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摘要：核能具有無污染，能量密度高，無溫室氣體產生等優點。合理、安全、有效地利用核能是我國未來新能源建設的一項重要課題。核能供熱作為對核能利用的一種有效方式，目前已在我國部分城市以試點工程項目形式開展，未來進一步開展核能供熱，將對我國開展清潔供暖有重要的戰略意義。

關鍵詞：核能；核能供熱；清潔供暖

核能供熱作為一種新的供熱技術，目前已在我國北方某些城市以試點的形式采用。核能不但是清潔能源，而且它的燃料能量密度比普通化石燃料要高幾百萬倍，一座核電廠的燃料僅幾十噸，運輸壓力非常低。相對于核電站，核能供熱所使用核燃料量更是小之又小，因此以核能為熱源是一種經濟有效的供暖手段。

1核能與核能供熱

1.1核能的利用優勢

核能又被稱為“原子能”。核能來源于原子核發生變化時的釋放。核能的獲得主要有兩種途徑，即重核裂變與輕核聚變，核能在民用領域的利用方式為裂變。如果有一個新產生的中子，再去轟擊另一個鈾-235原子核，便引起新的裂變，以此類推，這樣就使裂變反應不斷地持續下去，這就是裂變鏈式反應，在鏈式反應中，核能就連續不斷地釋放出來。它是取得核能的重要途徑之一。核能的利用有以下優勢：(1)核能同常規化石燃料相比，不會產生污染物質而排放到室外環境中，所以不會造成任何空氣的污染；(2)核能不會產生CO2等溫室氣體，不會繼續加重溫室效應；(3)在核能所有的利用成本中，其燃料費用占很低，不易受外界環境影響利用成本較其他化石燃料穩定；(4)核燃料能量密度非常高，是常規化石燃料的幾百萬倍，因此核燃料的體積小，便于運輸與存儲。

1.2核能供熱

核能供熱是以核能為熱源，并進行城鎮集中供熱的一種方式。它是解決傳統供熱所帶來的污染、熱效率較低等問題的有效的形式。由于城市集中供熱所需要的熱水溫度較低，所以以現有的核技術可以完全滿足使用要求。當下，核能供熱采用的主要形式為集中供熱專用一體化低溫供熱堆。這種堆的壓力在2MPa以下，經過多級換熱，可以輸出滿足城市供熱一級網所需溫度的熱水。盡管采用核能，但是供熱用反應堆的工作參數非常低，安全性好，因此可以完全滿足使用要求。核能供熱站由核島、供熱站和附屬配套設施三大部分組成：(1)核島包括整個熱能供應系統以及相關的輔助系統和支持系統。主要由反應堆廠房、核輔助廠房、常規輔助廠房組成；(2)供熱站主要包括廠房及廠房內的換熱器等設備；(3)附屬配套設施指核島、供熱站以外的輔助構筑物、系統或設備。

2核能供熱站的安全防護

核能利用的安全性是開展核能應用的重要課題。核能供熱堆在設計時考慮了4道安全防護屏障，以保證供熱站對核能利用的安全性。第1道防護是燃料的芯塊：核裂變所產生的放射性物質有98%以上滯留在二氧化鈾的陶瓷芯塊內，保證核燃料無法外溢。第2道防護是燃料包殼：它是完全密閉的，并且里面有一定的空間，即使有氣體產生也密閉在包殼里面，而且鋯管的燃料棒可以承受一定的壓力，即使有大量的氣體釋放也無法使他開裂。第3道防護為一回路壓力邊界和壓力容器：由核燃料構成的堆芯封閉在鋼制的壓力容器內，壓力容器和整個一回路都是可以耐高壓的，以保證放射性的物質無法泄露到反應堆廠房內。第4道防護是安全殼：即核供熱反應堆的廠房，它將核反應堆、冷卻劑系統的主要設備以及一些輔助設備、主要管道包容在內，當有事故（如地震、失水事故）發生時，它可以有效的阻止外逸的裂變產物泄漏。通過以上的防護措施，可以保證核能供熱站不會發生核泄漏，杜絕核泄漏的安全隱患。另外核供熱站的燃料濃度也較低，原子彈需要的是濃縮度為90%以上的高純度核燃料，而核能供熱站的核燃料的濃縮度僅在3%～5%左右，同原子彈相比核能供熱站的核燃料濃度根本不是一個數量級。由于核能供熱站燃料濃縮度非常低，燃料設計功率低、體積小，因此核能供熱站所采用的核燃料的濃度從根本上排除了發生核爆炸的可能。

3核能供熱站開發應注意的問題

3.1廠址選擇

廠址盡量選擇人口密度相對較低，離大城市較遠的地點。交通便利，無固定危險源，對項目要做好廠址安全分析，環評，安評等工作，同時要重點關注公眾溝通與社會穩定性風險分析等問題。

3.2核供熱堆安全

核供熱堆的安全性除了需要反應堆固有的自身安全性以以外，還需要通過設置合適的保護系統、自控系統以及必要的安全設施。在所有的運行工況下，最大限度地減少反應堆內的放射性物質向環境內釋放，保護公眾和核能供熱站工作人員免受過量輻射傷害，同時需要做好各種安全預案，保證事故發生時人員及財產安全。

3.3核設施廢物

核設施廢物最小化的原則在國際上已得到充分的重視，因此項目在設計、建造、運行乃至退役等各個階段將積極考慮先進的技術和管理方法，在廢物政策上落實最小化的原則。核供熱堆放射性廢物的體積和活度通過合理的設計手段和運行、退役措施保持最低限度，這些措施包括設備材料的選擇和控制、材料的再循環和再利用、合理的運行程序的應用等，重點在于不同類型廢物和材料的隔離減少放射性廢物的體積并利于管理。廢物最小化需要從管理和技術安全兩方面進行考慮。

3.4核能項目首堆經濟性及夏季運行問題及對策

核能供熱存在項目投資高，運行經濟性不高的問題。財務指標較難能滿足內部收益率要求。核能供熱項目，夏季無采暖負荷和制冷負荷，僅有不穩定的工業用汽負荷，對核能項目的穩定運行是嚴峻的考驗，同時由于用汽負荷較小，經濟性不高，甚至存在停機危險。針對核能項目經濟性不高，夏季運行困難等問題，可對核供熱開工建設的同時，建設生物質發電廠。可將夏季核能供熱產生的剩余蒸汽輸送至生物質熱電廠，生物質鍋爐產生的發電主汽和核能供熱廠的多余工業用汽一起進入汽輪機組進行發電。通過這種耦合利用的方式，既解決了核能供熱廠多余工業用汽的消納問題，同時解決了核能供熱廠工業用汽負荷供應的調節問題。

4結論

核能供暖雖然未在我國廣泛開展運用，目前仍處于探索時期。該供暖方式同時存在首堆經濟性不高及夏季運行等問題。盡管如此，核能仍然是一種可有效地利用的供暖選擇，其清潔環保的優勢是其它常規化石燃料所無法替代的，在我國的供暖市場有廣泛的開發與利用空間。

參考文獻

[1]汪映蓉.核電前期工作指南[M].北京:中國電力出版社,2012.

[2]汪映蓉.核電前期技術要點[M].北京:中國電力出版社,2014.

作者：李相通 單位：黑龍江省林業設計研究院