核供熱堆安全性分析

武文奇

江蘇核電有限公司 江蘇連云港 222000

改革開放以來，中國在能源行業開始了飛速的發展，特別是進入二十一世紀以后，國內煤炭、石油和天然氣等新能源已在社會生活中普遍應用，中國也一躍成為世界最大的能源生產國。大力發展綠色低碳能源也成為了我國的能源發展戰略。[1]我國北方地區冬季嚴寒，近年來北方居民大部分使用燃煤或者燃氣進行供暖，這種供暖方式普遍造成碳排放量較大，氮氧化物及其他污染物排放較多，使得北方地區長期深受霧霾的困擾，是造成空氣污染的主要原因，并且嚴重危害了人們的日常出行安全及身體健康。為貫徹我國節能環保的國家政策，核能供熱作為一種新興的供暖方式逐漸在日常生活中嶄露頭角，該方式通過將核電機組中的核能轉化為熱能，對水進行加熱，使得二氧化碳及各類污染物均能實現零排放。另外，我國對核安全性文化也相當重視，國家已制定相關政策及法律法規，保證核能供暖所產生的各類物質的放射性不會對人體健康產生影響。因此低溫核供暖將成為解決我國城市集中供暖產生的嚴重空氣污染問題的主要舉措。

1 核供熱堆發展現狀

自從核能作為一種新興的新能源出現在大眾視野之后，其清潔、無污染的優點惹人矚目，近年來，人們除了開始進行核能發電之外，開始探尋核能供暖的新途徑。根據國際原子能機構發布的2017年版《世界核電反應堆》，截至2016年12月31日，在全球總計446臺在運核電機組中，有56臺機組采用熱電聯供方式在發電的同時進行區域供熱。

目前，核能供暖在國內尚未普及。2019年，山東海陽市依托海陽核電站啟動了我國首個核能供暖試點項目，供熱面積70萬平米，經測算，整個供暖季使當地減少燃煤使用2.32萬噸，減排煙塵282噸，二氧化硫382噸，氮氧化物362噸以及6萬噸二氧化碳。極大程度上實現了節能減排。據此看來，核能供暖趨勢不可阻擋。

2 低溫供熱堆的原理

目前較常見的低溫供熱類型為池式低溫供熱堆，其原理為以泳池結構為模型，設置一個常壓池式結構，把堆芯布置在水池底部，利用水深產生的壓力調節堆芯出口處冷卻劑的溫度，再經過兩次換熱把堆芯產生的熱量傳遞到供熱回路，利用現有的熱網對用戶供暖。

3 低溫供熱堆的安全性相關分析

我國自二十世紀九十年代以來，便陸續頒布了一系列核供熱堆的安全性法律法規、技術規范等相關文件。經國家認證，池式低溫供熱堆擁有安全性強、經濟性高即技術比較成熟等優勢。

低溫供熱堆固有的安全性較強，池式低溫供熱堆整個工作過程都處于低溫低壓環境下，所以他跟傳統的核電站的核反應堆有較大的區別。低溫供熱堆必須建立在離用戶較近的地方，但眾所周知，核輻射放射性較強，對人體的危害性較大，如若要建立在用戶密集的地方，則必須要排除其放射性泄露的可能性，保證公眾的健康。而池式低溫供熱堆本身就具有這方面的安全性保障。例如：

（1）反應堆的裝置以泳池為原型采用常壓池式結構，無論裝置是否在滿功率做功的情況下運行，裝置內都保持常壓穩定狀態，池內的水溫將永遠保持在平均溫度低于常壓下水的沸點溫度，即水不會沸騰。

（2）池式低溫供熱堆的堆芯處于水池底部被水覆蓋，如若遇到意外事故，可通過高溫差及低溫差所產生的自然循環及時停堆，不會導致堆芯裸露或熔化。

（3）整個水池都深埋地下，內有金屬里襯，外有鋼化保護膜，安全屏障較高，且具有較強的抗震性能。

為保證核能供熱的安全性，我國出現了很多研究員對此進行了模擬及實例性分析。如王大中進行的5MW供熱堆瞬態運行工況試驗：在核供熱堆穩定運行的工況下，階躍引入2mK的正反應性，供熱堆功率隨之上升，大約100s之后功率達到最大值，是最大功率值的1.18倍。由于溫度系數的負反饋，100s后堆功率下降，約半小時后趨向于穩定，該過程中所有參數均在安全范圍內。當供熱堆2MW運行工況時，仍能保持安全運行。結論表明，在反應性引入、極端事故發生時，5MW供熱堆能保證安全性。

池式低溫供熱堆的設計及建造不僅滿足國家頒布的安全法規和法律規范，而且其安全性能達到了全行業乃至國際認可的規范標準。所以這種安全性程度足以滿足日常生活中使用核能供暖的條件。既能保護環境，實現“綠水青山”的目標，又能滿足日常供暖需求。

4 結語

經實踐發現，核能供熱不僅有其固有的安全性及無污染性，而且經濟性較高。由于其整個工作過程中都處于低壓狀態，因此對外形設備的零件并沒有太高的要求，裝置所需的閥門、管道及壓力容器等都可使用相對比較便宜的品牌，以此來節約成本。

我國北方地區冬季嚴寒，目前仍處于以燃煤供暖為主，這種供暖方式普遍造成碳排放量較大，氮氧化物及其他污染物排放較多，使得北方地區長期深受霧霾的困擾，是造成空氣污染的主要原因，并且嚴重危害了人們的日常出行安全及身體健康。而核能供熱已經過國家一系列文件認證，具有安全性較高、無污染、經濟性較高等優勢。可以完美的解決傳統的燃煤供暖產生的碳排放量及各類污染物較多的問題，減緩北方地區的霧霾現象，使得人們出行安全和身體健康都得到了保障。總而言之，核能供暖的優勢是顯而易見的，不僅是在保護環境方面，而且在創造社會價值方面，都有著極其獨特的優勢。可以預見在未來幾年內，核能供暖將逐漸普及到社會生活中，雖然短時間內不能完全取代燃爐供暖，但其發展已是大勢所趨，值得所有人的期待。