积极发展核能供热 改善我国北方地区大气环境的建议
发布日期：2020-07-16 来源：CNEA核能协会 作者：李言瑞 浏览次数：191
以化石能源为主的能源消费结构，是导致我国北方地区大气污染形势严峻的主要诱因，冬季燃煤供热带来的大气污染问题尤为突出。核能作为一种安全高效、低碳清洁的能源，不排放二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳和烟尘颗粒物，可以减少污染物的排放，减缓地球温室效应，改善大气环境。本文探讨了我国北方城市群大气污染的主要因素，研究认为发展核能供热是落实低碳清洁能源战略解决北方地区大气污染的有效策略，最后提出推进核能供热在我国北方地区应用存在的问题及政策建议。
前言
由于我国广大的北方地区清洁取暖的比例低，特别是部分地区冬季大量使用散烧煤，大气污染物排放量大，导致大气污染物排放总量长期高位运行，空气中细颗粒物（PM2.5）浓度高居不下，雾霾天气日数多。我国目前北方地区冬季70%左右的城市空气质量达不到新的环境质量标准，雾霾天气频繁发生，对交通运输、人们日常生活、身体健康等均产生了严重影响，引起了社会公众广泛关注和强烈担忧。
核能作为一种安全高效、低碳清洁的能源，与煤炭等化石能源相比，不排放二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳和烟尘颗粒物，积极发展核能替代部分煤炭等化石能源，可以减少污染物的排放，减缓地球温室效应，改善大气环境。
1. 冬季燃煤取暖是造成北方城市群大气污染的主要因素
我国北方地区的取暖供热热源以热电联产和区域锅炉房为主，取暖使用能源以燃煤为主。随着居民冬季供暖需求的增加，冬季空气污染随之加剧。据统计，截至2016年底，我国北方地区城乡建筑取暖总面积约206亿平方米，燃煤取暖面积约占总取暖面积的83%，天然气、电、地热能、生物质能、太阳能、工业余热等合计约占17%，取暖用煤年消耗约4亿吨标煤，排放的二氧化碳约为10.48亿吨，二氧化硫340万吨、氮氧化物296万吨，粉尘排放2.72亿吨。
从地理气候条件来看，北方地区主要位于温带季风气候区，降水季节分配不均匀，冬季少雨，空气中更容易滞留漂浮颗粒物。北方昼夜温差较大，秋冬季时更易形成静稳天气，不利于污染物扩散。因其特殊的地理环境，加之静稳气象条件多发，污染物难以稀释和扩散，极易形成雾霾天气。
北方地区人口占比大，面积约占全国的20%，人口约占全国的40%，战略地位突出，严重的大气污染对人民群众身体健康和生态安全构成了重大威胁，已成为今后一个时期迫切需要解决的突出环境问题，寻找代替燃煤锅炉的新型清洁能源，优化能源结构，解决大气污染形势迫切。
此外，我国热电联产供暖占比明显提升，燃煤锅炉占比正在逐步下降，燃气锅炉和壁挂炉占比在提升。我国虽有丰富的工业余热资源，但是利用率不高。我国还正在积极推进地热供暖的发展，部分区域利用过剩的风电和光电推动电采暖，工业余热资源丰富，但利用率不高。污水、垃圾、生物质等可再生能源供热仍有较大发展空间。
2. 发展核能供热是落实低碳清洁能源战略、解决北方地区大气污染的有效策略
与传统热源相比，核能供热几乎不排放温室气体和传统意义上的污染物，是解决北方地区大气污染的有效途径（表1）。
2.1 核能供热技术已经成熟、并安全可靠
核能供热在国内外均有成熟的运行经验。自1964年瑞典阿杰斯塔反应堆开始民用供热以来，全球共建设了200多座泳池式反应堆，积累了10000多堆年（反应堆正常运行一年）的安全运行实践。泳池式反应堆是一种成熟的技术，国内已建成10余座泳池式反应堆，累计安全运行近500堆年。2017年11月20日-27日，中国原子能科学研究院通过对已运行53年的泳池式反应堆进行改造，成功为该院共计约10000m2的两栋办公楼和一座厂房提供核能供热，并完成了168小时考验，效果良好并实现预期目标。在此基础上，中核集团专门针对北方城市供暖需求开发了一种安全经济、绿色环保的堆型产品“燕龙”泳池式反应堆，具备如下6个显著特点：
（1）固有安全性高，可切实消除大规模放射性释放，可贴近城市、靠近用户开展项目建设；
（2）运行无需大型水源要求、选址灵活，非常适合于在北方地区城市建造；
（3）放射性源项总量仅仅是百万千瓦级核电站放射性总量的1‰，反应堆“易退役”，厂址可恢复绿色复用；
（4）热网适应性好，能与城市现有供热管网实际需求与终端用户设备良好匹配，无需对现有用户侧的供暖设备进行改造和更换，供热距离可以达到30-50公里；
（5）在经济性方面优于燃气供暖，与燃煤、热电联产相当；
（6）一次装料，可连续5个供暖季运行，不存在燃气供热面临的运输和气量不足问题。
2.2 核能供热成本可控、价格具有竞争力
池式堆无压力壳和安全壳等复杂设备，系统简化、节省了土建投资，低温常压运行，降低设备技术要求和设备投资。池式堆在国内已有成熟的设计、建造和运行经验，可采用成熟的设备和操作简单的运行模式，降低前期研发经费和运行成本。经过初步投资估算和财务分析，总投资约15亿元的单堆（400MWt）工程可供热面积约1000-2000万平方米，建设周期3年以内，运行寿期可到60年，且全部设备能够实现自主化。在全年5个月的采暖期内，供热价约40元/GJ，与燃煤供热锅炉供热价和地热供热价相当，远低于80-100元/GJ的燃气供热价格，约135元/GJ的电供热价格。每年仅节约碳税和运输成本就达到3000万元。因此，核能供热具有较大的市场竞争力，可作为燃煤热电联产和集中供热的理想替代热源。
2.3 核能供热低碳清洁，社会效益显著
相对于化石能源供热，核能供热低碳、清洁，环保效益明显。一座400MW核能供热堆每年可替代32万吨燃煤或1.6亿立方米燃气，对比煤炭，可减少排放烟尘5000吨，减少灰渣5万吨，减少排放二氧化碳64万吨，减少排放二氧化硫5000吨，减少排放氮氧化物1600吨；对比天然气，可减少排放二氧化碳20万吨，减少排放氮氧化物800吨，减少烟尘排放31吨，而放射性物质排放仅为燃煤的2%左右。如能进一步统一核能供热堆的管网建设，做到冬季采暖、夏季供冷，则能带动核能供热和制冷等新兴产业发展，既能落实绿色低碳的能源发展战略，又可有效支撑城镇化建设，社会效益显著。
3. 推进核能供热在我国北方地区应用存在的问题及建议
核能供热技术虽已经成熟，但离在我国北方地区冬季取暖应用还存在一定差距，主要面临两个突出问题：一是核能在国家清洁取暖战略中尚未得到足够重视；二是我国北方地区还缺乏核能供热示范工程项目。为加快推进核能在我国北方地区冬季取暖中的应用、有效解决大气污染问题，提出如下建议：
（1）明确核能在国家清洁取暖中的战略定位
核能供热纳入国家清洁取暖战略规划后，要加快研究制定核能供热反应堆相关标准、安全要求和项目审批制度；国家和地方省市要加快出台核能供热指导意见，积极推进核能供热在我国北方城市清洁供暖体系中的布局，纳入城市清洁取暖规划。
（2）启动核能供热示范工程建设
建议在我国北方地区遴选试点地区，尽快启动2-3个核能供热示范工程建设。
（3）扶持核能供热产业
城市供热系公用事业，建议国家投入资金开展有关提高核能供热技术、效能和经济性等方面的研发工作，以及利用现有热网集中供冷的研发工作。在核供热价格及运行成本上，建议进一步发挥市场主体作用，鼓励民间资本参与，同时，政府制定相应的优惠政策，积极鼓励公众购买核能供热服务，促进核供热企业的健康发展。