以核能多用途利用構建零碳新賽道
——以秦山核電核能供熱示范工程為例的探索與建議

孫震嘯，周 萍，鐘小波，徐 中

(中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300)

1 海鹽核能供熱示范工程實踐與亮點

核能具有清潔低碳、安全可靠、經濟高效等優勢，是推動經濟高質量發展、實現“碳達峰、碳中和”目標的重要支撐。浙江海鹽核能供熱示范工程是我國南方首個核能集中供熱項目，由秦山核電與浙江省海鹽縣合作推進，其一階段示范項目于2021年12月3日正式投運，實現惠及當地4000戶居民總計45.9萬m2集中供暖，助力海鹽縣打造“南方核能供熱示范窗口”，并獲得浙江省能源局授予的“浙江省核能綜合利用示范城市”殊榮(圖1)，相關經驗獲浙江省領導批示肯定。

圖1 浙江省核能綜合利用示范城市Fig.1 Demonstration city of comprehensive utilization of nuclear energy in Zhejiang Province

在一階段示范項目取得成功的基礎上，項目二階段將深入拓展核能多用途利用范圍，重點攻關核能供熱在工業場景的應用?？紤]產業需求和接入便利性，目前選取秦山街道的核電特色小鎮作為試點，為區域內首批9家工業用戶提供生產用熱，替代原有的天然氣等化石能源，實現余熱循環化利用和“減碳”雙目標，計劃今年三季度投運，有望成為全國首個建成投運的核能工業供熱示范項目。項目主要亮點是：

1.1 自主攻關挖掘核電余熱資源，節能減碳效益顯著

核燃料產生的熱能只有三分之一轉化成電能，其余能量最終傳導至冷卻水，以溫排水的形式排入大海，剩余的熱能就此流失。秦山核電技術人員經過多年自主科研攻關，在確保核電機組安全的前提下，提出了利用核電機組不涉核的二回路輔助蒸汽經多次換熱實現熱水循環集中供暖的方案。全過程僅消耗核電剩余熱功率，無新增能耗，大大減少化石能源和電力消耗。項目全面建成后，預計年供熱量可達170萬GJ，相當于每年可減少使用標煤5.8萬t，相應減排二氧化碳13.9萬t，二氧化硫4279t、氮氧化物2138t，將有效助力節能減排。

1.2 強化數字賦能，運用智慧化、模塊化技術確保安全供熱

以數字化為抓手，建設智慧管網、智慧“駕駛艙”(圖2)和熱力站，采用全自動PLC控制，可對熱源、換熱站、用戶端進行集中監測與遠程操控，確保核能供熱的安全性。換熱首站創新建成全國首臺模塊化核能供暖集成裝置，集工藝、電氣、儀控系統、建筑結構、消防、輻射監測等功能于一體，建造成本和工期比傳統模式節約50%以上。

圖2 智慧“駕駛艙”控制室Fig.2 Smart control room

1.3 夯實政企合作體制機制，促進地方經濟社會綠色低碳轉型升級

為高效推動這一項目，秦山核電與海鹽縣合作成立核能供熱工作專班和浙江零碳熱力有限責任公司，建立了“專班化推進+專業化運作”機制，自項目啟動至一階段投運，僅用時一年多，創造了政企合作的新速度。該項目可有效緩解地方能耗“雙控”壓力，促進產業轉型升級。對用熱企業而言，核能供熱提供經濟清潔的熱源，可減輕企業經營成本，實現降本增效。經初步測算，采用核能供熱后，核電小鎮首批工業用戶每年可節省15%的運營費用(約700萬元)。

2 核能多用途利用方面存在的問題及原因分析

2.1 核能供熱項目后續建設缺少專項規劃和地方標準的支撐

在示范項目取得突破后，核能供熱將進入快速發展時期，熱力管網設施建設將進一步鋪開。2021年修編的《海鹽縣集中供熱規劃(2021—2030年)》將秦山核電(綜合供能平臺)作為新增熱源點納入規劃，并交代了與現有熱源點的關系。但對于供熱管線如何布置并未交代，為做好與上位規劃的銜接并為下階段工程實施提供規劃選址依據，亟需編制核能供熱專項規劃指導項目建設有序開展。

此外，我國南方地區(核能)集中供熱尚未建立專門的技術規范和地方標準。供熱工程建設也與北方集中采暖區存在較大差異，如南方地下水位高，地下空間狹小，相關規劃、地下管線實施中未預留熱力管線的管位等，供熱管道選材、施工上也無明確技術標準，在一階段項目建設過程中已遇到此類問題。

2.2 核能多用途利用的維度存在明顯的局限性

理論上核能可實現供熱/冷、制氫、制壓縮空氣、海水淡化等多種用途，構建綜合供能平臺，實現工業領域的清潔能源置換，為出口型企業打破國際貿易碳交易稅壁壘提供解決方案。根據朗肯循環原理，核反應堆在冬季熱效率更高，在發電機銘牌功率固定的前提下，冬季具有相對富余的剩余熱功率，可用于中短距離熱水供應。當前實施的核能供熱示范工程就是基于此技術路線開展的，一級熱網出水溫度130 ℃，壓力1.6 MPa，可滿足生活采暖和低參數工業供熱。

但秦山核電基地所在的長三角地區，化工、紡織、紙業等傳統高耗能行業蒸汽需求量大，用熱參數較高，多數企業希望能提供180度以上的蒸汽。若通過抽取現有核電機組部分主蒸汽的方式進行供熱，將影響發電能力(據估算每提升4 MW供熱能力約損失1 MW發電能力)，而核電屬于基荷電源，現階段仍需優先保障電力供應和電網穩定性，暫不具備供應蒸汽的可行性。另外，用于核反應堆冷卻系統的大量溫排水現狀直接排入大海，這部分熱量也未能得到回收利用。

2.3 圍繞核能多用途利用的產業布局存在較大的優化空間

嘉興港區、海鹽經濟開發區和百步經濟開發區，作為區域工業主平臺，工業企業聚集度高、用熱需求大，但在空間上分別位于該縣東北和西北側，與位于南側的秦山核電基地距離都在25 km以上，供能管線建設成本很高。此外，秦山核電擁有國內唯一的2臺商用重水堆核電機組，在放射性同位素生產方面具有顯著優勢。核技術應用(同位素)產業是一項附加值高、市場空間大的產業，潛在市場規模高達萬億美元，是核產業經濟的新藍海。以充分發揮核能多用途利用的優勢為目標，縣內產業空間布局還需進一步梳理和優化。

3 針對核能多用途利用的對策建議

針對上述問題，以實現企地互利共贏、構建零碳發展新賽道為目標，分享以下幾點對策建議，其中部分建議已處于試點或研究階段。

3.1 盡快建立并出臺核能供熱管道設施專項規劃和地方標準

為確保項目按“統籌規劃，分步實施”的原則有序推進，建議盡快建立并出臺核能供熱管道設施專項規劃和地方標準。其中，《海鹽縣核能集中供熱管道設施專項規劃》已于2022年啟動編制，規劃覆蓋海鹽縣全域范圍，目標實現中心城區核能供熱管道設施全覆蓋，供熱主干線延伸至各鄉鎮，并兼顧民用、工業、農業多個領域。目前已完成規劃編制及專家評審，預計年內發布。

針對南方地區(核能)集中供熱缺乏相應技術規范和地方標準的問題，秦山核電與海鹽縣也已著手開展前期研究，擬結合項目建設實際經驗，搶抓先機，在全國范圍率先起草并制定核能供熱地方標準，以規范核能供熱施工、家裝(工裝)市場，保障核能供熱安全，為后續在其余地區推廣奠定基礎。

3.2 進一步拓展核能多用途利用的維度和深度

全國范圍來看，在新一代核能技術方面，山東榮成的高溫氣冷堆示范工程已于2021年12月并網發電，實現了我國第四代核電技術的突破。該堆型具備更高的固有安全特性，能夠提供溫度570 ℃，壓力13.9 MPa的過熱蒸汽，參數接近甚至超越常規火電機組，可滿足化工等行業不同壓力段的蒸汽需求(圖3)；以高溫氣冷堆耦合生物質制氫、熱化學制氫，可實現氫氣大規模生產的無碳化，為化工園區提供穩定的生產工藝用氫。經調研，高溫氣冷堆耦合壓水堆提供的綜合能源，可滿足絕大部分工業園區、現代農業等對電、熱、冷、氫的用能需求，是開展核能多用途利用、實現化石能源零碳替代的理想解決方案。今年以來，秦山核電與地方政府已啟動基于高溫堆技術的核能綜合利用課題研究，共同謀劃工業蒸汽應用等前瞻性項目。海南昌江正在建設全球首個陸上商用模塊化小型堆“玲龍一號”，擬開展海水淡化嘗試。中核“燕龍”泳池堆是未來實現大規模清潔供暖的先進堆型，據測算，一座400 MW的“燕龍”低溫供熱堆，供暖面積可達2000萬m2，覆蓋20萬個家庭，完全滿足中等規模城市的采暖需求。

圖3 高溫堆與化工行業匹配性Fig.3 Matching between high temperature reactor and chemical industry

另外，核電溫排水余熱溫度約30～50 ℃，這一溫度區間的熱量能否通過科研攻關進行收集并用于高附加值的現代農業、熱帶動植物養殖業等用熱參數較低的領域，也是打破現狀局限性，實現余熱梯度充分利用的一個方向，目前也在與相關企業及科研機構開展前期調研工作。

3.3 優化資源配置實現核電基地與關聯產業的共生耦合布局

早在2010年，浙江省與中核集團就提出在海鹽建設“中國核電城”，2015年中國核電城先行啟動區——秦山街道的核電小鎮被列入省級首批特色小鎮創建名單。至2021年底，小鎮已入駐企業314家，核關聯產業總產值達291億元，形成了核電運維、服務全過程產業鏈。在此基礎上，建議依托重水堆特性，大力發展核技術應用(同位素)產業，建設同位素研發、生產、加工、應用全產業鏈基地，引進國內外同位素制品及核藥、輻照改性新材料、輻照裝置等生產企業，結合輻射治療、康養等服務業，打造上下游一體、品種豐富的全國同位素產業示范基地，加快形成“核藥硅谷”。

針對現狀工業主平臺距離核電基地較遠的問題，一是結合正在編制的核能供熱管道設施專項規劃，尋求經濟可行最優化的供能路徑，盡可能避免對生態、城建風貌的破壞。二是建議優化區域重點用能企業空間布局，用熱需求大、能耗高的工業項目盡可能置換到核電基地附近產業園，提高聚集度和耦合度。此外，在秦山核電廠區內規劃建設的新型獨立儲能電站已成功入選浙江省“十四五”第一批新型儲能示范項目名單，后續可通過協同核能多用途利用、整縣光伏開發試點和新型儲能項目，圍繞核電基地建設零碳未來城(園)，形成獨具特色的“核能+光伏+儲能”共生互補型清潔能源基地，為“雙碳”目標下發揮“長三角一體化”示范效應，實現高質量發展構建零碳新賽道。