使用商用核電機組進行區(qū)域供熱，并具有成熟經(jīng)驗和豐富的商用經(jīng)驗。核能供熱主要有單一核能供熱和熱電聯(lián)產(chǎn)兩種方式。
單一核能供熱方式
單一核能供熱方式是指以主要以供熱為目的建造的低溫供熱核反應(yīng)堆，在供熱期內(nèi)主要以供熱方式運行，在非供熱期內(nèi)停運檢修，考慮經(jīng)濟性也可用于生產(chǎn)同位素等其他應(yīng)用。
中國、前蘇聯(lián)、加拿大、德國、瑞士、法國等國都對低溫核供熱堆進行了研發(fā)。加拿大熱功率為2MWt的SLOWPOKE-III(SDR)常壓池式供熱堆為建筑物進行了2年演示實驗。從上世紀60到80年代，我國和國外相關(guān)國家開始探索單一核能供熱問題，驗證了核能供熱的安全性與可靠性，并積累了大量的經(jīng)驗，未發(fā)生核安全和核事故。我國研發(fā)了“燕龍”、NHR-200 I、NHR-200 II、HAPPY 200等多種型號的低溫供熱堆。
由于當時考慮各國自然資源稟賦，不重視碳排放壓力，并且集中供熱本身需求就不大，相比價格較低的化石能源供熱，單一核能供熱當時在經(jīng)濟性方面并不占優(yōu)勢，且容易受到政治原因影響等因素的影響，因而沒有得到推廣應(yīng)用。
熱電聯(lián)產(chǎn)供熱方式
熱電聯(lián)產(chǎn)是指從大型核電機組的汽輪機或管道中抽取部分熱量，作為城市供熱的熱源。有的以發(fā)電為主、供熱為輔，有的以供熱為主、發(fā)電為輔。20世紀60-70年代，國際上就開始研發(fā)商用核電機組核能供熱，幾乎是與核電技術(shù)同時起步，至今已具有一定規(guī)模。
根據(jù)國際原子能機構(gòu)統(tǒng)計，2020年全球有59臺商用核電機組(占總數(shù)的13.3%)在發(fā)電的同時產(chǎn)生熱水或蒸汽用進行區(qū)域供熱，主要分布于寒冷的北歐和東歐國家，如俄羅斯、烏克蘭、瑞典。國外商用核電機組區(qū)域供熱達到2267萬吉焦，相當于供暖面積7847萬平方米。商用核電機組的核能供熱的安全性與可靠性已經(jīng)得到驗證，至今積累了超過1000堆·年的應(yīng)用經(jīng)驗。
2019年11月，海陽核電核能供熱項目一期工程正式投用，向70萬m2的7757住戶供熱，開創(chuàng)國內(nèi)核能商業(yè)供熱先河，被國家能源局授予“國家能源核能供熱商用示范工程”，海陽市也被授予“山東省核能綜合開發(fā)利用示范市”。2021年11月，海陽核能供熱二期項目投運，為海陽市整個城區(qū)450萬平方米的20萬居民供熱，海陽市成為全國首個“零碳”供暖城市。2021年11月10日，秦山核電站開始為4000戶居民供暖面積46萬平方米，為南方集中供熱項目起到了良好示范作用。
核能供熱的優(yōu)勢與產(chǎn)業(yè)化推廣情況
環(huán)保效益好
“燕龍”低溫供熱堆每年可替代32萬噸燃煤或1.6億m3天然氣，而每年消耗的核燃料僅大約2.5噸，消耗的核燃料與燃煤比大約為1:128000，極大地緩解了運輸壓力。同為功率為400MWt的核能供熱與燃煤鍋爐、燃氣鍋爐的環(huán)保效益比較如表1所示。
表1 功率為400MWt的不同熱源環(huán)保效益比較
商用核電機組進行居民區(qū)域供熱具有清潔、安全、穩(wěn)定、高效的優(yōu)良特性。秦山核能供熱項目全部建成后，具備150MW供熱能力，減少燃燒標煤約2.46萬噸，減排CO2約5.9萬噸。海陽核電核能供熱項目一期工程年節(jié)約標煤2.32萬噸，海陽核能供熱二期項目替代12臺燃煤鍋爐，年節(jié)約標煤10萬噸，減排二氧化碳24萬噸。海陽核電站8臺機組全部建成，供熱面積超過2億平方米，年節(jié)約標煤660萬噸。
核能供熱具有經(jīng)濟競爭性
單一供熱的低溫核供熱堆在運行4、5、6個月時，核能供熱價格分別為47元/吉焦、38元/吉焦和35元/吉焦。在供暖價格上，優(yōu)于燃氣供暖和采電供暖，可比燃煤供暖。秦山核電站一期核能供熱項目熱價同徐州燃煤熱價相同，同為熱價30元/平方米。海陽核電站核能供熱二期項目建成后，海陽城區(qū)的取暖費也下降了，從原有的22元/平方米降到21元/平方米，每平米下降1元，收取的取暖費總計1.113億元。隨著后續(xù)海陽核電站6臺機組建成投運，預(yù)計2030年最終供熱半徑達到100千米，年收取取暖費42億元。
核能供熱產(chǎn)業(yè)化推廣情況及趨勢分析
目前，國內(nèi)約約10個省份27個城市表達了對核能供熱的興趣，主要分布在冬季寒冷的北方地區(qū)和大氣污染嚴重的地區(qū)，如黑龍江、吉林、遼寧、內(nèi)蒙、河北、甘肅、陜西、山東、江蘇、貴州等省份。我國核能供熱具有較為廣闊的發(fā)展空間，尤其是在替代燃煤小鍋爐，推動清潔能源供熱等方面。我國北方內(nèi)陸地區(qū)建設(shè)低溫供熱堆已經(jīng)取得重要進展，沿海地區(qū)商用核電機組熱電聯(lián)產(chǎn)供熱活動取得優(yōu)良示范效果。
核能供熱發(fā)展面臨的問題
核能供熱技術(shù)雖已經(jīng)成熟，但是距離在我國北方地區(qū)冬季大規(guī)模取暖應(yīng)用還存在較大差距，主要原因有：
(1)經(jīng)過數(shù)十年的商業(yè)發(fā)展和試驗驗證，低溫供熱堆和商用核電機組進行區(qū)域集中供熱在技術(shù)上已經(jīng)沒有問題，但是公眾接受度成為影響產(chǎn)業(yè)推廣的重要障礙。
(2)核能在國家清潔取暖戰(zhàn)略中的地位尚未得到足夠重視，執(zhí)行力度不夠，雖然我國政府大力推動北方地區(qū)清潔供暖，但是相關(guān)政策僅對核能供熱進行概述性的介紹，缺乏明確的規(guī)劃和目標。
(3)相比我國東部地區(qū)的城市供熱需求，我國商用核電站和低溫供熱堆數(shù)量少、區(qū)域分布少，如東北地區(qū)只有紅沿河一座商用核電站在運，缺少在運的內(nèi)陸核電站，商用低溫供熱堆更是沒有建成。
(4)國內(nèi)缺乏核能供熱相關(guān)法規(guī)標準，亟需建立和完善一系列法規(guī)及標準，使核能供熱尤其是低溫供熱堆技術(shù)推廣工作有充分的法律基礎(chǔ)和標準支撐。
推動核能供熱發(fā)展的建議
為有效助力實現(xiàn)“雙碳”目標和環(huán)節(jié)“雙控”壓力，并開創(chuàng)核能產(chǎn)業(yè)發(fā)展新格局，建議及早試點并逐步推廣核能供熱替代然煤機組。
(1)加大科普宣傳，提高公眾的接受度
充分發(fā)揮各方資源優(yōu)勢，進一步推動核能科普和公眾溝通工作，積極利用多種媒體，加大科普宣傳力度，適時組織各界代表參觀沿海核電廠和原子能院49-2核能供熱演示堆，提高民眾對核能利用的認識，消除恐核心理。
(2)加強領(lǐng)導(dǎo)組織，編制規(guī)劃，積極推動核能供熱
建議成立核能供熱協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)機構(gòu)，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)核能供熱中的重大問題。將核能供熱納入城市供熱規(guī)劃，制定核能供熱五年計劃，明確核能作為基荷熱源的地位，做好管網(wǎng)對接工作，政府投入資金開展核能冬季供熱夏季供冷的研發(fā)工作。在核供熱價格及運行成本上，政府制定相應(yīng)的補貼等優(yōu)惠政策。
(3)及早開展低溫供熱堆示范試點工作
以低溫供熱示范工程為核心，組建核能供熱開發(fā)公司，選定地方示范區(qū)，確定用戶群體，以清華大學(xué)殼式堆和中核集團燕龍堆為突破口，盡早啟動示范項目建設(shè)。
(4)做好徐大堡和紅沿河等北方核電機組的供熱準備工作
秦山核電站和海陽核電站已經(jīng)在國內(nèi)起到了良好的商用核電機組核能供熱示范作用，中核集團應(yīng)在建設(shè)徐大堡核電站的同時，做好向葫蘆島市供熱的準備工作。
(5)完善核能供熱技術(shù)的相關(guān)法規(guī)和標準
國家有關(guān)政府部門牽頭，先關(guān)協(xié)會學(xué)會機構(gòu)組織，核行業(yè)積極配合參與，建立和完善核能供熱法規(guī)標準，使核能供熱在推廣過程中有充分的法規(guī)基礎(chǔ)和標準支撐。
