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核能利用 不只是发电
时间:2023年05月15日 来源:经济参考报 作者:记者 王璐 实习生 祁航 点击量: 分享:

核能不只能发电,还可以供暖、供汽、制氢、海水淡化,甚至生产医用同位素用于治疗癌症……近年来,我国核能综合利用势头渐起,维度与广度进一步拓展。

《经济参考报》记者近日调研采访了解到,当前越来越多的核电企业将核能综合利用列为发展重点,正在加大投入、加速布局。中国核能行业协会发布的《中国核能发展报告(2023)》预计,核技术应用产业有望成为我国新的经济增长点。

核能供热加速扩围

驱车从浙江海盐县城出发,沿翁金线一路向南,行至秦山脚下,我国核电机组数量最多、堆型最丰富的秦山核电基地就坐落于此。

作为南方首个核能供热项目,浙江海盐核能供热示范工程正是利用该基地机组剩余热功率向海盐县公建设施、居民小区及工业园区供热。“居民供暖季已经结束,目前主要是给一些工业用户提供热量。”秦山核电科技创新处主任工程师张云华指着正在运行的设备向《经济参考报》记者介绍说。

据了解,自2021年12月3日正式投运以来,浙江海盐核能供热示范工程(一期)已顺利完成两个供暖季,4000余户居民享受到了和北方城市一样的“暖气自由”。同时,从2022年12月15日起,中国首个核能工业供热示范平台投用,目前已为6家工业企业提供热能供应保障。

按照规划,2025年该示范工程全面建成后,可以满足400万平方米供热需求。相对于南方地区用电取暖方式,每年可节约电能消耗1.96亿度,相当于每年可减少燃用标煤约2.46万吨、减排二氧化硫1817吨、氮氧化物908吨、二氧化碳5.9万吨,对海盐当地生态环境保护和节能降耗有着重要意义。

核能供热(包括供暖、供汽)是核能综合利用的最主要途径。目前,全世界400余台在运核反应堆中有超过1/10的机组已实现热电联供,且已累计安全运行约1000堆/年。

“我国‘十四五’发展规划中已明确提出积极稳妥开展核能供热等综合利用,现已取得积极成效。”中国核能行业协会专家委员会特邀顾问王炳华在日前召开的中国核能可持续发展论坛·2023年春季国际高峰会议上介绍称,山东海阳核电厂、浙江秦山核电厂、辽宁红沿河核电厂已实现559万平方米核能供暖,江苏田湾核电厂核能工业供汽改造正在有序推进。

安全性和经济性是包括供热在内的核能综合利用能否规模化发展的关键考量指标。

张云华解释说,核能供热是由核电机组产生的热能,通过多道热闭式循环送至用户,这一过程中只有热量交换,没有介质交换,同时通过回路压差设计、设置高精度监测装置等措施,确保核能供热安全可靠。

从经济性来看,根据中国核能行业协会等开展的联合调研,核能供热成本与燃煤供热相当,较燃气供热具有优势。而且,通过直接利用热能,核能利用效率也将得到提高。核能发电效率约37%,以海阳核电900MW供暖为例,供暖季机组效率可提升至56%左右。

在王炳华看来,核能供热具有清洁低碳、安全可靠的特点,经济性得到初步验证,“双碳”目标下具有广阔的市场空间。根据当前核电布局,利用北方地区已投运核电项目进行供暖,具备实现1.6亿平方米核能供暖能力;随着在建核电机组的建成投产,预计2030年,将具备3.2亿平方米核能供暖能力。

医用同位素国产化发力

核能综合利用,不只是清洁供暖、工业供热,还有医用同位素生产。

同位素主要通过反应堆辐照、加速器辐照、高放废液提取以及发声器制备等4种方式产生,在现代医学中应用广泛,在心脑血管、恶性肿瘤等重大疾病诊治中更是不可替代,预计到2030年国内市场规模将超千亿元。

“目前,我国医用同位素主要依赖进口,价格贵不说,供应还得不到保障。”秦山核电专项工程处重水堆研发科副科长樊申告诉《经济参考报》记者,与发达国家相比,我国无论医用同位素的种类还是批准上市的品种上都有很大差距。

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图为秦山核电基地。资料照片

面对这一难题,2021年国家原子能机构联合科技部等7部门正式发布《医用同位素中长期发展规划(2021-2035年)》(下称《规划》),这也是我国首个针对核技术在医疗卫生应用领域发布的纲领性文件。

政策暖风已来,作为拥有国内唯一商用重水堆核电机组的秦山核电,打造我国最大同位素生产基地成为其“十四五”期间“再创业”蓝图的重要增长极。

但同位素的生产并非易事,对此一直参与这项工作的樊申深有体会。“之前我国主要是5座研究堆进行医药同位素生产和制备,我们现在要在商用堆上开展,意味着需要把靶件材料放到高效运行的反应堆中接受辐照,但要确保安全,不能影响发电,可以说是没有经验可循,也没有技术积累,只能反复试验论证,一个一个攻克难题。”

2022年4月26日14时55分,透着银灰色光泽的全球首批商用堆碳-14同位素靶件材料,缓缓插入秦山核电的反应堆堆芯。两年后它与世人再见面时,中国人就将收获自主生产的碳-14同位素,提前超额完成《规划》任务。

“碳-14同位素在医学领域中应用十分广泛,如用于幽门螺旋杆菌检测等。秦山核电重水堆辐照生产碳-14同位素,具有中子通量高、稳定运行时间长、成本较低等优势,年产量可满足国内需求并有盈余,预计相关药品价格也会降下来。”樊申称。

与此同时,秦山核电已于去年底启动了首批商用堆钇-90玻璃微球生产靶件研制,该同位素主要用于肝癌、肿瘤靶向治疗,后续还将安排碘-131、锶-89等同位素的生产,将有力带动辐照加工、核特色医疗、核技术装备制造、核药制备、诊断医疗等同位素应用产业链发展。

《中国核能发展报告(2023)》指出,未来我国同位素及其制品将逐步实现自主化生产与供应;放射性药物的研制进程有望进一步加快,核医疗装备行业国产替代进程将不断加速。

核能综合利用空间广阔

业内人士认为,核能综合利用前景广阔,未来核能项目将从以往单一的供电向供暖、供汽、制氢、海水淡化、制冷等领域发展,核电企业也将成为综合性能源及产品服务商,助推新型商业模式涌现。

根据国际原子能机构《世界核电反应堆》报告,截至2021年底,全球有11个国家69台机组实现了区域供暖、工业供热、海水淡化等其中一项或两项的综合利用。

目前我国核电海水淡化为多个核电厂厂用水提供了保障,正在探索商业化核电海水淡化项目。海南昌江多用途模块式小堆示范工程已进入核岛安装阶段,在发电的同时还将为周边企业提供蒸汽及海水淡化服务;江苏、广东、贵州等多个省份正在规划和布局高温气冷堆、小型反应堆开展综合利用。

“在‘双碳’目标下,我们都在积极探索和挖掘核能新的作用,比如北方大面积的供热、海水淡化、工业供汽等等。”中国核动力研究设计院产业开发管理人员冀丽介绍说。

众多核电企业还在探索多能互补发展模式。“用电量具有波峰和波谷,但对核电站而言,核燃料不论发电与否都有损耗。因此,为了提升核电站发电效率,应对日益严峻的电网系统调峰压力,可以将核电与抽蓄相结合。核电站可以利用抽蓄水库的蓄能调峰能力,在用电低谷时将发出的电以抽蓄的方式蓄积起来,等到用电高峰时再借助水的势能来发电,达到能源的互补效应。”中核国电漳州能源有限公司工程计划处进度管理科副科长欧勋分析称。

在王炳华看来,核能制氢、海水淡化具有较好的市场空间,核能集中供冷具备技术可行性,但其进一步规模化发展取决于技术的进步与经济性的提升。

他预计,2030年,考虑1.1亿千瓦压水堆核电均具备制氢能力时(考虑反应堆额定功率30%用于制氢),可实现核能制氢年产量330万吨,能够满足全国一成的氢气需求;2060年,倘若热制氢、电热混合制氢及高温气冷堆技术取得突破,可实现核能制氢年产量900万吨以上。根据在建和已规划核能海淡项目测算,预计2025年中国核能海水淡化规模将达到21万吨/日;到2030年,将达到40万吨/日。(记者 王璐 实习生 祁航)


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