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积极发展核能供热 改善我国北方地区大气环境的建议

添加日期:2020-07-17

前言

由于我国广大的北方地区清洁取暖的比例低,特别是部分地区冬季大量使用散烧煤,大气污染物排放量大,导致大气污染物排放总量长期高位运行,空气中细颗粒物(PM2.5)浓度高居不下,雾霾天气日数多。我国目前北方地区冬季70%左右的城市空气质量达不到新的环境质量标准,雾霾天气频繁发生,对交通运输、人们日常生活、身体健康等均产生了严重影响,引起了社会公众广泛关注和强烈担忧。

核能作为一种安全高效、低碳清洁的能源,与煤炭等化石能源相比,不排放二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳和烟尘颗粒物,积极发展核能替代部分煤炭等化石能源,可以减少污染物的排放,减缓地球温室效应,改善大气环境。

1. 冬季燃煤取暖是造成北方城市群大气污染的主要因素

我国北方地区的取暖供热热源以热电联产和区域锅炉房为主,取暖使用能源以燃煤为主。随着居民冬季供暖需求的增加,冬季空气污染随之加剧。据统计,截至2016年底,我国北方地区城乡建筑取暖总面积约206亿平方米,燃煤取暖面积约占总取暖面积的83%,天然气、电、地热能、生物质能、太阳能、工业余热等合计约占17%,取暖用煤年消耗约4亿吨标煤,排放的二氧化碳约为10.48亿吨,二氧化硫340万吨、氮氧化物296万吨,粉尘排放2.72亿吨。

从地理气候条件来看,北方地区主要位于温带季风气候区,降水季节分配不均匀,冬季少雨,空气中更容易滞留漂浮颗粒物。北方昼夜温差较大,秋冬季时更易形成静稳天气,不利于污染物扩散。因其特殊的地理环境,加之静稳气象条件多发,污染物难以稀释和扩散,极易形成雾霾天气。

北方地区人口占比大,面积约占全国的20%,人口约占全国的40%,战略地位突出,严重的大气污染对人民群众身体健康和生态安全构成了重大威胁,已成为今后一个时期迫切需要解决的突出环境问题,寻找代替燃煤锅炉的新型清洁能源,优化能源结构,解决大气污染形势迫切。

此外,我国热电联产供暖占比明显提升,燃煤锅炉占比正在逐步下降,燃气锅炉和壁挂炉占比在提升。我国虽有丰富的工业余热资源,但是利用率不高。我国还正在积极推进地热供暖的发展,部分区域利用过剩的风电和光电推动电采暖,工业余热资源丰富,但利用率不高。污水、垃圾、生物质等可再生能源供热仍有较大发展空间。

2. 发展核能供热是落实低碳清洁能源战略、解决北方地区大气污染的有效策略

与传统热源相比,核能供热几乎不排放温室气体和传统意义上的污染物,是解决北方地区大气污染的有效途径(表1)。

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2.1 核能供热技术已经成熟、并安全可靠

核能供热在国内外均有成熟的运行经验。自1964年瑞典阿杰斯塔反应堆开始民用供热以来,全球共建设了200多座泳池式反应堆,积累了10000多堆年(反应堆正常运行一年)的安全运行实践。泳池式反应堆是一种成熟的技术,国内已建成10余座泳池式反应堆,累计安全运行近500堆年。2017年11月20日-27日,中国原子能科学研究院通过对已运行53年的泳池式反应堆进行改造,成功为该院共计约10000m2的两栋办公楼和一座厂房提供核能供热,并完成了168小时考验,效果良好并实现预期目标。在此基础上,中核集团专门针对北方城市供暖需求开发了一种安全经济、绿色环保的堆型产品“燕龙”泳池式反应堆,具备如下6个显著特点:

(1)固有安全性高,可切实消除大规模放射性释放,可贴近城市、靠近用户开展项目建设;

(2)运行无需大型水源要求、选址灵活,非常适合于在北方地区城市建造;

(3)放射性源项总量仅仅是百万千瓦级核电站放射性总量的1‰,反应堆“易退役”,厂址可恢复绿色复用;

(4)热网适应性好,能与城市现有供热管网实际需求与终端用户设备良好匹配,无需对现有用户侧的供暖设备进行改造和更换,供热距离可以达到30-50公里;

(5)在经济性方面优于燃气供暖,与燃煤、热电联产相当;

(6)一次装料,可连续5个供暖季运行,不存在燃气供热面临的运输和气量不足问题。

2.2 核能供热成本可控、价格具有竞争力

池式堆无压力壳和安全壳等复杂设备,系统简化、节省了土建投资,低温常压运行,降低设备技术要求和设备投资。池式堆在国内已有成熟的设计、建造和运行经验,可采用成熟的设备和操作简单的运行模式,降低前期研发经费和运行成本。经过初步投资估算和财务分析,总投资约15亿元的单堆(400MWt)工程可供热面积约1000-2000万平方米,建设周期3年以内,运行寿期可到60年,且全部设备能够实现自主化。在全年5个月的采暖期内,供热价约40元/GJ,与燃煤供热锅炉供热价和地热供热价相当,远低于80-100元/GJ的燃气供热价格,约135元/GJ的电供热价格。每年仅节约碳税和运输成本就达到3000万元。因此,核能供热具有较大的市场竞争力,可作为燃煤热电联产和集中供热的理想替代热源。

2.3 核能供热低碳清洁,社会效益显著

相对于化石能源供热,核能供热低碳、清洁,环保效益明显。一座400MW核能供热堆每年可替代32万吨燃煤或1.6亿立方米燃气,对比煤炭,可减少排放烟尘5000吨,减少灰渣5万吨,减少排放二氧化碳64万吨,减少排放二氧化硫5000吨,减少排放氮氧化物1600吨;对比天然气,可减少排放二氧化碳20万吨,减少排放氮氧化物800吨,减少烟尘排放31吨,而放射性物质排放仅为燃煤的2%左右。如能进一步统一核能供热堆的管网建设,做到冬季采暖、夏季供冷,则能带动核能供热和制冷等新兴产业发展,既能落实绿色低碳的能源发展战略,又可有效支撑城镇化建设,社会效益显著。

3. 推进核能供热在我国北方地区应用存在的问题及建议

核能供热技术虽已经成熟,但离在我国北方地区冬季取暖应用还存在一定差距,主要面临两个突出问题:一是核能在国家清洁取暖战略中尚未得到足够重视;二是我国北方地区还缺乏核能供热示范工程项目。为加快推进核能在我国北方地区冬季取暖中的应用、有效解决大气污染问题,提出如下建议:

(1)明确核能在国家清洁取暖中的战略定位

核能供热纳入国家清洁取暖战略规划后,要加快研究制定核能供热反应堆相关标准、安全要求和项目审批制度;国家和地方省市要加快出台核能供热指导意见,积极推进核能供热在我国北方城市清洁供暖体系中的布局,纳入城市清洁取暖规划。

(2)启动核能供热示范工程建设

建议在我国北方地区遴选试点地区,尽快启动2-3个核能供热示范工程建设。

(3)扶持核能供热产业

城市供热系公用事业,建议国家投入资金开展有关提高核能供热技术、效能和经济性等方面的研发工作,以及利用现有热网集中供冷的研发工作。在核供热价格及运行成本上,建议进一步发挥市场主体作用,鼓励民间资本参与,同时,政府制定相应的优惠政策,积极鼓励公众购买核能供热服务,促进核供热企业的健康发展。



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