小型反应堆有五大应用前景

  丛书编辑部以“智库专家新语”形式，摘录了《中国核能行业智库丛书》（第七卷）中有关领导、专家对目前中国核能发展的新时期，提出的新观点、新思想。“智库专家新语”将陆续在协会官网和微信公众号推送。

  小型堆的基本功能是供电或供热，或热电联供。由于规模因子小，小型堆不能代替大型核电厂作为大型电网的基荷。但其具有规模小、安全性高、适用性广和允许临近城市等特点，可以在许多领域发挥独特的作用，补充大型核电厂的短板。

  石化行业需要大量的热能和电力，二氧化碳排放量占到全国排放量的13%，其中的1/3来自化石燃料燃烧，如果实现核能替代，能够大大减少该行业1/3的碳排放。根据中国石油和化学工业联合会化工园区工作委员会所做的全国性调研统计，截至2020年年底，全国重点化工园区或以石油和化工为主导产业的工业园区共有616家。大部分园区内建有热电联产、热力厂和发电厂等能源基础设施。

  园区能源基础设施有三个特点：（1）以煤为原料的机组装机容量占比高达87%；（2）小机组，尤其是单机50MW以下机组数量占比达62%，而小机组普遍能源效率较低；（3）能源基础设施的温室气体排放量平均占园区排放量的75%。

  一个大型园区热力需求在100-500t/h，1-2个热功率为200MW的小型堆机组可满足园区的需求。按500个园区计算，市场潜力在500-1000个机组。

  2019年国家发展改革委、国家能源局出台了《关于深入推动供给侧结构性改革，进一步淘汰煤电落后产能促进煤电行业优化升级的意见》。《意见》中提出“有序淘汰煤电落后产能”，并对要淘汰关停的煤电机组作出说明。据有关部门规划，“十四五”期间改造规模不低于3.5亿千瓦。

  淘汰煤电厂址可用来建设清洁能源设施。美国做过调查，80%的火电厂厂址满足小型核反应堆的要求，还可能利用原有火电的一些设施，也无需新建输电网，可以较大幅度降低改造成本。美国一项研究之后发现，利用现有的火电厂址建核电厂，可节省投资15% -30%。我国目前尚未系统地开展过此项评估工作。

  2018年我国北方城镇供暖能耗为2.12亿吨标煤、碳排放量约为5.5亿吨，约占总排放量的5%。当前我国小容量燃煤锅炉在很多城市还是主导热源，小锅炉的热效率只有55%-60%，而一般燃煤锅炉效率可达到70%以上，因此淘汰小型燃煤锅炉将降低10% -15%的能源消耗。热电联产供热效率较高，应是我国集中供热系统热源节约能源改造的主要方向。

  利用核能为城市冬季供暖，能减轻北方地区冬季供暖的环境压力，且在某些特定的程度上已被公众接受。山东海阳核能供热项目实现了核能进入供暖领域零的突破。该项目抽取部分核电厂产生的蒸汽用来供热，供热面积450万平方米，每个采暖季减排二氧化碳18万吨，“零碳”供暖模式覆盖海阳全城区。一般大型核电厂距离供暖需要城市都较远，这限制了供暖的范围。而小型堆可以临近城市，解决了供暖距离问题。

  核热电联产的综合能源利用率可达80%，单个模块供热能力在200MW左右的小型堆，可满足400万平方米用热需求。2020年，全国城镇供热面积148亿平方米，若选择部分条件成熟的城镇采用核能供暖，其市场规模将十分可观。

  专门用于供暖的小型堆由于设计参数一般较低，且只有半年的供暖时间，利用率不高。因此，小型堆供暖需要与其他需求结合，提高反应堆的利用率。当前认为热电联供是最好的解决方案。

  氢能是具有发展的潜在能力的二次能源，大多数都用在交通运输、工业、建筑及其他领域，同时还是钢铁、化工等传统产业的重要原料或还原剂。根据氢能行业有关研究报告，2018年中国氢气产量约2100万吨，预计2030年氢气需求将达到3500万吨，2050年接近6000万吨，中国政府部门已于2020年出台有关文件，提出加快新能源发展，加快制氢加氢设施建设。

  高温蒸汽电解（HTSE）是一项新兴技术，比传统的水电解效率高40%。核能能够给大家提供低碳的高温蒸汽，作为一次能源，是理想的制氢技术。以清华大学开发高温气冷堆为例，一台60万千瓦机组可满足180万吨钢产能对氢气、电力及部分氧气的能量需求，对应每年可减少能源消费约100万吨标准煤，减排约300万吨二氧化碳。

  （1）小型堆调峰能力强，可以很好地跟随电网变动。与风能、太阳能耦合，作为基荷运行又参加调峰，提高供电质量。但小型堆发电成本高于大型堆，因此大型堆更适合作为大型电网的基荷能源，而小型堆更适合承担区域小电网的基荷与调峰。

  （2）为偏远地区、岛屿或海洋资源开发提供稳定的电源，或为突发事件提供应急电源。与燃油发电比，从装置尺寸和便利性来讲，小型堆移动式电源没有优势，但小型堆的优势是能轻松实现长期、稳定的供电，几年内不需要补充燃料。

  （3）海水淡化。我国是水资源严重短缺的国家，特别是北方沿海省市。发展海水淡化技术，开发利用海水资源，是解决我国水资源短缺问题的重要方法，是我国沿海经济社会可持续发展的重要保障。

  第一作者简介：赵成昆，1966年 1月毕业于上海交通大学船舶核动力工程专业，1981—1983年美国哥伦比亚大学访问学者。现任中国核能行业协会专家委员会常务副主任。曾任中国核动力设计研究院院长、国家核安全局局长、中国核能行业协会副理事长等职。

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