第05版:核与辐射
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我国首个工业用途核能供汽项目建成投产
核能生“汽”更添绿

图为“和气一号”项目蒸汽供能管道。 中核集团供图
 

◆本报见习记者 程小雨

在江苏省连云港市田湾核电基地,核能与石化行业这对“跨界组合”有了新的绿色联动。

我国首个工业用途核能供汽项目——“和气一号”项目近日在田湾核电基地正式建成投产。至此,我国核能综合利用从单一发电、满足城市居民供暖,进一步拓展进入工业供汽领域。

记者在现场看到,一条长达23.36公里的银白色管道从田湾核电基地延伸至远方,一股股“零碳蒸汽”正从这里源源不断奔涌向连云港石化产业基地,为石化行业注入用于工业生产的清洁“核动力”。

怎样利用核能实现工业供汽?核能供汽如何保障安全?记者近日跟随中国核工业集团有限公司媒体行走进田湾核电基地,揭晓问题的答案。

核能生“汽”

人们常常用“烧开水”形象比喻核能发电的原理:核电站依靠核裂变释放的能量将水加热转化为蒸汽,从而驱动汽轮机发电。

然而,“烧开水”产生的高温蒸汽不仅可以用来发电。在工业领域,这些蒸汽同样大有用途。

“对于石油化工企业来说,蒸汽就是其生产过程中不可缺少的热源和动力源。利用核能供热、供汽、供电替代煤炭消耗,是石化行业面临保障稳定供应与清洁低碳转型双重挑战下的优选方案。”江苏核电有限公司党委书记、董事长张毅告诉记者。

国家制定的节能降碳“路线图”,为核能助力传统产业绿色升级指明了道路。2024年5月,国务院印发的《2024—2025年节能降碳行动方案》明确提出,推进石化化工工艺流程再造。有序推进蒸汽驱动改电力驱动,鼓励大型石化化工园区探索利用核能供汽供热。

核能如何生“汽”?“就跟家里烧开水一样,产生蒸汽有两个必备条件,水和热源。核电站一回路产生的热量通过蒸汽发生器加热二回路的水,产生高温高压的蒸汽。抽取其中的部分高温高压蒸汽作为热源,在换热站中将海水淡化厂生产的淡水加热,使淡水成为符合工业标准的蒸汽,加热后的蒸汽再经过三回路管网传送到用汽端。”江苏核电有限公司经营计划处处长叶峰向记者介绍核能供汽的原理。

多重隔离保安全:“烧开水”+“自嗨锅”

“和气一号”项目的多重隔离设计,有效保障了工业蒸汽的安全。

“在核能供汽过程中,只涉及热量交换,没有任何水或者蒸汽的物质交换。”江苏核电有限公司运行二处副处长武文奇向记者介绍道。

武文奇将核能供汽的过程形象比喻为“烧开水”与“自嗨锅”的组合。“‘和气一号’以田湾核电原有3号、4号机组的二回路蒸汽为热源,相当于‘自嗨锅’下面的加热包,而‘自嗨锅’上方是海水淡化而成的除盐水。发热包与食物只有热量交换,没有物质接触,加热包并不会弄脏了‘自嗨锅’。”

为了确保供汽安全,除了增加第三回路物理隔绝安全可靠的蒸汽,“和气一号”项目还创新性增加了辐射监测仪表和快速隔离阀,以实现辐射值的实时监测和快速隔离。

“就像在‘烧开水’的水壶和‘自嗨锅’里面安装了两个用于检测食品安全的‘银针’。‘和气一号’在主蒸汽取汽管道和工业蒸汽管道上增加了辐射监测仪表,当辐射仪表出现异常超过临界值时,隔离阀会在5秒之内快速关闭,以确保辐射防护安全。”武文奇向记者解释道。

“零碳蒸汽”背后的破局

源源不断的“零碳蒸汽”背后,是“和气一号”作为全国首家核能供汽项目的破局尝试。

国内外没有可供参考的核能供汽工程案例,意味着“和气一号”项目注定是一场“摸着石头过河”的探索。江苏核电有限公司维修支持处处长李烨刚用一串数字形容工程开局面临的境况:“仅初步设计阶段,就提出设计审查意见1000余条。而在运行机组上改造工程量之巨大,堪比建造一座百万千瓦级核电机组的常规岛。”

全程参与蒸汽供能项目调试阶段的武文奇仍记得,为了验证蒸汽供能项目在极端工况下全切断对核电机组的影响,项目团队开展了一项确保“阀门时间关闭2.44秒,参数稳定10分钟”的调试试验。试验成功的背后,凝聚了大家的心血和付出,仅试验前就准备了两个月,试验期间,300多人共同为之奋战。

“一旦面临汽源切断的极端情况,反应堆与发电机的功率都将会发生很大的变化。汽源切断的极端情况实验涉及设计单位、土建安装、设备厂家、运行操作、抢修待命等多个专业近300人,配合准备的问题不计其数。”武文奇向记者解释道。

项目调试阶段,团队先在模拟机房反复演示全过程,以系统响应预测极端情况下的结果,再通过预测结果,反复推演复盘实验全过程。“哪些参数在实验中可能超过限值?”“超过限值之后又应该如何应对?”成为两个月以来始终盘旋在武文奇和同事们脑海中,与反复验证于纸笔间的问题。

两个月的团队配合努力最终换回了2.44秒成功的答案。在调试试验顺利结束的当天,凌晨三点,武文奇用手机镜头记录下田湾核电基地厂房外的夜幕,朋友圈只添了一条简简单单的配文——“今晚月色真美”。

回忆与“和气一号”项目一路走来的过程,“就像看着自己的孩子准备一场高考,过程挑战性太大,每天都在解决问题。如今‘和气一号’项目成功投产,这种感觉就像自家娃终于考上了一所理想大学。”武文奇对记者说道。

核能的零碳价值

如今,“和气一号”项目交出了一份亮眼的绿色成绩单。

一组数据揭示了核能的绿色底色。相比于传统的燃煤获取蒸汽,核能大大降低了蒸汽生产中的碳排放。根据测算,“和气一号”项目建成后,每年供汽量将达480万吨,可等效减排二氧化碳107万吨、二氧化硫184吨、氮氧化物263吨。同时,未来随着“碳核算”的逐步展开,“和气一号”项目还可以为石化基地每年节省碳排放指标70多万吨。

中国工程院院士叶奇蓁表示,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,可以满足高耗能行业多样化的用能需求,可以为高碳排放产业提供脱碳技术方案,支撑国家大型化工基地、大型工业基地建设,与国家关于产业绿色低碳转型的部署高度契合。

近年来,我国核能综合利用正呈现出多样化发展局面。核能在供热、供暖、供汽等领域逐渐凸显其零碳价值,同时在同位素生产、制氢、海水淡化等领域发挥着重要作用。

2024年4月1日,我国首个跨地级市核能供热项目——国家电投“暖核一号”三期完成首个供暖季任务,为烟台海阳市、威海乳山市40万居民1250万平方米持续安全稳定供热127天。4月20日,碳-14靶件从秦山核电重水堆机组中被成功抽出,打破了该同位素依赖进口的难题,实现碳-14供应全面国产化。

国家原子能机构秘书长黄平表示,近年来,国家原子能机构大力推动核能综合利用以及核技术在工业、农业、医疗、环保、安全等领域的广泛应用,支持核能供汽等一批项目落地。面向未来,国家原子能机构将培育和孵化一批核能综合利用以及核技术应用新项目,构建绿色、繁荣、富庶、健康、安宁的“核美家园”,助力实现“双碳”目标,推动高质量发展,增进民生福祉。

 
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