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積極發展核能供熱

改善我國北方地區大氣環境的建議

李言瑞  韓紹陽 汪永平 官思發 劉敏 陸浩然

（中國核科技信息與經濟研究院，北京  100048）

 摘 要： 以化石能源為主的能源消費結構，是導致我國北方地區大氣污染形勢嚴峻的主要誘因，冬季燃煤供熱帶來的大氣污染問題尤為突出。核能作為一種安全高效、低碳清潔的能源，不排放二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳和煙塵顆粒物，可以減少污染物的排放，減緩地球溫室效應，改善大氣環境。本文探討了我國北方城市群大氣污染的主要因素，研究認為發展核能供熱是落實低碳清潔能源戰略解決北方地區大氣污染的有效策略，最后提出推進核能供熱在我國北方地區應用存在的問題及政策建議。

關鍵詞： 核能供熱、清潔低碳、大氣污染、政策建議

前言

由于我國廣大的北方地區清潔取暖的比例低，特別是部分地區冬季大量使用散燒煤，大氣污染物排放量大，導致大氣污染物排放總量長期高位運行，空氣中細顆粒物（PM2.5）濃度高居不下，霧霾天氣日數多。我國目前北方地區冬季70%左右的城市空氣質量達不到新的環境質量標準，霧霾天氣頻繁發生，對交通運輸、人們日常生活、身體健康等均產生了嚴重影響，引起了社會公眾廣泛關注和強烈擔憂。

核能作為一種安全高效、低碳清潔的能源，與煤炭等化石能源相比，不排放二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳和煙塵顆粒物，積極發展核能替代部分煤炭等化石能源，可以減少污染物的排放，減緩地球溫室效應，改善大氣環境。

1. 冬季燃煤取暖是造成北方城市群大氣污染的主要因素

我國北方地區的取暖供熱熱源以熱電聯產和區域鍋爐房為主，取暖使用能源以燃煤為主。隨著居民冬季供暖需求的增加，冬季空氣污染隨之加劇。據統計，截至2016年底，我國北方地區城鄉建筑取暖總面積約206億平方米，燃煤取暖面積約占總取暖面積的83%，天然氣、電、地熱能、生物質能、太陽能、工業余熱等合計約占17%，取暖用煤年消耗約4億噸標煤，排放的二氧化碳約為10.48億噸，二氧化硫340萬噸、氮氧化物296萬噸，粉塵排放2.72億噸。

從地理氣候條件來看，北方地區主要位于溫帶季風氣候區，降水季節分配不均勻，冬季少雨，空氣中更容易滯留漂浮顆粒物。北方晝夜溫差較大，秋冬季時更易形成靜穩天氣，不利于污染物擴散。因其特殊的地理環境，加之靜穩氣象條件多發，污染物難以稀釋和擴散，極易形成霧霾天氣。

北方地區人口占比大，面積約占全國的20%，人口約占全國的40%，戰略地位突出，嚴重的大氣污染對人民群眾身體健康和生態安全構成了重大威脅，已成為今后一個時期迫切需要解決的突出環境問題，尋找代替燃煤鍋爐的新型清潔能源，優化能源結構，解決大氣污染形勢迫切。

此外，我國熱電聯產供暖占比明顯提升，燃煤鍋爐占比正在逐步下降，燃氣鍋爐和壁掛爐占比在提升。我國雖有豐富的工業余熱資源，但是利用率不高。我國還正在積極推進地熱供暖的發展，部分區域利用過剩的風電和光電推動電采暖，工業余熱資源豐富，但利用率不高。污水、垃圾、生物質等可再生能源供熱仍有較大發展空間。

2. 發展核能供熱是落實低碳清潔能源戰略、解決北方地區大氣污染的有效策略

與傳統熱源相比，核能供熱幾乎不排放溫室氣體和傳統意義上的污染物，是解決北方地區大氣污染的有效途徑（表1）。

表1 核能供熱與其他熱源供熱的優劣勢比較

2.1 核能供熱技術已經成熟、并安全可靠

核能供熱在國內外均有成熟的運行經驗。自1964年瑞典阿杰斯塔反應堆開始民用供熱以來，全球共建設了200多座泳池式反應堆，積累了10000多堆年（反應堆正常運行一年）的安全運行實踐。泳池式反應堆是一種成熟的技術，國內已建成10余座泳池式反應堆，累計安全運行近500堆年。2017年11月20日-27日，中國原子能科學研究院通過對已運行53年的泳池式反應堆進行改造，成功為該院共計約10000m²的兩棟辦公樓和一座廠房提供核能供熱，并完成了168小時考驗，效果良好并實現預期目標。在此基礎上，中核集團專門針對北方城市供暖需求開發了一種安全經濟、綠色環保的堆型產品“燕龍”泳池式反應堆，具備如下6個顯著特點：

（1）固有安全性高，可切實消除大規模放射性釋放，可貼近城市、靠近用戶開展項目建設；

（2）運行無需大型水源要求、選址靈活，非常適合于在北方地區城市建造；

（3）放射性源項總量僅僅是百萬千瓦級核電站放射性總量的1‰，反應堆“易退役”，廠址可恢復綠色復用；

（4）熱網適應性好，能與城市現有供熱管網實際需求與終端用戶設備良好匹配，無需對現有用戶側的供暖設備進行改造和更換，供熱距離可以達到30-50公里；

（5）在經濟性方面優于燃氣供暖，與燃煤、熱電聯產相當；

（6）一次裝料，可連續5個供暖季運行，不存在燃氣供熱面臨的運輸和氣量不足問題。

2.2 核能供熱成本可控、價格具有競爭力

池式堆無壓力殼和安全殼等復雜設備，系統簡化、節省了土建投資，低溫常壓運行，降低設備技術要求和設備投資。池式堆在國內已有成熟的設計、建造和運行經驗，可采用成熟的設備和操作簡單的運行模式，降低前期研發經費和運行成本。經過初步投資估算和財務分析，總投資約15億元的單堆（400MWt）工程可供熱面積約1000-2000萬平方米，建設周期3年以內，運行壽期可到60年，且全部設備能夠實現自主化。在全年5個月的采暖期內，供熱價約40元/GJ，與燃煤供熱鍋爐供熱價和地熱供熱價相當，遠低于80-100元/GJ的燃氣供熱價格，約135元/GJ的電供熱價格。每年僅節約碳稅和運輸成本就達到3000萬元。因此，核能供熱具有較大的市場競爭力，可作為燃煤熱電聯產和集中供熱的理想替代熱源。

2.3 核能供熱低碳清潔，社會效益顯著

相對于化石能源供熱，核能供熱低碳、清潔，環保效益明顯。一座400MW核能供熱堆每年可替代32萬噸燃煤或1.6億立方米燃氣，對比煤炭，可減少排放煙塵5000噸，減少灰渣5萬噸，減少排放二氧化碳64萬噸，減少排放二氧化硫5000噸，減少排放氮氧化物1600噸；對比天然氣，可減少排放二氧化碳20萬噸，減少排放氮氧化物800噸，減少煙塵排放31噸，而放射性物質排放僅為燃煤的2%左右。如能進一步統一核能供熱堆的管網建設，做到冬季采暖、夏季供冷，則能帶動核能供熱和制冷等新興產業發展，既能落實綠色低碳的能源發展戰略，又可有效支撐城鎮化建設，社會效益顯著。

3. 推進核能供熱在我國北方地區應用存在的問題及建議

核能供熱技術雖已經成熟，但離在我國北方地區冬季取暖應用還存在一定差距，主要面臨兩個突出問題：一是核能在國家清潔取暖戰略中尚未得到足夠重視；二是我國北方地區還缺乏核能供熱示范工程項目。為加快推進核能在我國北方地區冬季取暖中的應用、有效解決大氣污染問題，提出如下建議：

（1）明確核能在國家清潔取暖中的戰略定位。核能供熱納入國家清潔取暖戰略規劃后，要加快研究制定核能供熱反應堆相關標準、安全要求和項目審批制度；國家和地方省市要加快出臺核能供熱指導意見，積極推進核能供熱在我國北方城市清潔供暖體系中的布局，納入城市清潔取暖規劃。

（2）啟動核能供熱示范工程建設

建議在我國北方地區遴選試點地區，盡快啟動2-3個核能供熱示范工程建設。

（3）扶持核能供熱產業。城市供熱系公用事業，建議國家投入資金開展有關提高核能供熱技術、效能和經濟性等方面的研發工作，以及利用現有熱網集中供冷的研發工作。在核供熱價格及運行成本上，建議進一步發揮市場主體作用，鼓勵民間資本參與，同時，政府制定相應的優惠政策，積極鼓勵公眾購買核能供熱服務，促進核供熱企業的健康發展。