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核能生“汽”更添綠!我國首個(gè)工業(yè)用途核能供汽項目建成投產(chǎn)

2024/6/28 15:36:17   中國環(huán)境APP      人氣:3470

在江蘇省連云港市田灣核電基地,核能與石化行業(yè)這對“跨界組合”有了新的綠色聯(lián)動(dòng)。

6月19日,我國首個(gè)工業(yè)用途核能供汽項目——“和氣一號”項目在中核集團旗下中國核電投資控股的田灣核電基地正式建成投產(chǎn)。至此,我國核能綜合利用從單一發(fā)電、滿(mǎn)足城市居民供暖,進(jìn)一步拓展進(jìn)入工業(yè)供汽領(lǐng)域。

記者在現場(chǎng)看到,一條長(cháng)達23.36公里的銀白色管道從田灣核電基地延伸至遠方,一股股“零碳蒸汽”正從這里源源不斷奔涌向連云港石化產(chǎn)業(yè)基地,為石化行業(yè)注入用于工業(yè)生產(chǎn)的清潔“核動(dòng)力”。

怎樣利用核能實(shí)現工業(yè)供汽?核能供汽如何保障安全?記者近日跟隨中核集團媒體行走進(jìn)田灣核電基地,揭曉問(wèn)題的答案。

核能生“汽”

人們常常用“燒開(kāi)水”形象比喻核能發(fā)電的原理:核電站依靠核裂變釋放的能量將水加熱轉化為蒸汽,從而驅動(dòng)汽輪機發(fā)電。然而,“燒開(kāi)水”產(chǎn)生的高溫蒸汽不光可以用來(lái)發(fā)電。在工業(yè)領(lǐng)域,這些蒸汽同樣大有用途。

“對于石油化工企業(yè)來(lái)說(shuō),蒸汽就是其生產(chǎn)過(guò)程中不可缺少的熱源和動(dòng)力源。利用核能供熱、供汽、供電替代煤炭消耗,是石化行業(yè)面臨保障穩定供應與清潔低碳轉型雙重挑戰下的優(yōu)選方案?!苯K核電有限公司黨委書(shū)記、董事長(cháng)張毅告訴記者。

國家制定的節能降碳“路線(xiàn)圖”,為核能助力傳統產(chǎn)業(yè)綠色升級指明了道路。2024年5月,國務(wù)院印發(fā)的《2024—2025年節能降碳行動(dòng)方案》明確提出,推進(jìn)石化化工工藝流程再造。有序推進(jìn)蒸汽驅動(dòng)改電力驅動(dòng),鼓勵大型石化化工園區探索利用核能供汽供熱。

圖為蒸汽供能管道。中核集團供圖

核能如何生“汽”?“就跟家里燒開(kāi)水一樣,產(chǎn)生蒸汽有兩個(gè)必備條件,水和熱源。核電站一回路產(chǎn)生的熱量通過(guò)蒸汽發(fā)生器加熱二回路的水,產(chǎn)生高溫高壓的蒸汽。抽取其中的部分高溫高壓蒸汽作為熱源,在換熱站中將海水淡化廠(chǎng)生產(chǎn)的淡水加熱,使淡水成為符合工業(yè)標準的蒸汽,加熱后的蒸汽再經(jīng)過(guò)三回路管網(wǎng)傳送到用汽端?!苯K核電有限公司經(jīng)營(yíng)計劃處處長(cháng)葉峰向記者介紹核能供汽的原理。

四道安全屏障:“燒開(kāi)水”+“自嗨鍋”

核電機組的四道安全屏障,從源頭上保證了核能供汽的安全。

“在核能供汽中,只涉及熱量交換,沒(méi)有任何水或者蒸汽的物質(zhì)交換,因此可以最大程度保證工業(yè)蒸汽的安全性?!苯K核電有限公司運行二處副處長(cháng)武文奇向記者介紹道。

武文奇將核能供汽的過(guò)程形象比喻為“燒開(kāi)水”與“自嗨鍋”的組合?!啊蜌庖惶枴蕴餅澈穗娫?號、4號機組的二回路蒸汽為熱源,相當于‘自嗨鍋’下面的加熱包,而‘自嗨鍋’上方是海水淡化而成的除鹽水。發(fā)熱包與食物只有熱量交換,沒(méi)有物質(zhì)接觸,加熱包并不會(huì )弄臟了自嗨鍋?!?/span>

為了確保供汽安全,除了增加第三回路物理隔絕安全可靠的蒸汽,“和氣一號”項目還創(chuàng )新性增加了快速隔離閥與輻射監測儀表,以實(shí)現輻射值的實(shí)時(shí)監測和快速隔離。

“就像在‘燒開(kāi)水’的水壺和‘自嗨鍋’里面安裝了兩個(gè)用于檢測食品安全的‘銀針’?!蜌庖惶枴谥髡羝∑艿篮凸I(yè)蒸汽管道上增加了輻射監測儀表,當輻射儀表出現異常超過(guò)臨界值時(shí),隔離閥會(huì )在5秒之內快速關(guān)閉,以確保輻射防護安全?!蔽湮钠嫦蛴浾呓忉尩?。

“零碳蒸汽”背后的破局

源源不斷的“零碳蒸汽”背后,是“和氣一號”作為全國首家核能供汽項目的破局嘗試。

國內外沒(méi)有可供參考的核能供汽工程案例,意味著(zhù)“和氣一號”項目注定是一場(chǎng)“摸著(zhù)石頭過(guò)河”的探索。江蘇核電有限公司維修支持處處長(cháng)李燁剛用一串數字形容工程開(kāi)局面臨的境況:“僅初步設計階段,就提出設計審查意見(jiàn)1000余條。而在運行機組上改造工程量之巨大,堪比建造一座百萬(wàn)千瓦級核電機組的常規島?!?/span>

全程參與蒸汽供能項目調試階段的武文奇仍記得,為了驗證蒸汽供能項目在極端工況下全切除對核電機組的影響,一項確?!伴y門(mén)時(shí)間關(guān)閉2.44秒,參數穩定10分鐘”調試實(shí)驗成功的背后,試驗前大家準備了兩個(gè)月,試驗期間300多人共同為止奮戰的時(shí)光。

“一旦面臨汽源切除的極端情況,反應堆與發(fā)電機的功率都將會(huì )發(fā)生很大的變化。汽源切除的極端情況實(shí)驗涉及設計單位、土建安裝、設備廠(chǎng)家、運行操作、搶修待命等多個(gè)專(zhuān)業(yè)近300人,配合準備的問(wèn)題不計其數?!蔽湮钠嫦蛴浾呓忉尩?。

項目調試階段團隊先在模擬機房反復演示全過(guò)程,以系統響應預測極端情況下的結果,再通過(guò)預測結果,反反復復推演復盤(pán)實(shí)驗全過(guò)程?!澳男﹨翟趯?shí)驗中可能超過(guò)限值?”“超過(guò)限值之后又應該如何應對?”成為兩個(gè)月以來(lái)始終盤(pán)旋在武文奇和他同事們腦海中,與反復驗證于紙筆間的問(wèn)題。

兩個(gè)月的團隊配合努力最終換回了2.44秒成功的答案。在調試試驗順利結束的當天,凌晨三點(diǎn),武文奇用手機鏡頭記錄下田灣核電基地廠(chǎng)房外的夜幕,朋友圈只添了一條簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的配文——“今晚月色真美”。

回憶與“和氣一號”項目一路走來(lái)的過(guò)程,“就像看著(zhù)自己的孩子準備一場(chǎng)高考,過(guò)程挑戰性太大,每天都在解決問(wèn)題。如今‘和氣一號’項目成功投產(chǎn),這種感覺(jué)就像自家娃終于考上了一個(gè)理想大學(xué)?!蔽湮钠鎸τ浾哒f(shuō)道。

核能的零碳價(jià)值

如今,核能供汽交出了一份亮眼的綠色成績(jì)單。

一組數據揭示核能供汽的綠色底色。相比于傳統的燃煤獲取蒸汽,核能大大降低了蒸汽生產(chǎn)中的碳排放。根據測算,該項目建成后,每年供汽量將達480萬(wàn)噸,可等效減排二氧化碳107萬(wàn)噸、二氧化硫184噸、氮氧化物263噸,相當于新增植樹(shù)造林面積2900公頃。同時(shí),未來(lái)隨著(zhù)“碳核算”的逐步展開(kāi),其還可以為石化基地每年節省碳排放指標70多萬(wàn)噸。

圖為田灣核電基地全景圖。中核集團供圖

中國工程院院士葉奇蓁表示,核能綜合利用與高耗能行業(yè)耦合發(fā)展將進(jìn)一步凸顯核能的零碳價(jià)值,可以滿(mǎn)足高耗能行業(yè)多樣化的用能需求,可以為高碳排放產(chǎn)業(yè)提供脫碳技術(shù)方案,支撐國家大型化工基地、大型工業(yè)基地建設,與國家關(guān)于產(chǎn)業(yè)綠色低碳轉型的部署高度契合。

近年來(lái),我國核能綜合利用正呈現出多樣化發(fā)展局面。核能在供熱、供暖、供汽等領(lǐng)域逐漸凸顯其零碳價(jià)值,同時(shí)也在同位素生產(chǎn)、制氫、海水淡化等領(lǐng)域發(fā)揮著(zhù)重要作用。

2024年4月1日,我國首個(gè)跨地級市核能供熱項目——國家電投“暖核一號”三期完成首個(gè)供暖季任務(wù),為煙臺海陽(yáng)市、威海乳山市40萬(wàn)居民1250萬(wàn)平米持續安全穩定供熱127天。4月20日,碳—14靶件從秦山核電重水堆機組中被成功抽出,打破了該同位素依賴(lài)進(jìn)口的難題,實(shí)現碳—14供應全面國產(chǎn)化。

國家原子能機構秘書(shū)長(cháng)黃平表示,近年來(lái),國家原子能機構大力推動(dòng)核能綜合利用以及核技術(shù)在工業(yè)、農業(yè)、醫療、環(huán)保、安全等領(lǐng)域的廣泛應用,支持核能供汽等一批項目落地。面向未來(lái),國家原子能機構將培育和孵化一批核能綜合利用以及核技術(shù)應用新項目,構建綠色、繁榮、富庶、健康、安寧的“核美家園”,助力實(shí)現“雙碳”目標,推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展,增進(jìn)民生福祉。