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星空体育网站入口:民用核能有哪些? 为什么不能小型化?

发布时间:2024-04-16 14:42:41 来源:星空体育网站入口官网 作者:星空体育全站app

  在国内,山东海阳利用了核电厂向450万平方米的居民进行供热,成为全国首座“零碳”供暖城市;浙江海盐秦山核电厂核能供热示范(一期)工程是我国南方地区首个核能供热项目,供暖面积达46万平方米。预计到“十四五”末项目全部建成,能够满足海盐县约400万平方米供暖需求。

  (2)在城市中或近郊建专门用于供热的低温核供热反应堆,利用核反应堆产生的低温热量,直接经过换热去供暖,没有发电的过程,也就是现在比较热门的小型堆,国外积累了一定的经验,国内目前还没有建成的项目。

  海水淡化,目前依托大型核电机组建设海水淡化组是比较成熟的方案,在红沿河、宁德、三门、海阳等多座核电厂已经采用。

  综合国内各类堆型的技术和经济条件看,自主三代压水堆核电技术仍将是2035年前后我国核电发展的主力堆型。我国已成功研发具备自主知识产权的“华龙一号”和“国和一号”大型先进压水堆核电技术,华龙一号首堆已建成投产、后续批量化工程开工建设,国和一号首堆示范工程也在顺利推进。除大型压水堆以外的各种堆型,或从技术层面、或从经济性方面来看,都还处于商业推广的前期。预计2035年前后我国核电发展仍将以三代压水堆技术为主,机型以具有自主知识产权的“华龙”、“国和”三代大型压水堆为主。

  我国高温气冷堆示范工程已并网发电,正在研发60万千瓦级高温气冷堆并开展前期工作;多用途模块式小型堆科技示范工程(玲龙一号)已开工建设;形成了泳池式低温供热堆、壳式低温供热堆、海上浮动堆等一系列小型堆技术,并正在积极推动项目前期工作,这些堆型在供热、制冷、供汽、制氢、海水淡化、核动力民用船舶、同位素生产等领域可以发挥更加广泛作用。

  另外,根据我国核能发展实施“热堆—快堆—聚变堆”三步走战略,以及为了解决未来我国核能大规模发展所面临的天然铀资源问题,和减少长寿命高放废物,2035年前后钠冷快堆等先进核能系统将有望迎来重要的商业化发展机遇。

  对于大型核电厂对外供暖,核电厂是严格按照法规标准进行选址的,即使对外供暖,反应堆仍然和居民保持合理的安全距离;对于小型堆,目前我国开发用于供暖的低温小型堆都具有四代安全特征,也就是具有固有安全性,可即便如此在选址的时候依然会按照法规标准要求与居民保持合理的安全距离。

  核供热系统与用户之间的几个回路是相互独立物理隔离的。在换热过程中,只有热量的传递,不存在水的交换,所以不会有任何放射性物质进入用户暖气管道,同时在换热首站热水出厂前增加在线监测和隔离装置,并在回路间采取压差设计,可以解决公众担心的核泄漏等问题,以确保供暖安全。

  目前,全世界近400台在运核反应堆中有超过1/10的机组已实现热电联供为居民供热,且已累计安全运行约1000堆年,安全性和可靠性已经得到了充分的验证,也积累了多年的运行经验,没有发生与核安全相关的事件和事故。

  双碳背景下,现在北方地区清洁取暖可以成为核能综合利用的未来重点方向之一。北方地区冬季清洁取暖是一项重大民生工程,是一项重大任务,是国家的一项重大决策部署。

  电规总院长期以来一直参与清洁供热行业政策研究与推动,参与编制了《热电联产管理办法》等政策文件。牵头相关单位完成了《北方地区冬季清洁取暖规划(2017-2021年)》研究和中期评估,以及《北方地区县城集中供热整体化方案研究》、《三江源清洁取暖方案研究》等一系列专题研究,为全力推进北方地区清洁取暖,打赢蓝天保卫战贡献了一份力量。

  目前,我国北方地区城乡总取暖面积超过200亿平方米,天然气采暖、电采暖以及可再生能源采暖的比例有了较大的提高。但受限于我国一次能源结构和居民经济可承受能力,包含散煤取暖在内,我国北方地区燃煤采暖的比例仍然接近60%。根据电规总院的初步测算,结合我国北方地区当前冬季取暖用能结构,年二氧化碳排放约10亿吨左右。

  (1)从核能供热的特点来看,核能供热的主要替代方向为大面积集中供暖,作为供热管网热源,来替代燃煤、天然气集中取暖。目前中国北方地区冬季供暖以煤为主,碳排放体量大,采用清洁低碳甚至零碳的供热方式是实现碳中和目标的必然选择,核能供热在其中具备先天优势。

  (2)在双碳目标下,尤其是碳达峰后,煤炭减量化步伐将加快。如燃煤集中供暖热源将面临淘汰和退役,核能供热可利用其既有厂址,而且对外供热方式跟燃煤热源相同,接入供热管网,对用户不会产生影响。

  (3)我国城镇采暖面积约140亿平方米,如2030年完成核能供热示范,并推广应用来替代燃煤集中供暖,到2060年按照实现15%~20%,也就是21亿~28亿平方米的核能供热面积测算,可减少二氧化碳排放0.9亿~1.2亿吨。

  以某北方大型城市为例,供热面积约4.7亿平方米,现状以热电联产和燃煤锅炉房为主。如50%的集中供热面积改用核能供热,需要供热能力约11GW的核能供热机组,减少二氧化碳排放约1000万吨。

  我国第十四个五年规划和2035年远景目标纲要,中提到“推动模块式小堆示范和开展山东海阳等核能综合利用示范”。双碳目标下,核能供暖在我国北方具有非常大的发展空间,目前小堆供热虽然还没有项目正式落地,但已经有相关能源企业在积极开展相关前期工作。

  (1)是获得公众的支持,尤其是低温供热堆的建设将更加靠近市场和最终用户,就更加需要获得公众的认可和支持;

  (3)提升低温供热堆的经济性,只有具备了经济性上的可靠优势,才具有进一步拓展市场应用的广阔空间;

  (4)考虑到项目建设周期,应尽早开展低温供热堆示范工程建设,通过示范工程落地推动建立更加完善的标准体系,充分发挥标准的规范、引领和支撑作用,通过规模化发展来进一步提升项目的经济性。

  (来源:电力规划设计总院电力行业专家、博士林祥东,电力规划设计总院电力行业专家、博士汤振伟)

  印象中民用核能是有个同位素衰变电池,简单的说就是通过衰变释放电子,产生电流,就是下图这个玩意,由于是相对其他核能的释放方式来说,同位素衰变电池偏向于惰性的,因此释放缓慢,相对稳定,辐射量也小,不过好像这类电池的半衰期都比较短,基本在15~20左右就要更换。

  在民用领域的应用嘛,首先就是医学上的心脏起搏器了,这个应该很好理解了吧?总不能每天晚上回家拿心脏出来充电吧?

  虽说人们也很希望用小型核能来驱动火车飞机之类的,但是出于安全和事故率的考虑,实在是不合适,飞机坠落一次,泄露出去的核能就会污染附近地球成百千上千年,就算是适合小型化反应堆的钚,也有88年的半衰期,影响还是十分深远的。当然非民用领域的话,美国好像在搞核动力无人机的样子。

  继续回到我们民用领域来说吧,现阶段安全稳定的“核电池”也并非没有,美国就有实验室在合法的发售这种和电池。

  像 NanoTritium 这样的封装好的小型核能电池,在市面上是可以购买到的,只是价格高昂,而且每0.2cm²才能提供0.75V的电压,这样的产品目前只适合实验室研究使用,既然有,那如果你想把它用在消费电子上,比方说你想用在手机上,由于手机工作时候所需要电压和电流,尤其是瞬间电流,会一下子提升非常的高,这样小小的一颗是完全不够的,至少也得几千片才能满足一台智能机正常使用,显然目前想要普及到消费电子领域,还很困难。

  动力同样是来源于同位素衰变电池,对于手表这种超低功耗的产品来说倒是意外的合适,Nuclear Watch能够妥妥的跑20年不用换电池(其实好一点的手表好像这20年也只用换4、5次电池吧……

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