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趙成昆：小型反應堆有五大應用前景

小型堆的基本功能是供電或供熱，或熱電聯供。由于規模因子小，小型堆不能代替大型核電廠作為大型電網的基荷。但其具有規模小、安全性高、適用性廣和允許臨近城市等特點，可以在許多領域發揮獨特的作用，補充大型核電廠的短板。

1.為石化工業園區提供清潔熱能

石化行業需要大量的熱能和電力，二氧化碳排放量占到全國排放量的13%，其中的1/3來自化石燃料燃燒，如果實現核能替代，可以減少該行業1/3的碳排放。根據中國石油和化學工業聯合會化工園區工作委員會所做的全國性調研統計，截至2020年年底，全國重點化工園區或以石油和化工為主導產業的工業園區共有616家。大部分園區內建有熱電聯產、熱力廠和發電廠等能源基礎設施。

園區能源基礎設施有三個特點：（1）以煤為原料的機組裝機容量占比高達87%；（2）小機組，尤其是單機50MW以下機組數量占比達62%，而小機組普遍能源效率較低；（3）能源基礎設施的溫室氣體排放量平均占園區排放量的75%。

一個大型園區熱力需求在100-500t/h，1-2個熱功率為200MW的小型堆機組可滿足園區的需求。按500個園區計算，市場潛力在500-1000個機組。

2.老舊火電原址改造

2019年國家發展改革委、國家能源局出臺了《關于深入推進供給側結構性改革，進一步淘汰煤電落后產能促進煤電行業優化升級的意見》。《意見》中提出“有序淘汰煤電落后產能”，并對要淘汰關停的煤電機組作出說明。據有關部門規劃，“十四五”期間改造規模不低于3.5億千瓦。

淘汰煤電廠址可用來建設清潔能源設施。美國做過調查，80%的火電廠廠址滿足小型核反應堆的要求，還可能利用原有火電的一些設施，也無需新建輸電網，可以較大幅度降低改造成本。美國一項研究發現，利用現有的火電廠址建核電廠， 可節省投資15% -30%。我國目前尚未系統地開展過此項評估工作。

3.城市供暖

2018年我國北方城鎮供暖能耗為2.12億噸標煤、碳排放量約為5.5億噸，約占總排放量的5%。當前我國小容量燃煤鍋爐在很多城市還是主導熱源，小鍋爐的熱效率只有55%-60%，而一般燃煤鍋爐效率可達到70%以上，因此淘汰小型燃煤鍋爐將降低10% -15%的能源消耗。熱電聯產供熱效率較高，應是我國集中 供熱系統熱源節能改造的主要方向。

利用核能為城市冬季供暖，可以減輕北方地區冬季供暖的環境壓力，且在一定 程度上已被公眾接受。山東海陽核能供熱項目實現了核能進入供暖領域零的突破。該項目抽取部分核電廠產生的蒸汽用來供熱，供熱面積450萬平方米，每個采暖季減排二氧化碳18萬噸，“零碳”供暖模式覆蓋海陽全城區。一般大型核電廠距離供暖需要城市都較遠，這限制了供暖的范圍。而小型堆可以臨近城市，解決了供暖距離問題。

核熱電聯產的綜合能源利用率可達80%，單個模塊供熱能力在200MW左右的小型堆，可滿足400萬平方米用熱需求。2020年，全國城鎮供熱面積148億平方米，如果選擇部分條件成熟的城鎮采用核能供暖，其市場規模將十分可觀。

專門用于供暖的小型堆由于設計參數一般較低，且只有半年的供暖時間，利用率不高。因此，小型堆供暖需要與其他需求結合，提高反應堆的利用率。當前認為熱電聯供是最好的解決方案。

4.制氫

氫能是具有發展潛力的二次能源，主要用于交通運輸、工業、建筑及其他領域，同時還是鋼鐵、化工等傳統產業的重要原料或還原劑。根據氫能行業有關研究報告，2018年中國氫氣產量約2100萬噸，預計2030年氫氣需求將達到3500萬噸，2050年接近6000萬噸，中國政府部門已于2020年出臺有關文件，提出加快新能源發展，加快制氫加氫設施建設。

高溫蒸汽電解（HTSE）是一項新興技術，比傳統的水電解效率高40%。核能可以提供低碳的高溫蒸汽，作為一次能源，是理想的制氫技術。以清華大學開發高溫氣冷堆為例，一臺60萬千瓦機組可滿足180萬噸鋼產能對氫氣、電力及部分氧氣的能量需求，對應每年可減少能源消費約100萬噸標準煤，減排約300萬噸二氧化碳。

5.其他應用

（1）小型堆調峰能力強，可以很好地跟隨電網變動。與風能、太陽能耦合，作為基荷運行又參加調峰，提高供電質量。但小型堆發電成本高于大型堆，因此大型 堆更適合作為大型電網的基荷能源，而小型堆比較適合承擔區域小電網的基荷與調峰。

（2）為偏遠地區、島嶼或海洋資源開發提供穩定的電源，或為突發事件提供應急電源。與燃油發電比，從裝置尺寸和便利性來講，小型堆移動式電源沒有優勢，但小型堆的優勢是可以實現長期、穩定的供電，幾年內不需要補充燃料。

（3）海水淡化。我國是水資源嚴重短缺的國家，特別是北方沿海省市。發展海水淡化技術，開發利用海水資源，是解決我國水資源短缺問題的重要途徑，是我國沿海經濟社會可持續發展的重要保障。

（作者：趙成昆 趙永康 李雪峰）

第一作者簡介：

趙成昆，1966 年 1月畢業于上海交通大學船舶核動力工程專業，1981—1983年美國哥倫比亞大學訪問學者。現任中國核能行業協會專家委員會常務副主任。曾任中國核動力設計研究院院長、國家核安全局局長、中國核能行業協會副理事長等職。