从核能供热到核能制氢，再到核能供汽，核能正在突破单一发电向综合利用有序转变。
“核”能生“汽”，提供清洁能源
核能供汽，顾名思义就是利用核电站的热量供应工业蒸汽。这是目前解决石化产业用汽需求、降低综合能耗和减轻环境污染的一种新途径。
江苏核电专家咨询组组长谢江红告诉《科技周刊》记者，核能供汽主要是从核电机组的二回路抽取蒸汽作为热源，经过多级完全隔离的换热方式制备工业蒸汽，最后经工业用汽管网将热量传递至用户端。
“其实，我们可以把这一过程想象成‘双层加热’的‘自嗨锅’”谢江红给核能供汽项目作了一个形象的比喻。我国的核电站由核岛和常规岛组成。其中，在核岛内进行的核反应就是一回路，一回路吸收核反应产生的热量，将二回路内的水变成蒸汽，也就类似于‘双层加热自嗨锅’最外层的加热包。二回路就是常规岛，在核能发电时，二回路的蒸汽在汽轮机里面膨胀做功，将蒸汽热能转化为汽轮机的旋转动能，并带动发电机将机械能转化为电能。而在进行供应工业蒸汽时，一小部分二回路蒸汽会通过单独的管道前往三回路。因此，二回路也就相当于‘双层加热自嗨锅’中间的加热包。三回路即工业蒸汽回路，这里面有淡化后的海水。来自二回路的蒸汽又会将这些淡化海水加热形成满足石化产业园参数要求的工业蒸汽，最终经过三回路管网传送到用汽端。也就是说，三回路内的淡化海水就是‘双层加热自嗨锅’的‘食材’，最终成为工业蒸汽。”
田湾核电蒸汽供能项目主蒸汽管线系统分别取自3、4号机组常规岛主蒸汽联通管，可以保证双机组联供且互为备用，更加确保了供汽的稳定性。“也就是说，这需要在3、4号机组二回路蒸汽管道上进行一定的改造。而针对工业蒸汽转换系统则是建设一个独立的能源站，从3、4号机组常规岛主蒸汽联通管上取的主蒸汽送至该能源站，与海水淡化的水隔离换热后变成凝结水再回到3、4号机组二回路循环使用。” 谢江红表示。中核集团田湾核电站蒸汽供能项目建设周期24个月，预计2023年底投产供汽。
如何保障核能供汽的安全性，是值得关注的问题。江苏核电该项目负责人刘永生介绍，为了保障安全性，项目设计了三重保障体系，首先通过核电站自带的四道安全屏障保障二回路蒸汽清洁安全，没有辐射。其次借助独立管道系统确保一回路和二回路、二回路和输气的三回路之间物理隔离，保证在主换热器泄漏的情况下放射性也不会进入供热管道。而且，在每个回路中还都设置有辐射监测设备，时刻监测二回路、三回路的蒸汽放射性在自然环境的本底，确保安全。
促进“碳中和”，“核”“汽”共生财
“核能供汽是我国乃至国际上核能综合利用的一个重要方向，在国外已经有成熟的运用。”谢红江告诉记者，石化产业、钢铁产业都是高耗能产业，其能源长期主要依赖于天然气、煤等化石能源，而在全球化石能源紧缺、价格上涨的背景下，聚焦“碳达峰”“碳中和”的战略目标，核能供汽可以替代天然气、煤等化石能源，为石化、钢铁等高耗能产业提供安全、稳定、高效、零碳的清洁能源，助力全国石化等高耗能产业转型升级，对实现国家“双碳”战略目标具有重要的、标志性的意义。
谢江红给记者算了这样一笔经济账，项目建成后，每年可为连云港石化基地提供480万吨工业蒸汽，可实现每年减少燃烧标准煤40万吨，等效减排二氧化碳107万吨、二氧化硫184吨、氮氧化物263吨，相当于新增植树造林面积2900公顷。同时每年为石化基地节省了70多万吨碳排放指标，提供了更多的环境空间。“折算一下，40万吨的标准煤相当于11428节火车皮拉的煤炭，也就是说，平均一天可节省32车煤炭。而使用1吨核能制备的工业蒸汽，至少可以减少0.22吨的碳排放、节省0.15吨碳排放指标，这是一个相当高的比例，有着明显的减排效果。”
2021年10月，国务院印发的《2030年前碳达峰行动方案》聚焦“十四五”和“十五五”两个碳达峰关键期，明确指出了提高非化石能源消费比重、提升能源利用效率、降低二氧化碳排放水平等主要目标。
“蒸汽是石油化工企业中不可缺少的热源和动力源。”江苏方洋能源科技有限公司项目负责人郝敏告诉《科技周刊》记者，石油在炼化过程中，需要使用蒸汽进行热能量转化，而石油化工输油管道则需要蒸汽进行保温和伴热等等。核电零碳蒸汽将有助于连云港徐圩新区成为国内化工行业首个核能零碳供汽园区。
除了核能供汽外，核能在海水淡化方面发挥的作用也不可小觑。江苏核电设计部门常规岛工艺科副科长张震告诉记者，核电站有三大特点：靠海边、有蒸汽能源、有电。这三点正是海水淡化的主要条件。核电的蒸汽、电又是清洁零碳能源，因此，核电开展海水淡化也是核能综合利用的一个重要方向。
田湾核电站海水淡化项目设计淡水产能为每小时1520吨，最大可达到每小时1680吨，采用的是膜法海水淡化工艺。张震介绍，其用途是向田湾核电站1到8号机组除盐水子项、厂区冷却水、工业蒸汽供能项目等提供淡水。项目投产后，将节省每小时1520吨的淡水系统的供应，同时还可以充分利用核电站温排水余热，每年能减少温排水排放量约8600兆瓦，减少温排水的排放量将有利于保护海洋生态环境。未来，在有需求的情况下，核电站能够为工业用户、城市居民提供具备饮用条件的海水淡化水。
核能综合利用，未来将大有可为
随着人类逐渐从石油文明跨入核能文明，核能综合利用拥有更加多样的应用场景，为现代工业和生活提供有力保障。
核能供热技术是目前运用较为广泛的一项核能综合运用。谢江红介绍，在世界范围内，已有50余座反应堆发电的同时进行核能供热，累积安全运行1000堆年（1堆年即指1个反应堆运行1年）。2019年11月，山东海阳核电核能供热项目一期工程投用后，向当地70万平方米居住的7757户居民供热，这是我国首个核能民用集中供热项目。2021年11月，二期工程投用也已经投用，向当地450万平方米内的20万居民供热。此外，核能在工业、农业、医学方面都有着广泛运用。而核能制氢是更具有前景的清洁氢生产手段，具有分解效率高、便于工业规模化生产等优势。
值得一提的是，我国的核能综合利用总体水平在国际上处于领先地位。近年来，越来越多有关我国在核能综合利用领域的创新成果出现。2021年7月13日，中核集团海南昌江多用途模块式小型堆科技示范工程“玲龙一号”在海南昌江核电现场正式开工。这座拥有自主知识产权的多功能模块化小型堆具有安全性高、建造周期短、用途广泛、厂址适应性强等特点，该项目也成为全球首个开工的陆上商用模块化小堆，标志着我国在模块化小型堆技术上走在了世界前列。同年12月20日，全球首座球床模块式高温气冷堆核电站——山东荣成石岛湾高温气冷堆核电站示范工程首次送电成功。这是全球首个首次并网发电的第四代高温气冷堆核电项目，标志着我国成为世界少数几个掌握第四代核能技术的国家之一。
在谢江红看来，核能综合利用与高耗能行业耦合发展将进一步凸显核能的零碳价值。随着我国“双碳”战略的持续推进、能源安全战略的深化落实，核能将在支撑我国“双碳”目标实现过程中发挥不可或缺的作用，核能的综合利用也将迎来新的发展机遇。
