2020年9月22日，國家主席習近平在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上指出，中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。根據(jù)中共中央、國務院印發(fā)的《關于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》，到2025年、2030年和2060年，我國非化石能源消費比重分別達到20%左右、25%左右和80%以上。
碳排放交易的實行以及地方政府面臨的能源雙控政策壓力，清潔低碳轉型是能源領域的發(fā)展方向。集中供熱是我國消耗煤炭和產生碳排放的重要領域，在“雙碳”發(fā)展目標下也需要向清潔清潔供暖方向轉型。核能作為清潔低碳安全有效的能源形式，在集中供熱領域發(fā)揮重要作用。發(fā)展核能供熱有助于推動能源綠色低碳發(fā)展戰(zhàn)略，實現(xiàn)能源結構和產業(yè)升級，同時國家能源局也在試點運行。
我國集中供熱發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢
我國北方地區(qū)居民冬季取暖是重要的國計民生事項，黨中央、國務院多次對居民集中采暖做出重要批示指示。目前，全國需要采暖的省份有17個，占國土面積的60%以上，采暖人口達到7億以上。我國集中供暖的熱源以熱電聯(lián)產和區(qū)域鍋爐房為主，使用的燃料以煤炭為主，每年消耗煤炭數(shù)億噸。燃煤是導致華北地區(qū)冬季霧霾、拉閘限電、實現(xiàn)“雙碳”目標存在壓力的重要原因，亟需采用新型清潔能源替代燃煤取暖。
根據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)，2000-2020年中國城市集中供熱面積逐年增長。2000年我國城市集中供熱面積為11.10億平方米，2020年增長至98.82億平方米，年增長率高達10.41%。隨著我國農村城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展和南方部分地區(qū)逐步實現(xiàn)冬季供暖，我國集中供熱面積還在不斷攀升，保守估計到2030年將達到150億平方米。
核能是當前較成熟的替代一次能源的能源形式之一，利用核能進行集中供熱已進行了大量的研究。與傳統(tǒng)熱源相比，核能供熱可以顯著減少污染物排放，供熱安全性有保障，將有效改善我國能源結構，緩解日趨嚴重的能源供應緊張局面，在保護環(huán)境、健康中國建設、“雙碳”目標實現(xiàn)以及緩解燃煤運輸壓力等方面具有積極意義。
核能供熱面臨重大機遇
國家支持核能供熱
(1)2016年，國家發(fā)展改革委和國家能源局聯(lián)合發(fā)布《能源技術革命創(chuàng)新行動計劃(2016-2030年)》指出，到2050年，核能供熱具備規(guī)模建設條件。
(2)2017年，由十部委印發(fā)的《北方地區(qū)冬季清潔取暖規(guī)劃(2017-2021)》明確指出核能、地熱、太陽能等能源是清潔供暖的重要形式。
(3)2018年，國家能源局在《2018年能源工作指導意見》指出，積極研究推動北方地區(qū)核能供暖試點工作。
(4)2018年，國家能源局發(fā)布《北方地區(qū)核能供暖五年行動方案》(征求意見稿)，將核能供暖示范工程列為重點項目予以推進。
(5)2021年，國務院印發(fā)《2030年前碳達峰行動方案》指出，積極推動高溫氣冷堆、快堆、模塊化小型堆、海上浮動堆等先進堆型示范工程，開展核能綜合利用。
城市集中供暖面積快速發(fā)展
隨著我國城鎮(zhèn)化提速和城市建筑集中供暖面積的持續(xù)增加，為核能供熱提供了用戶環(huán)境。2020年，我國供熱面積為98.82億平方米，預計到2030年達到150億平方米。若增長面積的10%由核能供熱來提供，核能供熱面積將達到5.2億平方米，約相當于26-52個熱功率為400MWt的“燕龍”低溫供熱堆的供熱面積。
國內已具有良好的核能供熱實踐
1981年，我國清華大學就提出了發(fā)展低溫供熱堆的倡議，1983-1984年完成泳池堆核能供熱實驗，取得滿意結果。1986年3月，清華大學開工建設5MWt低溫供熱堆，1989年12月滿功率運行，開始向5萬平方米的建筑物供熱，連續(xù)供暖100天，驗證了核能供熱的優(yōu)異性能。
2017年11月，中國原子能科學研究院啟動49-2泳池堆開展供熱演示，實現(xiàn)安全供熱滿168小時，具備為兩座辦公樓和49-2堆廠房總面積約1萬平方米的供熱能力，標志著我國在核能供熱技術領域的自主研發(fā)取得重要進展。
我國秦山核電站和海陽核電站已經實現(xiàn)商用核電機組的區(qū)域供熱。2021年，秦山核電站完成我國南方地區(qū)首個核能供熱示范工程(一期)，供熱面積46萬平方米，為近4000戶居民供熱。2021年，海陽核電站為山東海陽市供熱面積達到450萬平米，為20萬居民海陽城區(qū)居民供熱，助力海陽城區(qū)成為國內首個全部實現(xiàn)核能供熱的城市。
核能供熱概況
在冬季寒冷、供暖期長的北歐核電國家比較流行使用商用核電機組進行區(qū)域供熱，并具有成熟經驗和豐富的商用經驗。核能供熱主要有單一核能供熱和熱電聯(lián)產兩種方式。
單一核能供熱方式
單一核能供熱方式是指以主要以供熱為目的建造的低溫供熱核反應堆，在供熱期內主要以供熱方式運行，在非供熱期內停運檢修，考慮經濟性也可用于生產同位素等其他應用。
中國、前蘇聯(lián)、加拿大、德國、瑞士、法國等國都對低溫核供熱堆進行了研發(fā)。加拿大熱功率為2MWt的SLOWPOKE-III(SDR)常壓池式供熱堆為建筑物進行了2年演示實驗。從上世紀60到80年代，我國和國外相關國家開始探索單一核能供熱問題，驗證了核能供熱的安全性與可靠性，并積累了大量的經驗，未發(fā)生核安全和核事故。我國研發(fā)了“燕龍”、NHR-200 I、NHR-200 II、HAPPY 200等多種型號的低溫供熱堆。
由于當時考慮各國自然資源稟賦，不重視碳排放壓力，并且集中供熱本身需求就不大，相比價格較低的化石能源供熱，單一核能供熱當時在經濟性方面并不占優(yōu)勢，且容易受到政治原因影響等因素的影響，因而沒有得到推廣應用。
熱電聯(lián)產供熱方式
熱電聯(lián)產是指從大型核電機組的汽輪機或管道中抽取部分熱量，作為城市供熱的熱源。有的以發(fā)電為主、供熱為輔，有的以供熱為主、發(fā)電為輔。20世紀60-70年代，國際上就開始研發(fā)商用核電機組核能供熱，幾乎是與核電技術同時起步，至今已具有一定規(guī)模。
根據(jù)國際原子能機構統(tǒng)計，2020年全球有59臺商用核電機組(占總數(shù)的13.3%)在發(fā)電的同時產生熱水或蒸汽用進行區(qū)域供熱，主要分布于寒冷的北歐和東歐國家，如俄羅斯、烏克蘭、瑞典。國外商用核電機組區(qū)域供熱達到2267萬吉焦，相當于供暖面積7847萬平方米。商用核電機組的核能供熱的安全性與可靠性已經得到驗證，至今積累了超過1000堆·年的應用經驗。
2019年11月，海陽核電核能供熱項目一期工程正式投用，向70萬m2的7757住戶供熱，開創(chuàng)國內核能商業(yè)供熱先河，被國家能源局授予“國家能源核能供熱商用示范工程”，海陽市也被授予“山東省核能綜合開發(fā)利用示范市”。2021年11月，海陽核能供熱二期項目投運，為海陽市整個城區(qū)450萬平方米的20萬居民供熱，海陽市成為全國首個“零碳”供暖城市。2021年11月10日，秦山核電站開始為4000戶居民供暖面積46萬平方米，為南方集中供熱項目起到了良好示范作用。
核能供熱的優(yōu)勢與產業(yè)化推廣情況
環(huán)保效益好
“燕龍”低溫供熱堆每年可替代32萬噸燃煤或1.6億m3天然氣，而每年消耗的核燃料僅大約2.5噸，消耗的核燃料與燃煤比大約為1:128000，極大地緩解了運輸壓力。同為功率為400MWt的核能供熱與燃煤鍋爐、燃氣鍋爐的環(huán)保效益比較如表1所示。
表1 功率為400MWt的不同熱源環(huán)保效益比較
商用核電機組進行居民區(qū)域供熱具有清潔、安全、穩(wěn)定、高效的優(yōu)良特性。秦山核能供熱項目全部建成后，具備150MW供熱能力，減少燃燒標煤約2.46萬噸，減排CO2約5.9萬噸。海陽核電核能供熱項目一期工程年節(jié)約標煤2.32萬噸，海陽核能供熱二期項目替代12臺燃煤鍋爐，年節(jié)約標煤10萬噸，減排二氧化碳24萬噸。海陽核電站8臺機組全部建成，供熱面積超過2億平方米，年節(jié)約標煤660萬噸。
核能供熱具有經濟競爭性
單一供熱的低溫核供熱堆在運行4、5、6個月時，核能供熱價格分別為47元/吉焦、38元/吉焦和35元/吉焦。在供暖價格上，優(yōu)于燃氣供暖和采電供暖，可比燃煤供暖。秦山核電站一期核能供熱項目熱價同徐州燃煤熱價相同，同為熱價30元/平方米。海陽核電站核能供熱二期項目建成后，海陽城區(qū)的取暖費也下降了，從原有的22元/平方米降到21元/平方米，每平米下降1元，收取的取暖費總計1.113億元。隨著后續(xù)海陽核電站6臺機組建成投運，預計2030年最終供熱半徑達到100千米，年收取取暖費42億元。
核能供熱產業(yè)化推廣情況及趨勢分析
目前，國內約約10個省份27個城市表達了對核能供熱的興趣，主要分布在冬季寒冷的北方地區(qū)和大氣污染嚴重的地區(qū)，如黑龍江、吉林、遼寧、內蒙、河北、甘肅、陜西、山東、江蘇、貴州等省份。我國核能供熱具有較為廣闊的發(fā)展空間，尤其是在替代燃煤小鍋爐，推動清潔能源供熱等方面。我國北方內陸地區(qū)建設低溫供熱堆已經取得重要進展，沿海地區(qū)商用核電機組熱電聯(lián)產供熱活動取得優(yōu)良示范效果。
核能供熱發(fā)展面臨的問題
核能供熱技術雖已經成熟，但是距離在我國北方地區(qū)冬季大規(guī)模取暖應用還存在較大差距，主要原因有：
(1)經過數(shù)十年的商業(yè)發(fā)展和試驗驗證，低溫供熱堆和商用核電機組進行區(qū)域集中供熱在技術上已經沒有問題，但是公眾接受度成為影響產業(yè)推廣的重要障礙。
(2)核能在國家清潔取暖戰(zhàn)略中的地位尚未得到足夠重視，執(zhí)行力度不夠，雖然我國政府大力推動北方地區(qū)清潔供暖，但是相關政策僅對核能供熱進行概述性的介紹，缺乏明確的規(guī)劃和目標。
(3)相比我國東部地區(qū)的城市供熱需求，我國商用核電站和低溫供熱堆數(shù)量少、區(qū)域分布少，如東北地區(qū)只有紅沿河一座商用核電站在運，缺少在運的內陸核電站，商用低溫供熱堆更是沒有建成。
(4)國內缺乏核能供熱相關法規(guī)標準，亟需建立和完善一系列法規(guī)及標準，使核能供熱尤其是低溫供熱堆技術推廣工作有充分的法律基礎和標準支撐。
推動核能供熱發(fā)展的建議
為有效助力實現(xiàn)“雙碳”目標和環(huán)節(jié)“雙控”壓力，并開創(chuàng)核能產業(yè)發(fā)展新格局，建議及早試點并逐步推廣核能供熱替代然煤機組。
(1)加大科普宣傳，提高公眾的接受度
充分發(fā)揮各方資源優(yōu)勢，進一步推動核能科普和公眾溝通工作，積極利用多種媒體，加大科普宣傳力度，適時組織各界代表參觀沿海核電廠和原子能院49-2核能供熱演示堆，提高民眾對核能利用的認識，消除恐核心理。
(2)加強領導組織，編制規(guī)劃，積極推動核能供熱
建議成立核能供熱協(xié)調領導機構，統(tǒng)籌協(xié)調核能供熱中的重大問題。將核能供熱納入城市供熱規(guī)劃，制定核能供熱五年計劃，明確核能作為基荷熱源的地位，做好管網對接工作，政府投入資金開展核能冬季供熱夏季供冷的研發(fā)工作。在核供熱價格及運行成本上，政府制定相應的補貼等優(yōu)惠政策。
(3)及早開展低溫供熱堆示范試點工作
以低溫供熱示范工程為核心，組建核能供熱開發(fā)公司，選定地方示范區(qū)，確定用戶群體，以清華大學殼式堆和中核集團燕龍堆為突破口，盡早啟動示范項目建設。
(4)做好徐大堡和紅沿河等北方核電機組的供熱準備工作
秦山核電站和海陽核電站已經在國內起到了良好的商用核電機組核能供熱示范作用，中核集團應在建設徐大堡核電站的同時，做好向葫蘆島市供熱的準備工作。
(5)完善核能供熱技術的相關法規(guī)和標準
國家有關政府部門牽頭，先關協(xié)會學會機構組織，核行業(yè)積極配合參與，建立和完善核能供熱法規(guī)標準，使核能供熱在推廣過程中有充分的法規(guī)基礎和標準支撐。
