推荐按语        今日中国本来是美丽的！

如果30年来就推广这项技术.....???

吕应中

         针对我国第一场全国性的严重雾霾灾难, 2013年01月4日人民网-人民日报刊载了武卫政的如下‘我有话说’：

        “‘牵着你的手，却看不见你’不是美丽中国，‘厚德载雾，自强不吸’不是全面小康。经济发展再也不能走先污染后治理的老路，城市管理再也不能以“空气不好是小事”心态来应对突发情况，居民生活再也不能只图自己方便、不管环境负担。只有形成节约资源和保护环境的空间格局、产业结构、生产方式、生活方式，从源头上扭转生态环境恶化趋势，我们才可能拥有天蓝、地绿、水净、风清的美好家园。

　 ‘同呼吸，共责任’，这责任是政府的责任，是企业的责任，也是每一个公民的责任。
美丽中国，从健康呼吸开始。”

       这一席话发表后, 立即获得千万网民的共鸣与拥护。

       本网文作者田嘉夫、赵兆颐教授, 不仅是共鸣者之一，还是积极承担责任的公民之一；他们在三十多年前，就开始与其他同事一起，研究与开发采用固有安全核能代替燃烧煤炭，降低环境污染的工作。后来他们又奔走全国北方许多城市, 宣传与推广此项技术，遇到重重困难，但知难而进, 始终坚持至今。他们及时发表这篇网文，总结了三十年来的经验教训，提出今后的建议, 堪称肺腑之言, 读之令人动容。

        我想, 不仅广大网民和各级领导，只要是读了他们这篇网文，必然会同样深有感触：“今日中国本来是美丽的！如果30年来就推广这项技术….???”。不过，我还坚信, 亡羊补牢，未为晚也！

低碳城镇的核供热能源

田嘉夫  赵兆颐
清华大学, 北京（100084）
E-mail: jftian@tsinghua.edu.cn； zhaozy@tsinghua.edu.cn

摘要：

        我国采暖供热主要依靠煤炭，大量燃煤造成城市严重污染，同时还大量排放温室气体。为适应人口密集、建筑集中的情况，我国已经建成和正在建设很多集中供热系统。在这些系统中，替代煤炭的最有效措施之一就是采用核能低温供热。但这需要开发创新型供热反应堆，它应该比现有的供热堆设计更安全、更可靠和更经济。它还应该在经济上有与常规区域供热能源相竞争的能力。本文介绍了为这种应用而设计的一种低碳城镇的新型低温供热堆。 

        为响应亚太经济合作组织（APEC）和国家能源局的号召，为节能减排、发展新能源、建设低碳城市的需要，本文提供一个完全可以应用于低碳城镇示范项目上的清洁能源技术。这项技术起源于1985年中国第一批发明专利，称为深水池供热堆的核能供热技术，是一个技术简单成熟、安全可靠、能大量替代煤炭为城市供热，并且价格低于煤炭几倍的没有碳排放的采暖能源。

        这项技术研究在中国国内前后研究了30余年。参加研究的人员已经从青壮年变成了白发苍苍的老人，可是这些老人还没有忘记，只要是好的经得住时间考验的科学技术，迟早会有机会为国家做出贡献。

        今天就世界经济发展来看，能源和环境的矛盾突出，节能减排的计划难以完成。包括中国在内的很多国家，曾经把大力发展核电作为一项减少消耗化石燃料的重要手段。但是就在核电蓬勃发展之际，发生了日本福岛核事故，犹如一盆冷水浇灭了核电的发展势头。我国也慎重地吸取教训，决定今后主要建设安全性更高的第三代核电，暂停内陆核电的审批，降低了核电发展速度。

        但是，一场震惊世界的核事故，却极大地唤醒了公众对核能安全的关注，大家对电视和媒体的报导议论纷纷，对核能已经有了进一步的了解。前些年我国有十多座城市都曾开展核能采暖低温供热和海水淡化的可行性研究。曾有许多地方领导、市政和供热等部门人员参与，他们十分关心核能的应用和发展，这次目睹了核电站厂房爆炸，事故后向我们提出许多疑问。主要的担心就是原设计的池式供热堆是否可以建造在城市附近，是否可能发生类似事故？

        以前有些城市批准了深水池核供热工程立项，可以肯定这种设计绝不会发生类似日本福岛核电站的事故。过去认为这种堆型“过于”安全，当时国外还没有如此安全的设计，出自国内专利的技术没有成为国家主攻方向。今天从国内外多年研究情况来看，这种常压运行的水池型反应堆，能在靠近城市保证安全的基础上，实现经济的供热，是一条合理可行的技术路线。这条路走了三十年，如果我们在核事故深刻教训面前，正确识别科学研究成果，将能为我国特有的庞大的城市集中供热系统，找到一种崭新的经济的清洁能源，为大量地减少供热领域的污染和排放开辟一条新路。下面简单介绍核供热研究历程、深水池供热堆设计特点、专家评审意见以及应用前景。
1． 低温供热堆研究历程

        1981年，在我国中小型动力堆会议上，我们首先提出开展低温核供热研究的建议中，论述的依据就是池式供热堆。1983年清华大学原有的池式研究堆，实现了采暖供热实验，这是我国第一次核能低温供热实验。在这一基础上，研究设计了深水池式供热堆，并于1985年获得我国首批发明专利，也是清华大学第一批发明专利之一。此后多年进行了深入研究。

        深水池供热堆研究的出发点很明确，就是设法将供热堆系统压力降下来，直至降为常压。这样堆内就没有向外喷泄和造成泄漏的内能，获得良好的固有安全性。世界上曾运行几百座用于实验研究的池式堆，有些就建造在大城市之内。我国于1964年在北京就建成了两座池式研究堆，它们安全性好造价低廉，至今还在使用。为实现常压供热，池式堆采取了如下技术措施：

        加深水池，以深水静压力提高堆芯出口水温；

        满足国内高温差供热管网中采暖基本热负荷的需要，循环水温达到90/60C或100/70C，对国内低温差热网也自然满足了要求；

        堆芯出口水经过放射性衰减，可采用垫片板式换热器，这种换热器技术成熟价格低廉，适合大面积使用以减小换热器传热温差。

        采用了这些措施，反应堆堆芯就可以不放在密闭的压力容器内，而是放在一个开口水池的深处，实现常压池式堆供低温热能。只有这样才能保证在正常工况或是在任何可能发生的事故工况下，都不会出现超压事故，真正获得了反应堆最重要的固有安全性。

2．深水池供热堆特点

        世界多数的供热堆设计都是把反应堆放在压力容器内，在几十个大气压下运行，深水池供热堆不同，它是在常压下工作，因此具有如下突出特性：

1.商用规模供热堆（100～200MW）采用具有固有安全特性的造价低廉的深水池结构；

2.正常运行和事故工况下，系统处于常压状态，不会出现超压事故，没有潜在喷泄的内能；

3.反应堆水池有1200 m3水，池外还有700 m3的备用水源，是安全和冷却的最好保障，如果出现类似福岛的丧失全部电源事故，3个月内无人干预也没有问题；

4.热交换器位置高于堆芯，热水与冷水高度差大于10 m,余热冷却可依靠自然循环；

5.断电事故时，没有控制棒插入情况下，也能够自动降低功率和停堆；

6.能实现由强迫循环向自然循环的非能动转换，过渡过程不出现瞬态参数异常；

7.堆芯出口水经放射性衰减，换热器和水泵可使用价廉而有大量使用经验的标准设备；

8.主要设备安装在池外的几个隔间内，便于分部维修，保证供热运行的可靠性；

9.主要系统和设备处于地面下，地表有厚混凝土防护盖板，可预防自然的和人为的意外事件；

10.采用扩展堆芯装量的加深燃耗措施，达到大型动力堆燃料的深燃耗，燃料成本低。

3．国内专家评审意见

       国家核工业、核安全、城建和环保等部门的专家一致赞成我国可以首先在这样的新能源项目上做出示范和进一步推广应用。在1989至1996年的多次项目审查论证中，给予十分肯定的结论。于2000年，在北京召开了不同技术方案供热堆的评估论证会议，会议纪要中关于池式供热堆的评估论证意见摘录如下：

“池式堆的可行性

        池式供热堆方案的主要特点是将堆芯放在一个开口的深埋地下的钢筋混凝土容器内，利用水层的静压力提高出口温度，以满足供热的要求。钢筋混凝土深水池与壳式堆的钢制压力容器相比，其性能可靠，坚固耐久，没有辐照损伤问题，建造容易、建造费用相对较低。

        深水池的设计、建造以及水池衬里泄漏探测、维护方法等国内已经掌握，国内已有建造三座池式试验堆的经验和核电站换料水池的经验。

        水池表面为常压，没有密封加压要求，省去了许多压力系统和设备，省去了预防超压，失压的安全措施，系统简化，很多设备可采用已有使用经验的核设备材料和常规设备材料。

        核燃料组件可采用秦山一期成熟使用的核燃料组件，控制棒及其驱动机构可采用大型生产堆上的成熟技术或池式试验堆上的技术。一回路主泵和板式热交换器、阀门等均可采用国内已有技术和产品。池式堆的设计、设备制造和建造技术都是可以实现的。”

        “池式堆虽未列入国家科技攻关计划，经过清华大学等科研设计单位的多年努力，已取得了重要科研成果，建议国务院有关部门给予经费支持，完成必须的试验验证工作，以早日具备实施示范工程的条件，发挥池式堆的经济优势（可降低造价）和技术潜力。低温核供热是我国自己开发并享有自主知识产权的高新技术，宜进行示范工程，为我国核能的利用，开拓新途径打下基础。”

        从以上专家语重心长的评审意见可以看出，专家们给出全面肯定的评价，对这项创新技术的应用，寄予了无限的期望。

4．一些城市曾批准深水池核供热示范项目工程立项

        深水池供热堆曾完成北京郊区、辽宁阜新、天津等核供热工程预可行性研究。其中阜新市和天津市曾批准示范工程立项。

        1988年，天津市考察了国内各种低温供热堆的研究情况及听取有关核研究单位专家意见，考察后他们选择了深水池供热堆。天津市深水池核供热工程预可行性研究完成后，国内专家给予很高评价。以后又召开了国家地震局和国家核安全局专家会议，对天津市西南区汪顶堤外的核供热站选址给予肯定。当时法国原子能委员会对深水池堆设计也很有兴趣，法国专家考察了天津的深水池供热堆设计和厂址选择，他们认为池式堆非常安全，并介绍法国巴黎就建有大型池式研究堆。法国还邀请天津市访问了法国核工业基地，参观了原子能委员会的70MW大型池式实验堆，这座堆紧靠巴黎市区边界，已经运行20多年。因此得出结论，临近城市建造大型池式反应堆国际上是有先例的，在安全上可以放心。因此，于1995年，正式批准天津深水池核供热工程立项，但后来天津项目没有继续进行下去。

5．清洁而又廉价的能源

        同样在2000年的评审论证中还提到核供热有助于保护环境：“建设2×200MW核供热站，每年只需1.8吨燃料铀，可替代35万吨原煤，每年减少向大气排放二氧化碳49.5万吨，二氧化硫0.77万吨，氮氧化物0.2万吨，烟尘0.14万吨，排放的放射性仅为燃煤锅炉的2％左右，具有明显的环境效益”。 核能用于供热能够改善城市环境，减少排放是勿庸置疑的。

        核供热站投资高而燃料费用低，适宜供应采暖基本热负荷。例如：一个500 万m2建筑面积的集中供热区域，由燃煤锅炉供热时，每年大约消耗煤炭20万吨。由核供热时，由1座200MW供热堆供应基荷。每年可取代17万吨煤炭，消耗1吨核燃料，其费用大约为2000万元。200MW的供热堆的初始投资，与规模相同的燃煤锅炉的建造费用相比，大约高出1倍左右，但使用寿命可达60年，远远高于锅炉寿命。

        近年来由于国内能源形势的发展，我国煤炭价格大幅度上涨，在东部地区，采暖煤炭每吨价格已经达到和超过800元。燃煤锅炉供热每年的17万吨燃料费将超过1.4亿元，很明显仅仅与燃煤的燃料差价，就有能力很快回收建设核供热站的投资。

        另外，国内核电与火电相比，经济性上没有这种优势，核供热为什么不同呢？因为在核电成本中，投资影响占主要部分，特别是在我国情况下，由于部分技术和设备进口，投资费用所占比例更高，发电成本还高于火电。但核供热站成本中投资成本大大降低。另外，燃料利用率两者有较大差别，核电效率大约为33％，而火电效率一般超过37％，核能效率处于劣势。而核供热效率为98％，集中供热的较大型锅炉效率，75％已经是较高的了，替代煤炭效率处于优势。因此核能低温供热与核电不同，它具有与常规能源在经济上竞争的优势，在我国核燃料费可能会比采暖煤炭费用低2或3倍，比天然气供热费用低，而且有更好的环境效益。

6．自主开发创新能源是国家的需要

        我国人口密集，城市建筑集中，与西方国家不同，为采暖兴建了很多集中供热系统。由于正处于高速城市化的进程中，集中供热系统以惊人的速度和规模发展。全国集中供热的建筑面积从2000年的11亿平方米，发展到2005年为25亿平方米，到2007年，已达到30亿平方米。目前的发展速度是每年超过4亿平方米。为这一系统每年提供的总热量超过30亿吉焦，大约消耗煤炭2.4亿吨，排放温室气体3.5亿吨。在这样一个广阔市场中，只要一小部分热负荷改由核供热提供，就显出巨大的效益。例如：5亿平方米的基本热负荷由核供热提供，则需要建造100座200MW供热堆，每年可替代煤炭1700万吨，减排温室气体2500万吨。若每年增加的4亿平方米集中供热面积的基本负荷由核供热提供，则每年需要增加200MW供热堆80座。

        这种深水池供热堆的另一项应用，就是为海水淡化提供热源。在目前各种热法淡化工艺中，低温多效蒸馏法经济性较好，并已经具有大规模生产经验，技术成熟，适合与低温供热堆耦合建设海水淡化站。由中国企业自主设计研发的两台大型(4500吨水/日)低温多效淡化设备已出口到印度尼西亚,于2011年10月12日正式运行。这种淡化工艺要求供应的蒸汽温度不高于72℃，正好与这种采暖供热的温度要求相同。1座200 MW供热堆配合海水淡化装置，可日产淡水80000吨。水资源短缺是我国也是世界很多地区面临的重大问题，而且随着经济的发展和人口的增加将日趋严重，因此解决海水淡化的大规模的清洁能源具有重要的长远意义。

        综上所述，这是对国家有广泛需求的节能减排优质能源，是城市希望得到的有保障的采暖能源，是环境保护需要的无污染排放能源，也是有利于经济可持续发展的低成本能源。为积极响应“新能源•新城市——经济转型中的低碳城镇发展”的需要，在国家能源局和有关部委的支持下，本文建议在一座北方低碳示范城镇中，建设采用深水池供热堆供应采暖基本热负荷的集中供热系统，作为城市市政基础设施，在运行中，为更广泛地推广应用做出工程示范。

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