东北核能暖气，太强了
本文来自微信公众号：地球知识局 （ID：diqiuzhishiju），作者：正则灵均，校稿：朝乾，编辑：板栗，头图来自：视觉中国
说到集中供暖，北方的小伙伴可能再熟悉不过了。在他们的记忆里，许多年前，很多家属院都有自己的燃煤热水锅炉，给小区供暖。后来，国家为了节能环保，开始推行集中供暖，利用集中热源通过热网向周边地区的企业、居民提供生产和生活用热。
说到核电，许多小伙伴或许也不会太陌生。俯瞰我国像一张弓的大陆海岸线，分布于沿海八个省区的18个核电基地串珠成链，筑起了我国从核电大国向核电强国迈进的坚实底气。
核能作为清洁的可再生能源在中国未来的能源版图中具有举足轻重的地位
（中国商业运行中的核电厂分布）
可是，核电和集中供暖放在一起，或许会让许多人觉得新奇。
核能可以用来供暖？
2022年11月1日，作为东北地区首个核能供暖项目，辽宁红沿河核电站核能供暖示范项目正式投运供热，为当地近两万居民提供冬季取暖保障。
红沿河核电站是东北地区首座核电站，也是目前东北最大电力能源投资项目，共建设6台核电机组，总装机约671.3万千瓦，是目前国内在运装机容量最大的核电站。
红沿河核电6号机组于今年6月式实现商业运行，随着6号机组并网红沿河核电站已成为世界第三大核电站（红沿河核电站 图：en.cgnp.com.cn）
红沿河核电站核能供暖示范项目规划供热面积24.24万平方米，利用红沿河核电站汽轮机抽汽作为热源，替代红沿河镇原有的12个燃煤锅炉房，新建一次管网近10公里、二次管网5.7公里，换热站4座。
该项目投产后具有显著的环保效益，每年可以减少标煤消耗5726吨，减排二氧化碳1.41万吨、二氧化硫60余吨、灰渣2621吨。
红沿河核电站给居民送温暖的同时，也守护了红沿河镇的一片蓝天
（核能供暖项目一次管网安装现场 图：china-nea.cn）
你也许会有“刘姥姥初入赛博坦”的感觉，进而衍生出“核能还能用来供热？”“会不会暖气里面的水辐射超标？”等疑问甚至担忧。
毕竟在很多北方人的记忆里，热源一般为热电联产的热电厂、燃煤或燃气供热锅炉、工业余热等，和核电是八竿子打不着的。
然而，核能供暖并不是一项新技术。20世纪60年代，瑞典原型核动力反应堆Agesta建成投运，成为世界上第一个民用核能供热的核电站。
核能供暖拓展了核能应用的边界，让我们看见了核能更多的可能性
（Agesta 图：Arvid Nilsson，AB Atomenergi）
此后，多国开始利用核能供暖，目前全球在运的400余台核电机组中，有约十分之一已实现热电联供。
供热行业市场空间有多大？
近年来，我国城市供热行业规模稳步增长。据住建部、国家统计局数据显示，2012-2021年，我国城市供热总量从29.54亿吉焦增长至近42亿吉焦，年化增长率3.98%。
其中，蒸汽供热总量从5.16亿吉焦增至6.49亿吉焦，年化增长率2.57%；热水供热总量从24.38亿吉焦增至35.48亿吉焦，年化增长率4.26%。
一些开始供暖的南方城市也贡献了一些数据
随着我国城市化进程的快速推进，全国集中供热面积和供热管道里程也在逐年增长。根据我国住建部相关统计数据，至2021年末，我国集中供热面积已经达到106.03亿平方米，近十年来年均增长8.28%。
供热总面积的增长十分稳定，近似一条斜直线了
其中，山东和辽宁供热面积均已超过10亿平方米；我国集中供热管道长度也已经达到了42.6万公里（2020年），较2012年增长1.66倍。
在对追求美好生活动力的驱动下，这一数字还会继续增长
早期，我国北方地区供暖主要采用分布式供暖方式，主要热源是小型燃煤锅炉，能源消耗高，供暖效率低，同时也没有任何后处理装置，污染比较严重。? ?
为满足节能减排、绿色环保要求，国家开始大力推动集中式供暖，用热电联产与大型供暖锅炉作为热源，逐步淘汰小型燃煤锅炉。
我们都知道，燃煤锅炉参数越高，效率就越高。热电联产可以实现燃煤电站能量梯级利用，能源利用率更高，可以显著降低能源消耗，不过也只能覆盖到热电厂周边一定范围的区域。
对那些附近没有热电厂的区域，则采取建设大型供暖锅炉的方式进行供热，把本来散烧的煤炭集中起来，参数高了、跑冒滴漏少了，自然能效也就上去了。因此，我国集中供暖依靠的一次能源也主要是煤炭。
随着老百姓生活水平的提高，对供热的需求也会逐步增加，我国城市供热市场仍会维持较快的速度增长，有研究机构预测我国五年内供热总量或将超过50亿吉焦。
这就意味着，大概还有8亿吉焦的增长空间。那么，这8亿吉焦的增长靠什么顶上呢？
冬季供暖靠什么？
尽管煤是我国第一大一次能源，当下我们离不开煤炭、煤电，但是长远来看，要实现碳中和，煤炭势必会有一个减量的过程。
根据中央相关文件，在煤炭消费方面，我国将加快煤炭减量步伐，“十四五”时期严控煤炭消费增长，“十五五”时期逐步减少，逐步减少直至禁止煤炭散烧。
中国的减排承诺说到做到，这才是一个大国该有的担当
煤电方面，将统筹煤电发展和保供调峰，严格控制新增煤电项目，新建机组煤耗标准达到国际先进水平，有序淘汰煤电落后产能，加快现役机组节能升级和灵活性改造，积极推进供热改造，推动煤电向基础保障性和系统调节性电源并重转型。
煤电作为基础电源的地位现在还难以替代，清洁高效就是煤电的绿色转型
因此，未来新增供暖中，优先级最靠前的可能是利用周围燃煤电站的供热改造，让煤电机组在发电的同时，可以为周边工业企业和居民提供热能，最大程度推动能量梯级利用。
利用供热改造的电厂还是能贡献很多热量的
天然气作为较清洁低碳的化石能源，确实是个好东西，利用灵活、热值高、污染少。也成了欧洲清洁低碳转型的重要支撑能源。但此次俄乌冲突带来的欧洲天然气乱象，也让我们更加深入地认识到“饭碗握在自己手里”的重要性。
当前，我国天然气对外依存度已经到了45%，如果新增的供暖需求一股脑都用燃气发电或天然气能源站来供应的话，气从哪里来就会成为一个很紧迫的问题。一旦对外依存度过高，就很容易被人卡脖子，尤其是天然气应用基本上涉及到我国生产生活的各个方面。
天然气对外依存度与日俱增，寻找代替的能源就显得更为重要了
近1/6的天然气都用于发电与供热了
关于冬季供暖能源问题，根据去年1月8日召开的国常会，“要坚持宜煤则煤、宜电则电、宜气则气，持续做好群众取暖特别是北方地区取暖用能保障”。
也就是说，要尽量做好清洁低碳、成本可承受、资源可获得之间的平衡。生物质清洁供暖、地热供暖、低品位余热供暖、核电余热供暖都可以占得一席之地。
核电怎么供暖？
核能具有高效率和持久性强的特点。目前人类利用核能的途径包括两条：核裂变和核聚变。
核裂变已达到实用阶段，军事领域造出了原子弹，能源领域建造了众多核电站。而核聚变虽然在军事领域已造出了氢弹，但能源领域还处于科技攻关阶段，尚未取得商业化成功。
所以当前，核能发电主要是利用铀-235的核裂变链式反应释出大量的热能，利用这些热能将水变成水蒸气，再利用水蒸气推动汽轮机带动发电机发电。
热中子轰击U-235原子后，会放出2到4个中子，中子再去撞击其它铀原子，从而形成链式反应而自发裂变（图：IAEA）
乍一看，似乎和煤电厂很类似，主要区别在于“锅炉”不一样：煤电厂的锅炉就是燃煤锅炉，而核电厂的“锅炉”是核反应堆，专业的术语叫“核岛”，是指安全壳及其内部全部的设备或系统。
核反应堆产能比锅炉强很多，安全措施也和锅炉也不是一个级别的（图：wiki）
这个“安全壳”由预应力钢筋混凝土构成，还可以在预应力钢筋混凝土安全壳内增加一层钢制安全壳，这样就甚至能承受商用飞机的高速撞击。
堆芯是核岛中的核心，主要由燃料组件及控制棒驱动系统组成。核裂变链式反应会放出海量的热量，这些热量会被堆芯中的水所吸收，通过一回路流经蒸汽发生器，将热量交换给二回路中的水。
核裂变所释放的热量是十分惊人的，降温是控制核反应的极其重要的环节
（堆芯设计图 图：wiki）
二回路以后的流程与煤电厂是一样的，二回路中的水受热转化为一定参数的蒸汽，驱动汽轮机运转，带动发电机发电。
在这个过程中，一回路二回路的水是完全隔绝开的。为了安全起见，堆芯放置在钢制压力容器中，压力容器、一回路管道、主泵及蒸汽发生器都放置在安全壳中。
危险因素都被安全壳给“锁死了”（图：IAEA）
而核能供热，主要是从核电机组二回路抽取蒸汽作为热源，通过厂内换热首站、厂外换热站进行多级换热，最后经市政供热管网将热量传递至最终用户。其原理和煤电厂供热一样，都是余热利用。
核电站与供热用户间有多道回路进行隔离，每个回路间只有热量的传递，没有水的交换，所以居民大可不必担心辐射。
不仅零辐射而且还零碳，大家可放心使用（图：OECD）
在世界范围内，核能供暖已经有了广泛应用。从国内外核能供热实践看，核能供热的安全性、可靠性也得到了证明。
安全可靠的核热可不止供热那么简单，人类已经在想怎么从各种方面榨干核热的价值了（图：IAEA）
即便是在我国，红沿河核能供暖也不是我国在这个领域的首次尝试。此前，山东海阳和浙江海盐均已迈入“核能供暖时代”。
如2019年11月投运的如山东海阳核电厂的“暖核一号”供热项目，让海阳市成为了全国首个“零碳”供热城市，实现了当地民众、地方政府、热力公司、核电企业以及生态环保的多方共赢。
尽管核电不是可再生能源，但和风电、光伏这些新能源比，核能在稳定性上具备较大优势。随着国家先立后破推动“双碳”工作，核电作为清洁能源近年来受到越来越多的重视。
当前，我国在运核电机组装机位居世界第三，共计53台、5553万千瓦（美国在运9471.8万千瓦，位列第一；法国在运6137万千瓦，位列第二）。
中国核电装机容量增速虽时快时慢，但一直在保持增长
我国在建机组装机容量全球第一，共计23台、2419万千瓦，至2025年，投运核电装机将达到7000万千瓦左右，超过法国成为全球核电装机第二大国（当前法国在建机组仅有163万千瓦左右）。
不过，当前我国核电渗透率仍存在提升空间。目前，核电发电量占我国总发电量的比重不足5%，尽管呈现逐年增加的趋势，但仍低于新能源的占比，也显著低于许多发达国家的水平。
现在的低占比也展示了核能发展的巨大潜力，中国核电未来可期
国家能源局在《2022年能源工作指导意见》中提出，组织实施《核能集中供热及综合利用试点方案》，推进核能综合利用。而核能供热就属于核电的综合利用的范畴内。
按照规划，到2025年，我国核电运行装机容量要达到7000万千瓦左右。届时，也将由更多城市感受到来自核能的温暖。
数据来源：
1.国家统计局
2.住房和城乡建设部：《2021年中国城市建设状况公报》
3.世界核协会、
4.国际原子能机构
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