在江蘇省連云港市田灣核電基地，核能與石化行業(yè)這對(duì)“跨界組合”有了新的綠色聯(lián)動(dòng)。
6月19日，我國(guó)首個(gè)工業(yè)用途核能供汽項(xiàng)目——“和氣一號(hào)”項(xiàng)目在中核集團(tuán)旗下中國(guó)核電投資控股的田灣核電基地正式建成投產(chǎn)。至此，我國(guó)核能綜合利用從單一發(fā)電、滿足城市居民供暖，進(jìn)一步拓展進(jìn)入工業(yè)供汽領(lǐng)域。
記者在現(xiàn)場(chǎng)看到，一條長(zhǎng)達(dá)23.36公里的銀白色管道從田灣核電基地延伸至遠(yuǎn)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(xiàn)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(tuán)媒體行走進(jìn)田灣核電基地，揭曉問題的答案。
核能生“汽”
人們常常用“燒開水”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(zhuǎn)化為蒸汽，從而驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。然而，“燒開水”產(chǎn)生的高溫蒸汽不光可以用來發(fā)電。在工業(yè)領(lǐng)域，這些蒸汽同樣大有用途。
“對(duì)于石油化工企業(yè)來說，蒸汽就是其生產(chǎn)過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(wěn)定供應(yīng)與清潔低碳轉(zhuǎn)型雙重挑戰(zhàn)下的優(yōu)選方案?！苯K核電有限公司黨委書記、董事長(zhǎng)張毅告訴記者。
國(guó)家制定的節(jié)能降碳“路線圖”，為核能助力傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)綠色升級(jí)指明了道路。2024年5月，國(guó)務(wù)院印發(fā)的《2024—2025年節(jié)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(qū)動(dòng)改電力驅(qū)動(dòng)，鼓勵(lì)大型石化化工園區(qū)探索利用核能供汽供熱。
圖為蒸汽供能管道。中核集團(tuán)供圖
核能如何生“汽”？“就跟家里燒開水一樣，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生產(chǎn)的淡水加熱，使淡水成為符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的蒸汽，加熱后的蒸汽再經(jīng)過三回路管網(wǎng)傳送到用汽端。”江蘇核電有限公司經(jīng)營(yíng)計(jì)劃處處長(zhǎng)葉峰向記者介紹核能供汽的原理。
四道安全屏障：“燒開水”+“自嗨鍋”
核電機(jī)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(yùn)行二處副處長(zhǎng)武文奇向記者介紹道。
武文奇將核能供汽的過程形象比喻為“燒開水”與“自嗨鍋”的組合。“‘和氣一號(hào)’以田灣核電原有3號(hào)、4號(hào)機(jī)組的二回路蒸汽為熱源，相當(dāng)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，沒有物質(zhì)接觸，加熱包并不會(huì)弄臟了自嗨鍋。”
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(hào)”項(xiàng)目還創(chuàng)新性增加了快速隔離閥與輻射監(jiān)測(cè)儀表，以實(shí)現(xiàn)輻射值的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和快速隔離。
“就像在‘燒開水’的水壺和‘自嗨鍋’里面安裝了兩個(gè)用于檢測(cè)食品安全的‘銀針’。‘和氣一號(hào)’在主蒸汽取汽管道和工業(yè)蒸汽管道上增加了輻射監(jiān)測(cè)儀表，當(dāng)輻射儀表出現(xiàn)異常超過臨界值時(shí)，隔離閥會(huì)在5秒之內(nèi)快速關(guān)閉，以確保輻射防護(hù)安全?！蔽湮钠嫦蛴浾呓忉尩馈?/p>
“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(hào)”作為全國(guó)首家核能供汽項(xiàng)目的破局嘗試。
國(guó)內(nèi)外沒有可供參考的核能供汽工程案例，意味著“和氣一號(hào)”項(xiàng)目注定是一場(chǎng)“摸著石頭過河”的探索。江蘇核電有限公司維修支持處處長(zhǎng)李燁剛用一串?dāng)?shù)字形容工程開局面臨的境況：“僅初步設(shè)計(jì)階段，就提出設(shè)計(jì)審查意見1000余條。而在運(yùn)行機(jī)組上改造工程量之巨大，堪比建造一座百萬千瓦級(jí)核電機(jī)組的常規(guī)島?！?/p>
全程參與蒸汽供能項(xiàng)目調(diào)試階段的武文奇仍記得，為了驗(yàn)證蒸汽供能項(xiàng)目在極端工況下全切除對(duì)核電機(jī)組的影響，一項(xiàng)確保“閥門時(shí)間關(guān)閉2.44秒，參數(shù)穩(wěn)定10分鐘”調(diào)試實(shí)驗(yàn)成功的背后，試驗(yàn)前大家準(zhǔn)備了兩個(gè)月，試驗(yàn)期間300多人共同為止奮戰(zhàn)的時(shí)光。
“一旦面臨汽源切除的極端情況，反應(yīng)堆與發(fā)電機(jī)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(yàn)涉及設(shè)計(jì)單位、土建安裝、設(shè)備廠家、運(yùn)行操作、搶修待命等多個(gè)專業(yè)近300人，配合準(zhǔn)備的問題不計(jì)其數(shù)?！蔽湮钠嫦蛴浾呓忉尩馈?/p>
項(xiàng)目調(diào)試階段團(tuán)隊(duì)先在模擬機(jī)房反復(fù)演示全過程，以系統(tǒng)響應(yīng)預(yù)測(cè)極端情況下的結(jié)果，再通過預(yù)測(cè)結(jié)果，反反復(fù)復(fù)推演復(fù)盤實(shí)驗(yàn)全過程?！澳男﹨?shù)在實(shí)驗(yàn)中可能超過限值？”“超過限值之后又應(yīng)該如何應(yīng)對(duì)？”成為兩個(gè)月以來始終盤旋在武文奇和他同事們腦海中，與反復(fù)驗(yàn)證于紙筆間的問題。
兩個(gè)月的團(tuán)隊(duì)配合努力最終換回了2.44秒成功的答案。在調(diào)試試驗(yàn)順利結(jié)束的當(dāng)天，凌晨三點(diǎn)，武文奇用手機(jī)鏡頭記錄下田灣核電基地廠房外的夜幕，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(hào)”項(xiàng)目一路走來的過程，“就像看著自己的孩子準(zhǔn)備一場(chǎng)高考，過程挑戰(zhàn)性太大，每天都在解決問題。如今‘和氣一號(hào)’項(xiàng)目成功投產(chǎn)，這種感覺就像自家娃終于考上了一個(gè)理想大學(xué)。”武文奇對(duì)記者說道。
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(jī)單。
一組數(shù)據(jù)揭示核能供汽的綠色底色。相比于傳統(tǒng)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(jù)測(cè)算，該項(xiàng)目建成后，每年供汽量將達(dá)480萬噸，可等效減排二氧化碳107萬噸、二氧化硫184噸、氮氧化物263噸，相當(dāng)于新增植樹造林面積2900公頃。同時(shí)，未來隨著“碳核算”的逐步展開，其還可以為石化基地每年節(jié)省碳排放指標(biāo)70多萬噸。
圖為田灣核電基地全景圖。中核集團(tuán)供圖
中國(guó)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(guó)家大型化工基地、大型工業(yè)基地建設(shè)，與國(guó)家關(guān)于產(chǎn)業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型的部署高度契合。
近年來，我國(guó)核能綜合利用正呈現(xiàn)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)揮著重要作用。
2024年4月1日，我國(guó)首個(gè)跨地級(jí)市核能供熱項(xiàng)目——國(guó)家電投“暖核一號(hào)”三期完成首個(gè)供暖季任務(wù)，為煙臺(tái)海陽市、威海乳山市40萬居民1250萬平米持續(xù)安全穩(wěn)定供熱127天。4月20日,碳—14靶件從秦山核電重水堆機(jī)組中被成功抽出，打破了該同位素依賴進(jìn)口的難題，實(shí)現(xiàn)碳—14供應(yīng)全面國(guó)產(chǎn)化。
國(guó)家原子能機(jī)構(gòu)秘書長(zhǎng)黃平表示，近年來，國(guó)家原子能機(jī)構(gòu)大力推動(dòng)核能綜合利用以及核技術(shù)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、環(huán)保、安全等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，支持核能供汽等一批項(xiàng)目落地。面向未來，國(guó)家原子能機(jī)構(gòu)將培育和孵化一批核能綜合利用以及核技術(shù)應(yīng)用新項(xiàng)目，構(gòu)建綠色、繁榮、富庶、健康、安寧的“核美家園”，助力實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展，增進(jìn)民生福祉。
