我國于巴黎氣候大會承諾,將于2030年達到二氧化碳排放峰值、非化石能源占比升至20%左右。

然而,當下我國北方每年采暖范圍遍布17個省、市、自治區,采暖人口達7億以上。而集中供熱的熱源仍以熱電聯產和區域鍋爐房為主,使用的燃料也仍然以煤炭為主,每年供暖消耗煤炭已超過5億噸,造成很大的汚染,能源結構和產業升級形勢嚴峻。

面對城市熱網對熱源的旺盛需求和國家節能減排政策日趨嚴格的現狀,各城市均需淘汰現有供熱小鍋爐,原有高污染、低效率熱源也將逐步減少。

熱負荷和熱源的“一增一減”,導致城市規劃供熱缺口日益增大,尋找清潔替代能源已成燃眉之急。

核能作為一種安全、清潔的能源,是當前較為成熟的替代一次能源的方法之一。對利用核能為區域供熱,科研人員已進行了大量的研究,與傳統熱源相比可以顯著減少污染排放,且供熱安全性有保障,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。

事實上,核能供熱并不是一個新概念,我國從1981年提出低溫核供熱堆研究倡議,經過30多年的研究,已掌握了能夠工程化應用的核能供熱技術。

核能供熱技術可簡單分為池式堆和殼式堆兩類。池式堆與高溫高壓的壓力殼式堆相比,可以在常壓低溫下運行,具有固有安全性、可靠性高、技術成熟、系統簡單、運行穩定、占地面積小等優點,并且建造成本低、運行維護簡便,更適合于靠近城市居民區。

目前,國內已建成多座池式堆,如中國原子能科學研究院的49-2堆、微堆、CARR堆等,累計運行近500堆年。

1983年,清華大學開始核供熱試驗,連續兩年向核能所17000平方米建筑物供給核熱,證明了池式堆供熱的技術可行性。

不過,一般常壓低溫池式堆出水溫度低于90℃,但我國現有城市供熱管網供水溫度多大于90℃,小于100℃。

為進一步提高供熱溫度,清華大學提出了深水池式低溫供熱堆,通過增加水池深度,利用水層靜壓力提高堆芯出口水溫,使其向熱網供水溫度達到90℃以上,滿足了熱網需求。

深池式低溫供熱堆將堆芯放在一個常壓水池的深處,利用水層的靜壓力提高堆芯出口水溫,以滿足城市供熱的溫度要求。其系統簡單,主要包括反應堆系統、一回路系統、二回路系統、余熱冷卻系統、換料及乏燃料貯存系統、輔助工藝系統。

深池式低溫供熱堆基于常壓低溫運行方式和池式堆本身大的水容積,以及非能動余熱排出方式,在正常運行和事故工況下堆本體均不會出現超壓、失冷和堆芯裸露,堆芯熔化幾率為零,具有很高的固有安全性,可做到不需要廠外應急。

低溫供熱堆系統簡單,堆芯和設備易拆除和處置,并且水池屏蔽效應明顯,放射性源項小、乏燃料可統一處理,同時易于退役,廠址可以恢復綠色復用,民眾擔憂的安全性可以得到保障。

而從環保性和經濟性的角度來考量,池式低溫供熱堆也有它的優勢。

池式低溫供熱堆相較于燃煤、燃氣鍋爐更加環保,以400MW的熱源計算,燃煤和燃氣鍋爐每年分別釋放64萬噸和20.46萬噸二氧化碳,但池式供熱堆的二氧化碳排放為0。

在建設投資上,與其他化石能源供熱相比,池式低溫供熱堆建設投資約是同規模燃煤鍋爐的2至3倍,但運行成本遠遠低于燃煤鍋爐,使用壽命達到40年~60年,是燃煤鍋爐的2至4倍。根據初步計算表明,如果每年供暖的時間為4個月時,池式供熱堆的經濟性可以和燃煤鍋爐相當,況且還可以考慮其它的應用,如夏天用于致冷、開發利用其中的中子的核技術應用等。

因此,簡單形式的深水池式堆完全可以滿足供熱要求,特別是作為基本熱源承擔采暖基本負荷時,是較為經濟合理的一種供熱方式。

綜上所述,建議以低溫供熱堆替代熱電廠和區域鍋爐房熱源承擔城市基本熱負荷,以燃氣鍋爐等其他清潔能源作為調峰熱源,這將是環節化石能源環境污染最理想的供熱方案。