叶奇蓁:我国核能的创新发展

  发布时间: 2022年06月24日 12:31:04   作者: 广丰能源网

  核能发展对保障安全,实现“碳达峰、碳中和” 目标具有重大意义。国家能源局、科学技术部编制的 《“十四五”能源领域科技创新规划》体现了科技引领、创新驱动、自立自强的精神,为贯彻“在确保安全的前提下,积极有序发展核电”的方针提供科技支持。

  一、安全高效核能技术

  核能作为一种清洁能源,在降低煤炭消费、有效减少温室气体排放、缓解能源输送压力等方面具有独特的优势和发展潜力,是实现“碳达峰、碳中和”目标的重要能源组成。近年来核能发电为以安全、高效、清洁的方式供应电力,同时又解决环境和气候变化问题,提供了极其现实的选择。核能能够现实可靠地供应可调度电力,与发电波动性强、不易调度以适应电力需求的可再生能源(如风能或太阳能)形成很好的补充。核电站既可作为基荷、供应可调度电力,又可参与调峰响应电能需求,在没有风和阳光时,与间断性的可再生能源(如风能或太阳能)形成很好的补充和支撑。

  截至2021年6月30日,我国在运核电机组51台,全球第三;我国在建核电站15台,全球第一;核能发电量超过法国,全球第二。全球首台三代核电机组均在中国建成发电,我国自主设计的三代核电“华龙一号”,包括出口巴基斯坦的,均已按计划建成投运。自主设计的三代核电“国和一号”正按计划进行建设。在总结设计建设和运行经验基础上,吸取新的科技创新成果,“华龙一号”和“国和一号”将不断优化升级,“华龙系列”和“国和系列”将是我国核电建设的主要机型。我国核电技术与国际核电大国同处国际先进行列,但核电占比尚只有个位数,发展空间宽阔,核电科技研发需求十分巨大。

  (一)核能综合利用

  十部委联合发布的《北方地区冬季清洁取暖规划(2017-2021 年)》将核能纳入了清洁取暖能源之一,同时还提出“加强清洁供暖科技创新,研究探索核能供暖,推动现役核电机组向周边供暖,安全发展低温泳池堆供暖示范。目前我国城镇集中供热燃煤热电联产占48%,燃煤锅炉占33%,清洁热源不过4%;清洁供热、低碳发展要求取缔散煤燃烧和小锅炉、压减大型燃煤锅炉已经成为能源结构转型的大趋势,核电站热电联供具有重要的意义。山东烟台海阳核电站,通过抽汽供热,为 7000 多户居民、约 70 万平方米的居民提供了源自核能的热能。据测算,核能供热项目首个供暖季(五个月)累计对外供热 28.3 万GJ,节省标准煤 9656 吨,减排烟尘 92.67 吨、二氧化硫 158.9 吨、氮氧化物 151 吨以及二氧化碳 2.41 万吨,环保效益显著;并使海阳核电厂热效率从36.69%提高3.25%,达39.94%。目前已完成二期供热工程,为450万平方米的居民供热,取代了当地12台燃煤锅炉,节约原煤约10万吨,减排18万吨二氧化碳。海阳核电正在加快推进以核电热电联产方式进行的核能供热,1、2号机组稍加改造后,即可具备3000万m 供热能力。随着后续机组建成投运,预计最终可提供超过1亿m 供热能力,供热半径达130km,每年可节约标煤约数百万吨。

  核电站海水淡化:利用二回路低压缸抽汽经换热生成120℃~100℃热水(中间介质),以热水为动力,采用低温闪蒸技术,通过——多效蒸馏、多级闪蒸两套独立的海水淡化装置,生产95℃热淡水8t/h,耗电量:1.5kWh/t淡水,热效率82%。所生产的热淡水可为居民供热,同时为缺水地区提供淡水。

  (二)耐事故燃料开发

  由于放射性物质主要保存在燃料元件内部,要“从设计上实际消除大量放射性物质释放”,最佳选择是将事故序列中止在燃料元件破损之前。现有的三代核电主要在安全系统的改进上提升核电站的安全性,核电燃料发展新概念——耐事故燃料(Accident Tolerant Fuel),提供更长的事故应对时间、缓解事故后果,在尽量不降低经济性的前提下提高电站安全性、特别体现在燃料的事故安全性能上。主要表现在降低堆芯(燃料)熔化的风险,缓解或消除锆水反应导致的氢爆风险,提高事故下裂变产物的包容能力,进而从根本上提升核电站的安全性,简化核电站的系统,提高核燃料的燃耗,降低核燃料的费用,提高核电站的可利用率,有利于进一步提高核电的经济性。

  (三)人工智能在核电站应用—智慧核电建设

  核工业是高科技战略产业,是国家安全重要基石,人工智能的应用具有重要意义。落实新一代人工智能在核能行业发展,需深入并广泛应用以工业机器人、图像识别、深度自学习系统、自适应控制、自主操纵、人机混合智能、虚拟现实智能建模等为代表的新型人工智能技术。

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