積極發(fā)展核能供熱

改善我國北方地區(qū)大氣環(huán)境的建議

李言瑞  韓紹陽 汪永平 官思發(fā) 劉敏 陸浩然

（中國核科技信息與經(jīng)濟研究院，北京  100048）

 摘 要： 以化石能源為主的能源消費結(jié)構(gòu)，是導(dǎo)致我國北方地區(qū)大氣污染形勢嚴峻的主要誘因，冬季燃煤供熱帶來的大氣污染問題尤為突出。核能作為一種安全高效、低碳清潔的能源，不排放二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳和煙塵顆粒物，可以減少污染物的排放，減緩地球溫室效應(yīng)，改善大氣環(huán)境。本文探討了我國北方城市群大氣污染的主要因素，研究認為發(fā)展核能供熱是落實低碳清潔能源戰(zhàn)略解決北方地區(qū)大氣污染的有效策略，最后提出推進核能供熱在我國北方地區(qū)應(yīng)用存在的問題及政策建議。

關(guān)鍵詞： 核能供熱、清潔低碳、大氣污染、政策建議

前言

由于我國廣大的北方地區(qū)清潔取暖的比例低，特別是部分地區(qū)冬季大量使用散燒煤，大氣污染物排放量大，導(dǎo)致大氣污染物排放總量長期高位運行，空氣中細顆粒物（PM2.5）濃度高居不下，霧霾天氣日數(shù)多。我國目前北方地區(qū)冬季70%左右的城市空氣質(zhì)量達不到新的環(huán)境質(zhì)量標準，霧霾天氣頻繁發(fā)生，對交通運輸、人們?nèi)粘Ｉ?、身體健康等均產(chǎn)生了嚴重影響，引起了社會公眾廣泛關(guān)注和強烈擔(dān)憂。

核能作為一種安全高效、低碳清潔的能源，與煤炭等化石能源相比，不排放二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳和煙塵顆粒物，積極發(fā)展核能替代部分煤炭等化石能源，可以減少污染物的排放，減緩地球溫室效應(yīng)，改善大氣環(huán)境。

1. 冬季燃煤取暖是造成北方城市群大氣污染的主要因素

我國北方地區(qū)的取暖供熱熱源以熱電聯(lián)產(chǎn)和區(qū)域鍋爐房為主，取暖使用能源以燃煤為主。隨著居民冬季供暖需求的增加，冬季空氣污染隨之加劇。據(jù)統(tǒng)計，截至2016年底，我國北方地區(qū)城鄉(xiāng)建筑取暖總面積約206億平方米，燃煤取暖面積約占總?cè)∨娣e的83%，天然氣、電、地?zé)崮?、生物質(zhì)能、太陽能、工業(yè)余熱等合計約占17%，取暖用煤年消耗約4億噸標煤，排放的二氧化碳約為10.48億噸，二氧化硫340萬噸、氮氧化物296萬噸，粉塵排放2.72億噸。

從地理氣候條件來看，北方地區(qū)主要位于溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，降水季節(jié)分配不均勻，冬季少雨，空氣中更容易滯留漂浮顆粒物。北方晝夜溫差較大，秋冬季時更易形成靜穩(wěn)天氣，不利于污染物擴散。因其特殊的地理環(huán)境，加之靜穩(wěn)氣象條件多發(fā)，污染物難以稀釋和擴散，極易形成霧霾天氣。

北方地區(qū)人口占比大，面積約占全國的20%，人口約占全國的40%，戰(zhàn)略地位突出，嚴重的大氣污染對人民群眾身體健康和生態(tài)安全構(gòu)成了重大威脅，已成為今后一個時期迫切需要解決的突出環(huán)境問題，尋找代替燃煤鍋爐的新型清潔能源，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，解決大氣污染形勢迫切。

此外，我國熱電聯(lián)產(chǎn)供暖占比明顯提升，燃煤鍋爐占比正在逐步下降，燃氣鍋爐和壁掛爐占比在提升。我國雖有豐富的工業(yè)余熱資源，但是利用率不高。我國還正在積極推進地?zé)峁┡陌l(fā)展，部分區(qū)域利用過剩的風(fēng)電和光電推動電采暖，工業(yè)余熱資源豐富，但利用率不高。污水、垃圾、生物質(zhì)等可再生能源供熱仍有較大發(fā)展空間。

2. 發(fā)展核能供熱是落實低碳清潔能源戰(zhàn)略、解決北方地區(qū)大氣污染的有效策略

與傳統(tǒng)熱源相比，核能供熱幾乎不排放溫室氣體和傳統(tǒng)意義上的污染物，是解決北方地區(qū)大氣污染的有效途徑（表1）。

表1 核能供熱與其他熱源供熱的優(yōu)劣勢比較

2.1 核能供熱技術(shù)已經(jīng)成熟、并安全可靠

核能供熱在國內(nèi)外均有成熟的運行經(jīng)驗。自1964年瑞典阿杰斯塔反應(yīng)堆開始民用供熱以來，全球共建設(shè)了200多座泳池式反應(yīng)堆，積累了10000多堆年（反應(yīng)堆正常運行一年）的安全運行實踐。泳池式反應(yīng)堆是一種成熟的技術(shù)，國內(nèi)已建成10余座泳池式反應(yīng)堆，累計安全運行近500堆年。2017年11月20日-27日，中國原子能科學(xué)研究院通過對已運行53年的泳池式反應(yīng)堆進行改造，成功為該院共計約10000m²的兩棟辦公樓和一座廠房提供核能供熱，并完成了168小時考驗，效果良好并實現(xiàn)預(yù)期目標。在此基礎(chǔ)上，中核集團專門針對北方城市供暖需求開發(fā)了一種安全經(jīng)濟、綠色環(huán)保的堆型產(chǎn)品“燕龍”泳池式反應(yīng)堆，具備如下6個顯著特點：

（1）固有安全性高，可切實消除大規(guī)模放射性釋放，可貼近城市、靠近用戶開展項目建設(shè)；

（2）運行無需大型水源要求、選址靈活，非常適合于在北方地區(qū)城市建造；

（3）放射性源項總量僅僅是百萬千瓦級核電站放射性總量的1‰，反應(yīng)堆“易退役”，廠址可恢復(fù)綠色復(fù)用；

（4）熱網(wǎng)適應(yīng)性好，能與城市現(xiàn)有供熱管網(wǎng)實際需求與終端用戶設(shè)備良好匹配，無需對現(xiàn)有用戶側(cè)的供暖設(shè)備進行改造和更換，供熱距離可以達到30-50公里；

（5）在經(jīng)濟性方面優(yōu)于燃氣供暖，與燃煤、熱電聯(lián)產(chǎn)相當(dāng)；

（6）一次裝料，可連續(xù)5個供暖季運行，不存在燃氣供熱面臨的運輸和氣量不足問題。

2.2 核能供熱成本可控、價格具有競爭力

池式堆無壓力殼和安全殼等復(fù)雜設(shè)備，系統(tǒng)簡化、節(jié)省了土建投資，低溫常壓運行，降低設(shè)備技術(shù)要求和設(shè)備投資。池式堆在國內(nèi)已有成熟的設(shè)計、建造和運行經(jīng)驗，可采用成熟的設(shè)備和操作簡單的運行模式，降低前期研發(fā)經(jīng)費和運行成本。經(jīng)過初步投資估算和財務(wù)分析，總投資約15億元的單堆（400MWt）工程可供熱面積約1000-2000萬平方米，建設(shè)周期3年以內(nèi)，運行壽期可到60年，且全部設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)自主化。在全年5個月的采暖期內(nèi)，供熱價約40元/GJ，與燃煤供熱鍋爐供熱價和地?zé)峁醿r相當(dāng)，遠低于80-100元/GJ的燃氣供熱價格，約135元/GJ的電供熱價格。每年僅節(jié)約碳稅和運輸成本就達到3000萬元。因此，核能供熱具有較大的市場競爭力，可作為燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)和集中供熱的理想替代熱源。

2.3 核能供熱低碳清潔，社會效益顯著

相對于化石能源供熱，核能供熱低碳、清潔，環(huán)保效益明顯。一座400MW核能供熱堆每年可替代32萬噸燃煤或1.6億立方米燃氣，對比煤炭，可減少排放煙塵5000噸，減少灰渣5萬噸，減少排放二氧化碳64萬噸，減少排放二氧化硫5000噸，減少排放氮氧化物1600噸；對比天然氣，可減少排放二氧化碳20萬噸，減少排放氮氧化物800噸，減少煙塵排放31噸，而放射性物質(zhì)排放僅為燃煤的2%左右。如能進一步統(tǒng)一核能供熱堆的管網(wǎng)建設(shè)，做到冬季采暖、夏季供冷，則能帶動核能供熱和制冷等新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展，既能落實綠色低碳的能源發(fā)展戰(zhàn)略，又可有效支撐城鎮(zhèn)化建設(shè)，社會效益顯著。

3. 推進核能供熱在我國北方地區(qū)應(yīng)用存在的問題及建議

核能供熱技術(shù)雖已經(jīng)成熟，但離在我國北方地區(qū)冬季取暖應(yīng)用還存在一定差距，主要面臨兩個突出問題：一是核能在國家清潔取暖戰(zhàn)略中尚未得到足夠重視；二是我國北方地區(qū)還缺乏核能供熱示范工程項目。為加快推進核能在我國北方地區(qū)冬季取暖中的應(yīng)用、有效解決大氣污染問題，提出如下建議：

（1）明確核能在國家清潔取暖中的戰(zhàn)略定位。核能供熱納入國家清潔取暖戰(zhàn)略規(guī)劃后，要加快研究制定核能供熱反應(yīng)堆相關(guān)標準、安全要求和項目審批制度；國家和地方省市要加快出臺核能供熱指導(dǎo)意見，積極推進核能供熱在我國北方城市清潔供暖體系中的布局，納入城市清潔取暖規(guī)劃。

（2）啟動核能供熱示范工程建設(shè)

建議在我國北方地區(qū)遴選試點地區(qū)，盡快啟動2-3個核能供熱示范工程建設(shè)。

（3）扶持核能供熱產(chǎn)業(yè)。城市供熱系公用事業(yè)，建議國家投入資金開展有關(guān)提高核能供熱技術(shù)、效能和經(jīng)濟性等方面的研發(fā)工作，以及利用現(xiàn)有熱網(wǎng)集中供冷的研發(fā)工作。在核供熱價格及運行成本上，建議進一步發(fā)揮市場主體作用，鼓勵民間資本參與，同時，政府制定相應(yīng)的優(yōu)惠政策，積極鼓勵公眾購買核能供熱服務(wù)，促進核供熱企業(yè)的健康發(fā)展。