本文來自微信公眾號：地球知識局 （ID：diqiuzhishiju），作者：正則靈均，校稿：朝乾 ，編輯：板栗
說到集中供暖，北方的小伙伴可能再熟悉不過了。在他們的記憶里，許多年前，很多家屬院都有自己的燃煤熱水鍋爐，給小區(qū)供暖。后來，國家為了節(jié)能環(huán)保，開始推行集中供暖，利用集中熱源通過熱網(wǎng)向周邊地區(qū)的企業(yè)、居民提供生產(chǎn)和生活用熱。
說到核電，許多小伙伴或許也不會太陌生。俯瞰我國像一張弓的大陸海岸線，分布于沿海八個省區(qū)的 18 個核電基地串珠成鏈，筑起了我國從核電大國向核電強國邁進的堅實底氣。
核能作為清潔的能源
在中國未來的能源版圖中具有舉足輕重的地位
（中國商業(yè)運行中的核電廠分布）▼
可是，核電和集中供暖放在一起，或許會讓許多人覺得新奇。
核能可以用來供暖？
2022 年 11 月 1 日，作為東北地區(qū)首個核能供暖項目，遼寧紅沿河核電站核能供暖示范項目正式投運供熱，為當(dāng)?shù)亟鼉扇f居民提供冬季取暖保障。
紅沿河核電站是東北地區(qū)首座核電站，也是目前東北最大電力能源投資項目，共建設(shè) 6 臺核電機組，總裝機約 671.3 萬千瓦，是目前國內(nèi)在運裝機容量最大的核電站。
紅沿河核電 6 號機組于今年 6 月式實現(xiàn)商業(yè)運行
隨著 6 號機組并網(wǎng)紅沿河核電站已成為世界第三大核電站
（紅沿河核電站 圖：en.cgnp.com.cn）▼
紅沿河核電站核能供暖示范項目規(guī)劃供熱面積 24.24 萬平方米，利用紅沿河核電站汽輪機抽汽作為熱源，替代紅沿河鎮(zhèn)原有的 12 個燃煤鍋爐房，新建一次管網(wǎng)近 10 公里、二次管網(wǎng) 5.7 公里，換熱站 4 座。
該項目投產(chǎn)后具有顯著的環(huán)保效益，每年可以減少標(biāo)煤消耗 5726 噸，減排二氧化碳 1.41 萬噸、二氧化硫 60 余噸、灰渣 2621 噸。
紅沿河核電站給居民送溫暖的同時
也守護了紅沿河鎮(zhèn)的一片藍天
（核能供暖項目一次管網(wǎng)安裝現(xiàn)場 圖：china-nea.cn）▼
你也許會有“劉姥姥初入賽博坦”的感覺，進而衍生出“核能還能用來供熱？”“會不會暖氣里面的水輻射超標(biāo)？”等疑問甚至擔(dān)憂。
畢竟在很多北方人的記憶里，熱源一般為熱電聯(lián)產(chǎn)的熱電廠、燃煤或燃氣供熱鍋爐、工業(yè)余熱等，和核電是八竿子打不著的。
然而，核能供暖并不是一項新技術(shù)。20 世紀(jì) 60 年代，瑞典原型核動力反應(yīng)堆 Agesta 建成投運，成為世界上第一個民用核能供熱的核電站。
核能供暖拓展了核能應(yīng)用的邊界
讓我們看見了核能更多的可能性
（Agesta 圖：Arvid Nilsson，AB Atomenergi）▼
此后，多國開始利用核能供暖，目前全球在運的 400 余臺核電機組中，有約十分之一已實現(xiàn)熱電聯(lián)供。
供熱行業(yè)市場空間有多大？
近年來，我國城市供熱行業(yè)規(guī)模穩(wěn)步增長。據(jù)住建部、國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2012-2021 年，我國城市供熱總量從 29.54 億吉焦增長至近 42 億吉焦，年化增長率 3.98%。
其中，蒸汽供熱總量從 5.16 億吉焦增至 6.49 億吉焦，年化增長率 2.57%；熱水供熱總量從 24.38 億吉焦增至 35.48 億吉焦，年化增長率 4.26%。
一些開始供暖的南方城市也貢獻了一些數(shù)據(jù) ▼
隨著我國城市化進程的快速推進，全國集中供熱面積和供熱管道里程也在逐年增長。根據(jù)我國住建部相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，至 2021 年末，我國集中供熱面積已經(jīng)達到 106.03 億平方米，近十年來年均增長 8.28%。
供熱總面積的增長十分穩(wěn)定
近似一條斜直線了 ▼
其中，山東和遼寧供熱面積均已超過 10 億平方米；我國集中供熱管道長度也已經(jīng)達到了 42.6 萬公里（2020 年），較 2012 年增長 1.66 倍。
在對追求美好生活動力的驅(qū)動下
這一數(shù)字還會繼續(xù)增長 ▼
早期，我國北方地區(qū)供暖主要采用分布式供暖方式，主要熱源是小型燃煤鍋爐，能源消耗高，供暖效率低，同時也沒有任何后處理裝置，污染比較嚴(yán)重。
為滿足節(jié)能減排、綠色環(huán)保要求，國家開始大力推動集中式供暖，用熱電聯(lián)產(chǎn)與大型供暖鍋爐作為熱源，逐步淘汰小型燃煤鍋爐。
我們都知道，燃煤鍋爐參數(shù)越高，效率就越高。熱電聯(lián)產(chǎn)可以實現(xiàn)燃煤電站能量梯級利用，能源利用率更高，可以顯著降低能源消耗，不過也只能覆蓋到熱電廠周邊一定范圍的區(qū)域。
對那些附近沒有熱電廠的區(qū)域，則采取建設(shè)大型供暖鍋爐的方式進行供熱，把本來散燒的煤炭集中起來，參數(shù)高了、跑冒滴漏少了，自然能效也就上去了。因此，我國集中供暖依靠的一次能源也主要是煤炭。
隨著老百姓生活水平的提高，對供熱的需求也會逐步增加，我國城市供熱市場仍會維持較快的速度增長，有研究機構(gòu)預(yù)測我國五年內(nèi)供熱總量或?qū)⒊^ 50 億吉焦。
這就意味著，大概還有 8 億吉焦的增長空間。那么，這 8 億吉焦的增長靠什么頂上呢？
冬季供暖靠什么？
盡管煤是我國第一大一次能源，當(dāng)下我們離不開煤炭、煤電，但是長遠來看，要實現(xiàn)碳中和，煤炭勢必會有一個減量的過程。
根據(jù)中央相關(guān)文件，在煤炭消費方面，我國將加快煤炭減量步伐，“十四五”時期嚴(yán)控煤炭消費增長，“十五五”時期逐步減少，逐步減少直至禁止煤炭散燒。
中國的減排承諾說到做到
這才是一個大國該有的擔(dān)當(dāng) ▼
煤電方面，將統(tǒng)籌煤電發(fā)展和保供調(diào)峰，嚴(yán)格控制新增煤電項目，新建機組煤耗標(biāo)準(zhǔn)達到國際先進水平，有序淘汰煤電落后產(chǎn)能，加快現(xiàn)役機組節(jié)能升級和靈活性改造，積極推進供熱改造，推動煤電向基礎(chǔ)保障性和系統(tǒng)調(diào)節(jié)性電源并重轉(zhuǎn)型。
煤電作為基礎(chǔ)電源的地位現(xiàn)在還難以替代
清潔高效就是煤電的綠色轉(zhuǎn)型 ▼
因此，未來新增供暖中，優(yōu)先級最靠前的可能是利用周圍燃煤電站的供熱改造，讓煤電機組在發(fā)電的同時，可以為周邊工業(yè)企業(yè)和居民提供熱能，最大程度推動能量梯級利用。
利用供熱改造的電廠還是能貢獻很多熱量的 ▼
天然氣作為較清潔低碳的化石能源，確實是個好東西，利用靈活、熱值高、污染少。也成了歐洲清潔低碳轉(zhuǎn)型的重要支撐能源。但此次俄烏沖突帶來的歐洲天然氣亂象，也讓我們更加深入地認識到“飯碗握在自己手里”的重要性。
當(dāng)前，我國天然氣對外依存度已經(jīng)到了 45%，如果新增的供暖需求一股腦都用燃氣發(fā)電或天然氣能源站來供應(yīng)的話，氣從哪里來就會成為一個很緊迫的問題。一旦對外依存度過高，就很容易被人卡脖子，尤其是天然氣應(yīng)用基本上涉及到我國生產(chǎn)生活的各個方面。
天然氣對外依存度與日俱增
尋找代替的能源就顯得更為重要了 ▼
近 1/6 的天然氣都用于發(fā)電與供熱了 ▼
關(guān)于冬季供暖能源問題，根據(jù)去年 1 月 8 日召開的國常會，“要堅持宜煤則煤、宜電則電、宜氣則氣，持續(xù)做好群眾取暖特別是北方地區(qū)取暖用能保障”。
也就是說，要盡量做好清潔低碳、成本可承受、資源可獲得之間的平衡。生物質(zhì)清潔供暖、地?zé)峁┡?、低品位余熱供暖、核電余熱供暖都可以占得一席之地?/p>
核電怎么供暖？
核能具有高效率和持久性強的特點。目前人類利用核能的途徑包括兩條：核裂變和核聚變。
核裂變已達到實用階段，軍事領(lǐng)域造出了原子彈，能源領(lǐng)域建造了眾多核電站。而核聚變雖然在軍事領(lǐng)域已造出了氫彈，但能源領(lǐng)域還處于科技攻關(guān)階段，尚未取得商業(yè)化成功。
核聚變釋放的能量比核裂變大太多
想控制它不搞破壞為己所用太難了
（氫彈爆炸如同滅世 圖：USDOE）▼
所以當(dāng)前，核能發(fā)電主要是利用鈾-235 的核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)釋出大量的熱能，利用這些熱能將水變成水蒸氣，再利用水蒸氣推動汽輪機帶動發(fā)電機發(fā)電。
熱中子轟擊 U-235 原子后，會放出 2 到 4 個中子
中子再去撞擊其它鈾原子，從而形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)而自發(fā)裂變
（圖：IAEA）▼
乍一看，似乎和煤電廠很類似，主要區(qū)別在于“鍋爐”不一樣：煤電廠的鍋爐就是燃煤鍋爐，而核電廠的“鍋爐”是核反應(yīng)堆，專業(yè)的術(shù)語叫“核島”，是指安全殼及其內(nèi)部全部的設(shè)備或系統(tǒng)。
核反應(yīng)堆產(chǎn)能比鍋爐強很多
安全措施也和鍋爐也不是一個級別的
（圖：wiki）▼
這個“安全殼”由預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土構(gòu)成，還可以在預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土安全殼內(nèi)增加一層鋼制安全殼，這樣就甚至能承受商用飛機的高速撞擊。
堆芯是核島中的核心，主要由燃料組件及控制棒驅(qū)動系統(tǒng)組成。核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)會放出海量的熱量，這些熱量會被堆芯中的水所吸收，通過一回路流經(jīng)蒸汽發(fā)生器，將熱量交換給二回路中的水。
核裂變所釋放的熱量是十分驚人的
降溫是控制核反應(yīng)的極其重要的環(huán)節(jié)
（堆芯設(shè)計圖 圖：wiki）▼
二回路以后的流程與煤電廠是一樣的，二回路中的水受熱轉(zhuǎn)化為一定參數(shù)的蒸汽，驅(qū)動汽輪機運轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機發(fā)電。
在這個過程中，一回路二回路的水是完全隔絕開的。為了安全起見，堆芯放置在鋼制壓力容器中，壓力容器、一回路管道、主泵及蒸汽發(fā)生器都放置在安全殼中。
危險因素都被安全殼給“鎖死了”
（圖：IAEA）▼
而核能供熱，主要是從核電機組二回路抽取蒸汽作為熱源，通過廠內(nèi)換熱首站、廠外換熱站進行多級換熱，最后經(jīng)市政供熱管網(wǎng)將熱量傳遞至最終用戶。其原理和煤電廠供熱一樣，都是余熱利用。
核電站與供熱用戶間有多道回路進行隔離，每個回路間只有熱量的傳遞，沒有水的交換，所以居民大可不必擔(dān)心輻射。
不僅零輻射而且還零碳
大家可放心使用
（圖：OECD）▼
在世界范圍內(nèi)，核能供暖已經(jīng)有了廣泛應(yīng)用。從國內(nèi)外核能供熱實踐看，核能供熱的安全性、可靠性也得到了證明。
安全可靠的核熱可不止供熱那么簡單
人類已經(jīng)在想怎么從各種方面榨干核熱的價值了
(圖：IAEA）▼
即便是在我國，紅沿河核能供暖也不是我國在這個領(lǐng)域的首次嘗試。此前，山東海陽和浙江海鹽均已邁入“核能供暖時代”。
如 2019 年 11 月投運的如山東海陽核電廠的“暖核一號”供熱項目，讓海陽市成為了全國首個“零碳”供熱城市，實現(xiàn)了當(dāng)?shù)孛癖?、地方政府、熱力公司、核電企業(yè)以及生態(tài)環(huán)保的多方共贏。
盡管核電不是可再生能源，但和風(fēng)電、光伏這些新能源比，核能在穩(wěn)定性上具備較大優(yōu)勢。隨著國家先立后破推動“雙碳”工作，核電作為清潔能源近年來受到越來越多的重視。
當(dāng)前，我國在運核電機組裝機位居世界第三，共計 53 臺、5553 萬千瓦（美國在運 9471.8 萬千瓦，位列第一；法國在運 6137 萬千瓦，位列第二）。
中國核電裝機容量增速雖時快時慢
但一直在保持增長 ▼
我國在建機組裝機容量全球第一，共計 23 臺、2419 萬千瓦，至 2025 年，投運核電裝機將達到 7000 萬千瓦左右，超過法國成為全球核電裝機第二大國（當(dāng)前法國在建機組僅有 163 萬千瓦左右）。
不過，當(dāng)前我國核電滲透率仍存在提升空間。目前，核電發(fā)電量占我國總發(fā)電量的比重不足 5%，盡管呈現(xiàn)逐年增加的趨勢，但仍低于新能源的占比，也顯著低于許多發(fā)達國家的水平。
現(xiàn)在的低占比也展示了核能發(fā)展的巨大潛力
中國核電未來可期 ▼
國家能源局在《2022 年能源工作指導(dǎo)意見》中提出，組織實施《核能集中供熱及綜合利用試點方案》，推進核能綜合利用。而核能供熱就屬于核電的綜合利用的范疇內(nèi)。
按照規(guī)劃，到 2025 年，我國核電運行裝機容量要達到 7000 萬千瓦左右。屆時，也將由更多城市感受到來自核能的溫暖。
數(shù)據(jù)來源：
1.國家統(tǒng)計局
2.住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部：《2021 年中國城市建設(shè)狀況公報》
3.世界核協(xié)會、
4.國際原子能機構(gòu)
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