积极推动专用供热堆， 助力“双碳”战略

柯国土

工学博士。现为中国原子能科学研究院研究员， 博士生导师，中核集团科技带头人。近年合著有《空间核动力》《空间核电源中的热电转换》《反应堆家族》（上、下）等教材和科普读物，在《原子能科学技术》《核能科学与工程》《核动力工程》《ENGINEERING SCIENCES》等刊物上发表论文 60 余篇。目前主要从事核供热反应堆等小堆开发工作。

2020 年，国家主席习近平在第七十五届联大指出，中国将力争于 2030 年前达到二氧化碳排放峰值，努力争取 2060 年前实现碳中和。

集中供热大量燃煤，是二氧化碳排放的重要来源，在“双碳” 发展目标下，亟须从当前高度依赖化石能源的高污染、高碳排放的供热现状，向清洁低碳供热转型。核能作为重要的清洁低碳能源形式，应在集中供热领域发挥更大作用。

1当前国内集中供热总体情况

冬季供热事关国计民生，我国采暖范围遍布国内 17 个省、市、自治区，采暖人口超过 7 亿。中国拥有世界上规模最大的集中供热管网，截至 2016 年年底，我国北方地区集中供热建筑面积超过 141 亿平方米。随着我国城镇化提速，预计到 2030 年集中供热面积将超过 200 亿平方米。北方城镇集中供热，热源主要来自热电联供及燃煤、燃气锅炉，消耗的一次能源以煤为主，比重高达70% ～ 80%。集中供热每年消耗超过 2 亿吨标准煤的能源，产生的碳排放超过 5 亿吨。

燃煤供热是导致北方地区冬季雾霾、空气污染的重要原因，也是实现国家“双碳”战略目标的极大挑战。针对北方地区供热，国务院 2018 年发布的《打赢蓝天保卫战三年行动计划》中提出，“要有效推进北方地区清洁取暖。坚持从实际出发，宜电则电、宜气则气、宜煤则煤、宜热则热，确保北方地区群众安全取暖过冬”。在减少雾霾、环境治理方面取得了一定成效。但不论是“煤改气”还是“煤改电”都提高了采暖成本，同时国内天然气供应一直紧张，在天然气价格不断上涨、供应短缺和严禁燃煤的背景之下，河北、山西等地曾一度出现供热危机。

供热需要清洁、低碳，同时需要价格实惠、供应充足。“打赢蓝天保卫战”、实现“双碳”目标不能以牺牲百姓福祉为代价，而应通过技术创新，推动低碳排放、零碳排放甚至负碳排放的新型供热技术的广泛应用。

核能是成熟的替代一次能源之一，已经在电力市场充分展示了自己清洁、低碳的特性。与传统热源相比，核能供热可以显著减少污染物及二氧化碳排放，可以作为基荷满足大宗的供热需求，替代原有高碳排放热源，并满足持续增长的供热需求，帮助实现我国城市集中供热绿色发展及低碳转型，助力“美丽中国”“健康中国”及“双碳”战略的实现。

2核能供热概况

核能供热主要有核电厂热电联供和专用供热堆两种形式。

具体来说，核电厂热电联供是在发电之余，通过从汽轮机低压缸抽汽用于供热基本负荷，从高压缸抽汽用于供热调峰。专用供热堆则是通过专门的反应堆设计， 将全部热量用于供热，由于不用来发电，其运行参数远低于商用核电厂。目前的核能供热，都是通过核电厂热电联供实现的。

2.1热电联供

据 IAEA 统计，2020 年全球有 59 台商用核电机组（占总数的 13.3%）在发电的同时产生热水或蒸汽用来供热，这些核电厂主要分布于俄罗斯、乌克兰、瑞典等国。国外核电厂年供热量达到 2 267 万吉焦，供热面积约 7 847 万平方米。

国内从 2019 年开始使用核电厂进行热电联供。2019 年 11 月，海阳核电核能供热项目一期工程正式投用，向 7 757 户居民共 70 万平方米供热面积供热，开创国内核能商业供热先河，被国家能源局授予“国家能源核能供热商用示范工程”，海阳市也被授予“山东省核能综合开发利用示范市”。2021 年 11 月，海阳核能供热二期项目投运，为海阳市整个城区 20 万户居民共 450 万平方米供热面积供热， 海阳市成为全国首个“零碳”供热城市。2021 年 11 月 10 日，秦山核电站开始为 4 000 户居民共 46 万平方米供热面积供热，为南方集中供热项目起到了良好示范作用。红沿河核电站计划于 2022 年冬季供热期实现对周边供热，届时将成为东北首个核能供热项目。正在建设中的徐大堡核电厂一期工程也拟向周边地区供热。

核电厂热电联供的安全性与可靠性已经得到实践验证，至今积累了超过 1 000 堆年的应用经验。

2.2专用供热堆

从 20 世纪 70 年代开始，苏联、加拿大、德国、瑞士、瑞典、法国等国对专用供热堆进行了研发，完成了池式、壳式、池壳式三种堆型十余种专用供热堆设计方案，技术成熟度较高的设计包括俄罗斯的 RUTA 系列池式堆及 AST500 壳式堆、瑞典和芬兰联合设计的 SECURE 壳式堆、法国设计的 THERMOS 池壳式堆。加拿大利用热功率为 2 兆瓦的 SLOWPOKE- Ⅲ（SDR）常压池式供热堆为研究所建筑物进行了 2 年供热。

专用供热堆在 1979 年世界能源危机前后达到高潮，但是由于 20 世纪 80 年代能源形势缓解、能源价格回落，经济上缺乏竞争力等因素，均停留在了设计阶段。直到进入 21 世纪，全球变暖导致的气候危机给全世界带来了巨大挑战，供热过程中的二氧化碳减排需求与日俱增。在此背景下，核能供热特别是专用供热堆又重新登上了供热舞台。

国内已经开展了多年的专用供热堆研究。目前国内三家核电集团分别推出了自己的专用供热堆型号。

中核集团在其 50 多年泳池式研究堆安全稳定运行的基础上，针对北方城市供热需求推出了“燕龙”泳池式低温供热堆。2017 年 11 月，中国原子能科学研究院利用 49-2 泳池堆开展供热演示，为研究院约 1 万平方米办公楼连续供热 168 小时，标志着池式供热堆技术取得重要进展。目前正在吉林辽源开展“燕龙”清洁供热示范工程。

中广核集团联合清华大学，使用清华大学成熟的 NHR200- Ⅱ壳式供热堆技术开展核能供热。1989 年，清华大学在北京昌平建成了世界上首个专用的 5 兆瓦壳式低温供热堆。随后针对不同用途，开发出 NHR200- Ⅰ型和 NHR200- Ⅱ型两种型号供热堆，前者用于城市供热、热法海水淡化，后者主要用于工业蒸汽、热膜混合海水淡化。目前正在贵州玉屏开展低温供热堆示范项目。

国电投集团推出了“和美一号”一体化壳式供热堆，目前正在黑龙江佳木斯开展核能供热示范项目。

3专用供热堆迎来重大机遇

3.1国家政策

近年来国内出台了一系列文件，为核能供热特别是专用供热堆的发展提供了支持和指导：

2017 年，由十部委联合印发的《北方地区冬季清洁取暖规划（2017—2021）》明确指出，要研究探索核能供热，推动现役核电机组向周边供热，安全发展低温泳池堆供暖示范。

2021 年，国务院印发的《2030 年前碳达峰行动方案》指出，积极推动高温气冷堆、快堆、模块化小型堆、海上浮动堆等先进堆型示范工程，开展核能综合利用。

2022 年，国家发改委和国家能源局公布的《“十四五”现代能源体系》提出， 开展核能综合利用示范……推动核能在清洁供暖、工业供热、海水淡化等领域的综合利用。

3.2专家呼吁

专用供热堆技术如“燕龙”泳池式低温供热堆，得到了国内专家学者的广泛认可和推荐。

2022 年“两会”期间，全国人大代表，中核集团总经理顾军以及全国政协委员、中国工程院院士罗琦指出：

核能供暖可以显著减少污染排放且保障供热的安全性，有效改善我国能源结构，缓解日趋严重的能源供应紧张的问题，对于保护环境、保护人民身体健康，以及 缓解燃煤运输压力等具有积极意义，对我国尽快实现“双碳”目标具有重要意义。“燕龙”泳池式低温供热堆是中核集团在泳池式研究堆 50 多年安全稳定运行的基础上，针对北方城市供暖开发的一种安全经济、绿色零碳的堆型，具有极高的固有 安全性，节能减排效果显著，与目前的燃煤取暖价格相当，且不需要对城市输热管 网进行改造。应积极推动核能供热项目尽快落地，保障核能综合利用可持续发展。

3.3技术优势

利用核电厂热电联供来实现核能供热具有一定局限性。热力供应依赖供热管网，管网越长，沿程的热量和压力损失越大，热能难以像电力一样输送到几百、几千公里以外，而只能覆盖周围数十公里的范围。典型现代商用核电站单堆热功率超过 3 000 兆瓦，核电站毗邻地区难以消化如此大的供热功率。所以热电联供往往以发电为主、供热为辅，供热长期作为供电的“副产品”。同时核电站选址要求严格，有供热需求的地区不一定能建核电站。以上原因导致核电站热电联供供热， 仅贡献了全世界集中供热能源消耗总量的 0.2%，远低于核能在全世界电力供应中 10% 的占比。

而专用供热堆一定程度上解决了核电站供热的“痛点”。相比于核电站，专用供热堆选址更灵活，单堆功率低，总造价便宜，安全性好，可以贴临城市建设。专用供热堆运行参数更低，更贴近供热的需求，避免了核电站“大马拉小车”造成的高品位热能浪费。

3.4国内需求

截至 2021 年年底，我国大陆地区共有 23 个核电厂，在建和运行核电机组 71台，其中运行机组 52 台。核电站选址要求严格，我国现有核电站全部位于沿海地区，且以电力需求旺盛的东南沿海地区为主。位于秦岭—淮河线以北冬季集中供热区域内的核电站只有 6 个；集中供热需求最旺盛的东三省，仅辽宁拥有红沿河（在运）和徐大堡（在建）两座核电厂，核能热电联供能覆盖的供热范围极为有限。广大最需要供热的北方城市，特别是内陆城市，并不在核电厂核能供热的覆盖范围内。没有核电厂的广大北方内陆城市如何在保障冬季供热的同时，实现日益迫近的“双碳”目标？专用供热堆显然是一个吸引人的选项。目前，国内已有约 10 个省份 27 个城市表达了对核能供热的兴趣，包括黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古、河北、甘肃、陕西、山东、江苏、贵州等省、自治区。除了冬季寒冷的北方地区，部分大气污染严重的地区也对专用供热堆有着巨大需求。

3.5国际需求

应对气候变化、减少温室气体排放是当下全球最关注的问题之一，能源转型是各国共同的需求。2019 年年底欧盟发布的《绿色欧洲协议》指出要在 2050 年前建成全球首个“气候中和”的大洲。芬兰更是设定了本国到 2035 年实现碳中和的目标。而北欧国家本身供热需求旺盛，在此背景下，芬兰等国积极寻求替代热源。以“燕龙”泳池式低温供热堆为代表的中国专用供热堆技术，受到了国际的格外关注和青睐。

2018 年和 2019 年，“燕龙”核能供热技术两次在 IAEA 年会展览，并在主题边会上进行了宣讲。“燕龙”泳池式低温供热堆在这些会议上获得了国外同行专家交口称赞，称中国核能供热技术为应对气候变化提供了新方案。

4专用供热堆发展面临的困难

4.1缺乏适用的法规标准体系

国际上已建立比较完备的核电厂反应堆及研究堆法规标准体系，并积累了应用经验，但迄今还没有适用于专用供热堆的法规标准体系，亟须建立和完善法规及标准体系，支撑专用供热堆的开发、设计及运行。

虽然近年来 IAEA、美国均出台了一些有关小堆的法规标准，我国也相继出台了《小型压水堆核动力厂安全审评原则》（试行）、《小型核动力厂非居住区和规划限制区划分原则与要求》（试行），但尚不完整和系统。同时专用供热堆的技术和应用特点也决定了不能直接照搬小堆的法规标准。因为相比发电小堆，从技术上来说，专用供热堆功率一般更小，源项更小，运行参数更低，安全裕度更大；而从用途上来说，专用供热堆更须贴临城镇、贴近用户，而且北方的内陆地区更需要供热堆。

4.2经济性差

经济性因素是专用供热堆面临的另一个严峻问题。供热小堆单堆装机容量小，仅供热季运行，年负荷因子低，与大型核电机组相比经济性差，甚至比发电小堆的经济性还差。主要原因是供热小堆受所在地负荷制约，难以在同一厂址规模化建造，难以通过模块化、标准化设计，以及共用设施、系统等方式降低成本。

采暖是重要的民生工程，国内不同地区对传统清洁低碳供热都有一定程度的采暖补贴，而迄今还未见核能供热的采暖补贴。

供热小堆的经济性、多用途、智能化、碳税等仍需进一步优化研究。

4.3“邻避效应”更加突显

与建设在沿海的大型核电厂相比，供热小堆的邻避效应也会更明显。供热小堆适宜布置在距离负荷中心较近的城市或工业园区周边，周边居民和工作人员密度明显大于大型核电站周边，公众的抵触、排斥情绪相对较大。

5推进专用供热堆的建议

5.1完善核能供热技术的相关法规和标准

国家有关部门牵头，核行业相关院所积极配合参与，建立和完善核能供热法规标准，使核能供热在推广过程中有充分适用的法规标准支撑。这些法规标准涉及项目核准、安全评审、核应急，以及安保等领域，涵盖从选址到系统配置和安全监管的全过程。

5.2不断创新开发出安全、环保、经济的核能供热技术

充分利用非能动安全、固有安全技术，提高核能供热系统本征安全水平，从技术上确保消除大规模放射性释放的可能性；采用“源项最小化”、气液态流出物近零排放技术，进一步提高核能供热技术的环境友好性；进一步优化系统配置，采用智能设计和运维、多用途综合利用技术等，降低核能供热的成本，进一步提高经济性。

5.3加强统筹规划和政策扶持

专用核能供热技术是解决我国三北地区居民清洁低碳采暖紧迫而强劲需求的理想选择，也是实现我国“双碳”战略的重要选项，需要国家及地方政府加强统筹规划，与地区“双碳”行动、城市发展规划、供热规划等协调一致，制定专门核能供热规划、供热堆厂址规划；针对专用供热堆特别是首堆示范工程，制定相应的补贴等优惠政策，以加快推动专用核能供热技术落地。

5.4加强核科普教育和宣传

专用供热堆需贴近城镇建设，“邻避效应”问题是必须面对的。应加强核科普教育和宣传，增进公众对核能供热的认知度和接受度，并通过建立“政府 + 市场 + 社会共同参与”的多元主体治理机制、完善利益补偿机制等方式，化“邻避效应”为“迎臂效应”。

（本文刊载结束）