1990年9月,我国清华大学核能技术设计研究院设计建造的5兆瓦低温核供热堆投入运行。这是世界上第一座具备固有安全性的压力壳式低温核供热堆。这标志着我国已步入世界核供热反应堆技术的先进行列。
现在我们知道,核能不仅能发电,也能供热。核电厂利用核反应堆所产生的热把水变成水蒸汽,去推动汽轮机发电。汽轮机组的冷凝器把发过电的蒸汽余热带走。因此,即使是大型的核电厂,其热效率也不高,仅为30%多,反应堆产生的60%以上的能量没有被利用。在这种情况下,科学家就开始研究热电联供的方法,把核电厂排出的热水用在取暖、海水淡化等方面,从而使核反应堆的热效率可提高到50%以上。但是热电联产中,供热仅是作为余热利用的一种形式,不能满足大量供热的要求,所以科学家们又专门设计了用来供热的核反应堆。
核能供热,根据供热温度不同可分为高温核供热、中温核供热和低温核供热。
高温核供热反应堆提供的热源温度高,一般都在300℃以上,甚至高达1000℃,主要用于冶炼、化工等工业供热。因为反应堆的堆芯温度高,其冷却剂一般用化学性质呈惰性,热工性能好的氦气。目前,国际上开发研究的是第三代气冷堆。由于其结构、燃料、冷却剂方面的固有特征,高温气冷堆具有极好的安全性。这种高度的安全性使得它有可能建造在人口稠密区,结果是有利于建厂选址和工业布局,特别是有利于近距离输送热水和热气的核供热厂的选址。目前,高温气冷堆仍处于研究发展阶段,现在已投入实际使用。我国的“863”高科技发展计划中就决定在清华大学动工兴建10兆瓦高温气冷堆,以求在高温核供热领域赶上世界先进水平。
中温核供热堆的供热温度在150℃至300℃间,主要用于纺织、造纸和制药等工业部门。但是在这个温度区间利用核能供热存在较多的技术问题,经济上也很不合算。因此,中温核供热堆在短时间内还不可能得到广泛应用。
低温核供热堆的供热温度在150℃以下。从目前实际情况看,无论是工业生产,还是日常生活,这个温度范围的用户最多,用量也最大,大约占热量总消耗量的一半左右。因而它的发展前景十分诱人,成为核供热堆中的佼佼者。(www.daowen.com)
在我国,有超过半数的城市在“三北”地区(东北、华北、西北)。这些地区随着城市建筑面积的增长,同时还要增加采暖供热的热源。近年来,北方城市建设以惊人的速度增长,仅在“八五”期间,城市的建筑面积就增加了13亿m2,需要相应地增加采暖供热能力至少5000万千瓦,每年为此就得增加耗煤5000多万吨。这样发展下去,供热能源将是一个十分庞大的数字。我国城市供热能源主要靠煤,不仅浪费了煤这种宝贵的化工原料,而且烧煤排放的污染物集中在市区,造成了城市环境十分恶劣。北京、西安、沈阳都已被列为世界上污染最严重的城市之一。如果在今后城市建设高度增长的条件下,供热仍以燃煤为主,所造成的环境污染将达到令人无法忍受的地步。而根据我国目前的核燃料生产能力,及较为成熟的核反应堆技术,发展和建设低温低压的核供热堆是一条符合我国国情,在经济上、技术上都可行的途径。
目前,世界上最大的20万千瓦温核供热堆即将在大庆油田动工兴建。它投入使用后,可代替燃煤锅炉,满足300平方公里内数万用户的供热需要,每年可节省煤炭30万吨以上。而运输这些煤要用5000个火车皮;烧掉这些煤,要向大气中排放1.5万吨烟尘、2500吨二氧化硫(酸雨的主要成分),另外还要产生500个火车皮的煤渣。同时,经济分析表明,低温核供热的成本也要低于燃煤供热。
低温核供热堆的放射性排放非常小。以清华大学的5兆瓦低温核供热堆为例,它向大气中排出的放射性对人体的危害,仅相当于一年中你吸一根烟对你的身体所造成的损害那么大。由于它采用了一体化、自稳压、全功率自然循环、新型的控制棒水力传动、非能动的余热排出、双重压力壳等先进技术,具有固有的安全性,从而可以建在城市附近。更有甚者,像加拿大已投入运行的Slowpoke—Ⅲ型池型自然循环供热堆甚至被批准可以建在居民区内。
低温核供热堆具有良好的经济效益、社会效益和环境效益,是一种安全、清洁、经济的大型热源。可以预计,在不久的将来低温核供热堆不仅可以以核代煤、减轻运输压力和改善城市环境,而且可以向工矿企业提供低压工业用气,进行低温核发电,低温核制冷,以及在海水淡化、辐射加工等许多方面有着广阔的发展前景。
更值得一提的是:1992年夏,我国“八五”重点科技攻关项目——低温核供热堆制冷系统实验获得成功。这套系统采用目前国际先进的溴化锂吸收制冷技术,以低温供热堆为热源,代替电、燃油式燃煤实现大面积空调制冷。在夏天30℃以上的高温天气,可将室内的温度维持在20℃左右。同时,它可以利用现有的暖气管道,不需附加管网建设费用,实现了利用核能冬季供暖,夏季供冷,一堆多用。它为核能供热的综合利用开辟了新的途径。
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