核能综合利用研究现状和展望探讨

李晓强

摘要：现如今，核能主要在发电行业当中得到应用，而在核能供热以及海水淡化等方面所应用的反应堆数量较少。随着我国科学技术的快速发展，特别是第四代核能系统技术的不断更新和完善，核能的综合利用水平也得到了明显提升。本文针对核能综合利用研究现状进行分析，并提出具体展望，希望能够为相关研究人员起到一些参考和借鉴。

关键词：核能;综合利用;研究现状;展望

科学应用核能不仅能够满足能源供应需求，而且还能够提升国家安全水平。现如今，随着“碳达峰”、“碳中和”目标的提出，“零碳排放”的核能发电越来越受关注，逐渐成为我国的一种重要清洁能源。其无间歇性的特点，可以减少受到外界自然环境条件所带来的约束，能够对化石能源进行大规模替代。随着核能综合利用研究工作的有效开展，核能的利用在技术成熟性、可持续性以及经济性等方面的优势也逐渐凸显。

一、核能利用研究现状

（一）高效发电

反应堆当中运行温度超过700摄氏度的第四代先进核能系统，目前主要采用技术比较成熟的热功转换系统，该系统具体由闭式循环燃气轮机和蒸汽轮机等系统组成。按照具体工作性质进行分析，闭式循环燃气轮机还可以具体分为氮气轮机、氨汽轮机以及混合工质轮机等。通过相关研究可以发现，当温度逐渐升高后，热功转换系统的效率也会有所提升，与传统蒸汽循环相比，热循环发电系统在高温条件下可以对超过700摄氏度的核能系统高品质热量进行充分利用，从而保证发电的高效性。针对闭式循环燃气轮机系统进行分析，其在中高温热源当中比较适用，可以对较高的热功转换效率进行获取，技术优势主要表现在具有灵活的热源和多样性等方面。对比蒸汽轮机，闭式循环燃气轮机具有较大的功率密度，尺寸相对较小，可以减少投资。此外，其用水量相对较少，因此在选址时灵活性较强[1]。

（二）核能制氢

应用第四代核能反应堆制氢，核心在于对高温堆工艺热进行应用。针对核反应堆进行分析，无论是熔盐堆还是超高温气冷堆，其出口温度都要高于700摄氏度，因此由其提供的热能温度，可以使高温制氢要求得到有效满足。在此过程中，系统效率与反应堆的热能温度提供具有密切联系。现如今，核能制氢具体通过以下两种途径：首先，热化学循环制氢，其主要对水蒸气热裂解时具有的高温热化学循环过程进行利用，具体通过反应堆对高温热进行提供。在热化学循环路线当中，具体包括Ca-Br 循环、Cu-Cl 循环等，其与第四代堆技术路线相匹配。其次，高温电解制氢，其主要以固体氧化物电解池作为具体的核心反应器，可以高效分解水蒸气，从而对氢气进行制备。高温电解制氢技术具有清洁、高效以及过程简单等优势，因此受到相关研究人员和企业的高度重视，目前已成为清洁能源联用制氢的一项重要技术。针对高温电解制氢技术进行分析，其具体包括电解堆、电解池、电极材料以及系统。

（三）海水淡化

在人类社会发展过程中，淡水、能源资源等具有十分重要的作用，也是人类生存不可或缺的关键条件。在获取淡水资源时，可以通过海水淡化的方式，而在大规模海水淡化过程中往往需要消耗大量能量。所以，从可持续发展的角度出发，需要对基于核能的海水淡化技术进行有效应用。具体来说，海水淡化技术主要对膜分离以及蒸发等手段进行利用，可以有效分离出海水中的盐分，从而对含盐量较低的淡水进行获取。在此过程中，所采用的技術具体包括热压缩多效蒸馏法、多效蒸馏法、反渗透法以及多级闪蒸法等。而此类海水淡化技术主要以热能、电能等提供动力，因此与核反应堆耦合十分适用。

（四）核能供热

我国多数地区需要在冬季进行供热，而采取的供热方式具体包括集中供热、分布式供热等。其中，集中供热对燃煤热电联产、燃煤锅炉等进行应用，因此需要对大量煤炭进行消耗。对此，我国开展了相关煤改气以及煤改电等工程项目，但同时也导致天然气资源出现短缺问题，并加重了电网负担。在此背景下，可以将核能这一清洁能源在供热当中进行有效应用，其具有规模化、清洁以及低碳等优势，可以有效满足供热需求。而核能供热所采取的方式具体包括两种，分别为低温核供热以及核热电联产[2]。

二、核能综合利用展望

针对未来发展过程中的能源低碳化需求，为了有效实现零碳排放目标，需要对核能以及可再生能源等进行充分利用。首先，可再生能源具有可再生、清洁以及资源丰富等优势，但其具有较大的间歇性和波动性，这使其与电网基础设施之间的兼容性较差。而在对能源进行大规模使用时，需要对稳定的基荷能源进行提供，从而有效调控电力输出。其次，核能具有可持续的特点，而且还有着较高的可靠性和高效性，是唯一一种能够对可调度基荷电力进行提供的清洁能源。因此，需要对核能与可再生能源融合的复合型能源系统进行有效构建，从而使能源低碳、高效、清洁等目标得到有效实现。

第四代核能系统主要对熔盐传蓄热以及高温制氢技术等进行利用，可以充分发挥出核能和可再生能源具有的优势。所以，现阶段，需要具体从能源安全、经济等角度对各种清洁能源在全球能源体系当中的具体份额进行评估，同时还需要合理制定技术路线，对多能融合的核能和可再生能源的复合型能源系统进行开展，并要确保系统的稳定运行。在耦合使用这两项技术时，需要对相关问题进行解决和克服，以此来进一步促进核能的综合利用发展。

现如今，第三代核能系统已经逐渐实现了大规模商业应用，其代表系统主要包括EPR、华龙一号等，可以使一段时期内的核电发展需求得到有效满足。相关研究人员需要对以熔盐堆为代表的第四代核能系统和相关综合利用技术加大研发力度，对国内的研究机构以及企业优势进行充分调动，同时还应在政策上提供支持和保障，将这一任务纳入到具体的国家科技专项当中，有效建设核能综合利用示范项目，从而全面提升核能的综合利用价值[3]。

结束语：

综上所述，通过分析核能综合利用研究现状可知，目前核能的综合利用技术水平已得到显著提升，使核能在供热、海水淡化、制氢和发电等方面逐渐得到了有效应用。在此背景下，我国相关研究人员需要进一步加大对核能综合利用的研究工作，并对第四代核能系统进行有效研究，使其在高温制氢、熔盐传蓄热等方面的优势得到充分发挥，全面推动我国核能综合利用的创新发展。

参考文献：

[1]王建强，戴志敏，徐洪杰.核能综合利用研究现状与展望[J].中国科学院院刊，2019，34（04）：460-468.

[2]彭疆南，彭福银.核能综合利用发展趋势[J].中国科技信息，2019，14（02）：107-108.

[3]徐洪杰，戴志敏，蔡翔舟，王建强.钍基熔盐堆和核能综合利用[J].现代物理知识，2018，30（04）：25-34.