核供热堆安全性分析

武文奇

江苏核电有限公司 江苏连云港 222000

改革开放以来，中国在能源行业开始了飞速的发展，特别是进入二十一世纪以后，国内煤炭、石油和天然气等新能源已在社会生活中普遍应用，中国也一跃成为世界最大的能源生产国。大力发展绿色低碳能源也成为了我国的能源发展战略。[1]我国北方地区冬季严寒，近年来北方居民大部分使用燃煤或者燃气进行供暖，这种供暖方式普遍造成碳排放量较大，氮氧化物及其他污染物排放较多，使得北方地区长期深受雾霾的困扰，是造成空气污染的主要原因，并且严重危害了人们的日常出行安全及身体健康。为贯彻我国节能环保的国家政策，核能供热作为一种新兴的供暖方式逐渐在日常生活中崭露头角，该方式通过将核电机组中的核能转化为热能，对水进行加热，使得二氧化碳及各类污染物均能实现零排放。另外，我国对核安全性文化也相当重视，国家已制定相关政策及法律法规，保证核能供暖所产生的各类物质的放射性不会对人体健康产生影响。因此低温核供暖将成为解决我国城市集中供暖产生的严重空气污染问题的主要举措。

1 核供热堆发展现状

自从核能作为一种新兴的新能源出现在大众视野之后，其清洁、无污染的优点惹人瞩目，近年来，人们除了开始进行核能发电之外，开始探寻核能供暖的新途径。根据国际原子能机构发布的2017年版《世界核电反应堆》，截至2016年12月31日，在全球总计446台在运核电机组中，有56台机组采用热电联供方式在发电的同时进行区域供热。

目前，核能供暖在国内尚未普及。2019年，山东海阳市依托海阳核电站启动了我国首个核能供暖试点项目，供热面积70万平米，经测算，整个供暖季使当地减少燃煤使用2.32万吨，减排烟尘282吨，二氧化硫382吨，氮氧化物362吨以及6万吨二氧化碳。极大程度上实现了节能减排。据此看来，核能供暖趋势不可阻挡。

2 低温供热堆的原理

目前较常见的低温供热类型为池式低温供热堆，其原理为以泳池结构为模型，设置一个常压池式结构，把堆芯布置在水池底部，利用水深产生的压力调节堆芯出口处冷却剂的温度，再经过两次换热把堆芯产生的热量传递到供热回路，利用现有的热网对用户供暖。

3 低温供热堆的安全性相关分析

我国自二十世纪九十年代以来，便陆续颁布了一系列核供热堆的安全性法律法规、技术规范等相关文件。经国家认证，池式低温供热堆拥有安全性强、经济性高即技术比较成熟等优势。

低温供热堆固有的安全性较强，池式低温供热堆整个工作过程都处于低温低压环境下，所以他跟传统的核电站的核反应堆有较大的区别。低温供热堆必须建立在离用户较近的地方，但众所周知，核辐射放射性较强，对人体的危害性较大，如若要建立在用户密集的地方，则必须要排除其放射性泄露的可能性，保证公众的健康。而池式低温供热堆本身就具有这方面的安全性保障。例如：

（1）反应堆的装置以泳池为原型采用常压池式结构，无论装置是否在满功率做功的情况下运行，装置内都保持常压稳定状态，池内的水温将永远保持在平均温度低于常压下水的沸点温度，即水不会沸腾。

（2）池式低温供热堆的堆芯处于水池底部被水覆盖，如若遇到意外事故，可通过高温差及低温差所产生的自然循环及时停堆，不会导致堆芯裸露或熔化。

（3）整个水池都深埋地下，内有金属里衬，外有钢化保护膜，安全屏障较高，且具有较强的抗震性能。

为保证核能供热的安全性，我国出现了很多研究员对此进行了模拟及实例性分析。如王大中进行的5MW供热堆瞬态运行工况试验：在核供热堆稳定运行的工况下，阶跃引入2mK的正反应性，供热堆功率随之上升，大约100s之后功率达到最大值，是最大功率值的1.18倍。由于温度系数的负反馈，100s后堆功率下降，约半小时后趋向于稳定，该过程中所有参数均在安全范围内。当供热堆2MW运行工况时，仍能保持安全运行。结论表明，在反应性引入、极端事故发生时，5MW供热堆能保证安全性。

池式低温供热堆的设计及建造不仅满足国家颁布的安全法规和法律规范，而且其安全性能达到了全行业乃至国际认可的规范标准。所以这种安全性程度足以满足日常生活中使用核能供暖的条件。既能保护环境，实现“绿水青山”的目标，又能满足日常供暖需求。

4 结语

经实践发现，核能供热不仅有其固有的安全性及无污染性，而且经济性较高。由于其整个工作过程中都处于低压状态，因此对外形设备的零件并没有太高的要求，装置所需的阀门、管道及压力容器等都可使用相对比较便宜的品牌，以此来节约成本。

我国北方地区冬季严寒，目前仍处于以燃煤供暖为主，这种供暖方式普遍造成碳排放量较大，氮氧化物及其他污染物排放较多，使得北方地区长期深受雾霾的困扰，是造成空气污染的主要原因，并且严重危害了人们的日常出行安全及身体健康。而核能供热已经过国家一系列文件认证，具有安全性较高、无污染、经济性较高等优势。可以完美的解决传统的燃煤供暖产生的碳排放量及各类污染物较多的问题，减缓北方地区的雾霾现象，使得人们出行安全和身体健康都得到了保障。总而言之，核能供暖的优势是显而易见的，不仅是在保护环境方面，而且在创造社会价值方面，都有着极其独特的优势。可以预见在未来几年内，核能供暖将逐渐普及到社会生活中，虽然短时间内不能完全取代燃炉供暖，但其发展已是大势所趋，值得所有人的期待。