核能在供熱與工業(yè)蒸汽方面的創(chuàng)新應(yīng)用，正開啟一個核能利用的全新賽道。

在黃海之濱的連云港境內(nèi)，田灣核電站的8臺核電機組沿著海岸線一字排開，6臺在運機組總裝機容量超660萬千瓦，每天生產(chǎn)約1.58億千瓦時清潔電能通過輸電線路源源不斷輸入華東電網(wǎng)，為區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展注入穩(wěn)定的動力。而在距離核電站僅20多公里的連云港徐圩新區(qū)內(nèi)，連云港石化產(chǎn)業(yè)基地的煉化裝置鱗次櫛比，作為我國七大石化產(chǎn)業(yè)基地之一，正朝著“4000萬噸煉油、400萬噸芳烴、300萬噸乙烯”的產(chǎn)業(yè)規(guī)模目標(biāo)全速邁進。

這兩座關(guān)乎國計民生的“能源與產(chǎn)業(yè)重鎮(zhèn)”距離相近，卻面臨著各自發(fā)展的新考題。田灣核電擁有豐富的核能，渴望突破單一發(fā)電的局限。連云港石化基地對工業(yè)蒸汽的需求與日俱增，但受困于傳統(tǒng)燃煤供汽的高碳排放，渴望獲取源源不斷的清潔蒸汽。

如今，隨著核能供汽技術(shù)的突破，這對“近鄰”終于實現(xiàn)了能源聯(lián)動、田灣核電站迎來新使命——生產(chǎn)工業(yè)蒸汽，以“跨界”之姿破解工業(yè)綠色用汽難題。

《2024—2025年節(jié)能降碳行動方案》、《關(guān)于推進綠色低碳轉(zhuǎn)型加強全國碳市場建設(shè)的意見》等政策相繼出臺，政策中鼓勵大型石化化工園區(qū)探索利用核能供汽供熱，并明確2027年全國碳市場基本覆蓋工業(yè)領(lǐng)域主要排放行業(yè)，核能供汽作為環(huán)保、經(jīng)濟的工業(yè)用汽解決方案，未來發(fā)展空間廣闊。

跨界新賽道

長久以來，工業(yè)蒸汽多依賴化石燃料生產(chǎn)，尤其石化化工行業(yè)作為用汽大戶，面臨著巨大的減碳壓力。數(shù)據(jù)顯示，石化化工行業(yè)生產(chǎn)過程排放的二氧化碳占全國碳排放比重約13%，蒸汽主要由燃煤機組提供。近年來，中國工業(yè)蒸汽市場呈現(xiàn)出持續(xù)增長的趨勢。傳統(tǒng)化石燃料在生產(chǎn)工業(yè)蒸汽的過程中會排放二氧化碳、二氧化硫等氣體。在“雙碳”目標(biāo)的背景下，石化化工行業(yè)減碳壓力巨大。

傳統(tǒng)供汽模式已難以為繼。在此背景下，田灣核電站率先“跨界”，“和氣一號”項目應(yīng)運而生，成為國內(nèi)首個工業(yè)用途核能供汽工程。

“和氣一號”項目的技術(shù)創(chuàng)新，是跨界成功的核心。該項目利用田灣核電站3、4號機組二回路主蒸汽，通過蒸汽換熱設(shè)備生產(chǎn)工業(yè)蒸汽，再經(jīng)長輸管網(wǎng)輸送至20多公里外的連云港徐圩石化工業(yè)園區(qū)。其核心原理類似“自嗨鍋”的間壁換熱，將反應(yīng)堆二回路蒸汽與海水淡化后的除鹽水進行無物質(zhì)接觸的熱量交換，除鹽水被加熱并經(jīng)過熱器處理后，形成參數(shù)為1.8MPa(a)、248℃的工業(yè)蒸汽，完全滿足了石化基地的需求。

為確保蒸汽高效輸送，技術(shù)團隊研發(fā)了七層管道保溫設(shè)計，實現(xiàn)了每公里溫度損耗小于1℃，遠超傳統(tǒng)管道3℃～5℃的損耗標(biāo)準(zhǔn)，讓248℃的高溫蒸汽穩(wěn)穩(wěn)抵達園區(qū)。從設(shè)計開發(fā)到工程施工，項目歷時六年，斬獲37項技術(shù)創(chuàng)新專利，不僅攻克了多項技術(shù)難題，而且顯著提升了核能利用效率。核能發(fā)電效率約37%，而“和氣一號”通過直接利用熱能實現(xiàn)了能量梯級利用，將機組實際熱效率從37%提高到42%，實現(xiàn)了能源利用的質(zhì)的飛躍。

2024年6月19日正式投產(chǎn)后，“和氣一號”持續(xù)安全穩(wěn)定運行已超10000小時，未發(fā)生非預(yù)期減負荷、非預(yù)期停運。項目每年可提供480萬噸工業(yè)蒸汽，能滿足連云港石化園區(qū)30%的蒸汽缺口，每年為石化基地節(jié)省70多萬噸碳排放指標(biāo)，減少溫排水1400多萬噸，同時節(jié)約原煤約40萬噸。

除了安全供應(yīng)外，經(jīng)濟性也是重要的考量。根據(jù)中國核能行業(yè)協(xié)會等開展的聯(lián)合調(diào)研，核能供熱(包括供暖、供汽)成本與燃煤供熱相當(dāng)，較燃氣供熱具有優(yōu)勢，真正實現(xiàn)了環(huán)保與經(jīng)濟的雙贏，為核能綜合利用積累了扎實經(jīng)驗，也為工業(yè)綠色用汽探索出了有效路徑。

探索新路徑

“和氣一號”的成功落地，是天時、地利、人和的契合。田灣核電站有富余蒸汽，20多公里外的連云港石化基地有巨大的用汽需求，再加上政策的支持與技術(shù)支撐，為核能供汽的復(fù)制推廣奠定了堅實基礎(chǔ)。

江蘇核電有限公司紀委書記徐躍進表示，“和氣一號”的成功運行意味著我國核能綜合利用在走過單一發(fā)電、居民供暖階段后，進入到工業(yè)供汽領(lǐng)域。一年來，“和氣一號”安全穩(wěn)定運行，通過不斷進行經(jīng)驗積累與技術(shù)突破，為后續(xù)其他核電項目的核能工業(yè)供汽之路提供了示范樣板。

在“和氣一號”的實踐基礎(chǔ)上，中核集團對“核能供汽”的技術(shù)方案又進行了進一步的探索，創(chuàng)新性地將壓水堆與高溫氣冷堆兩個核反應(yīng)堆組合起來，利用兩者一個“溫度高”一個“汽量大”的特點，串聯(lián)運行，從而生產(chǎn)出了更多“量大質(zhì)優(yōu)”的工業(yè)蒸汽。這一新型方案的一期工程(江蘇徐圩核能供熱發(fā)電廠一期工程)已于2024年8月19日獲得國務(wù)院核準(zhǔn)，是國家《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》重點項目。項目實施的主體為中核蘇能，一次規(guī)劃、分期實施建設(shè)兩套供熱系統(tǒng)，共建4臺“華龍一號”和2臺HTR-PM600S型高溫氣冷堆，是全球首個壓水堆與高溫氣冷堆耦合供熱示范項目，對開拓核能綜合利用新版圖，助力實現(xiàn)國家“碳達峰、碳中和”目標(biāo)具有重要的意義。該項目計劃2030年投入商業(yè)運行。

除了徐圩項目外，國內(nèi)多個核電基地已紛紛加入核能供汽探索隊伍。三門核電、福清核電、海南核電已開展核電供氣項目的設(shè)計和建設(shè);秦山核電、漳州能源、海陽核電積極開展調(diào)研，為下一步項目推進做準(zhǔn)備。據(jù)預(yù)測，到2030年，國內(nèi)核電基地推廣核能供汽項目比例超過30%，這一目標(biāo)的提出，既源于“和氣一號”的成功示范，也順應(yīng)了國家“雙碳”戰(zhàn)略與工業(yè)綠色轉(zhuǎn)型的需求。

值得一提的是，當(dāng)前，我國電力市場改革不斷深化，核電逐步從傳統(tǒng)的保障性收購向市場化交易過渡。電價受市場供需等因素影響逐漸增大，單一發(fā)電收益模式讓核電項目面臨著一定的市場風(fēng)險。而核能供汽的落地，為核電項目打造了“發(fā)電+供汽”的雙收益引擎，有效拓寬了收益渠道。

從單一供電到居民供暖，再到如今的工業(yè)供汽，田灣核電站的“跨界”與“復(fù)制”，不僅解鎖了核化耦合的“綠色密鑰”，而且開啟了核能綜合利用的“多維空間”。