PDF《核能综合利用研究现状与展望》

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2019 年.

第34 卷.第4期核能综合利用研究现状与展望 王建强 * 戴志敏 徐洪杰 中国科学院上海应用物理研究所 上海

201800 摘要 核能是满足能源供应、保证国家安全的重要支柱之一.核能发电在技术成熟性、经济性、可持续性等 方面具有很大的优势,同时相较于水电、光电、风电具有无间歇性、受自然条件约束少等优点,是可以大规 模替代化石能源的清洁能源.目前核能主要用于发电,只有少数反应堆应用于核能供热和海水淡化.随着技 术的发展,尤其是第四代核能系统技术逐渐成熟和应用,核能有望超脱出仅仅提供电力的角色.文章围绕核 能的综合利用,从高效发电、核能制氢、海水淡化、核能供热和高温工艺热利用的角度,分别阐述了核能综 合利用现状以及未来发展趋势,最后展望了核能在未来构建多能融合的复合能源系统中的重要作用. 关键词 核能,第四代核反应堆,综合利用,核能制氢,核能供热 DOI 10.16418/j.issn.1000-3045.2019.04.011 *通讯作者 资助项目:中国科学院战略性先导科技专项(XDA21000000) 修改稿收到日期:2019年4月7日 低碳多能融合发展 Integrated Development of Low Carbon Multiple Energy Resources

1 核能利用国内外现状及优势 1.1 国内外现状 核能是满足能源供应、保证国家安全的重要支 柱之一.全球发电总量中,核能发电比例为 10.4%, 截至

2019 年3月,全球有

449 座商用核动力反应堆 在30 个国家运行,总装机容量达

396 GW,在建核电 机组

55 座,在建核电机组装机容量

57 GW[1,2] .此外, 还有大约

240 座研究堆运行在

56 个国家,180 座动力 堆为大约

140 艘舰船、潜艇提供着动力① . 核能发电在技术成熟性、经济性、可持续性等 方面具有很大的优势,同时相较于水电、光电、风电,具有无间歇性、受自然条件约束少等优点,是 可以大规模替代化石能源的清洁能源.根据中国核 能行业协会统计,截至

2018 年12 月31日,我国投入 商业运行的核电机组

44 台(不含我国台湾地区), 总装机容量 44.6 GW,在建的核电机组

11 台,总装 机容量

11 GW.2018 年1―12 月,我国核电机组累计 发电量为

2 865.11 亿千瓦时,占总发电量的 4.22%. 核电设备平均利用小时数为

7 499.22 小时,设备平均 利用率为 85.61%[3] .与燃煤发电相比,核能发电相 ① https://en.wikipedia.org/wiki/Research_reactor;

https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_power#cite_ref-256. 院刊

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7 646.8 万吨,减少排放二氧化 碳20 034.6 万吨,减少排放二氧化硫 65.0 万吨,减少 排放氮氧化物 56.6 万吨. 在确保安全的基础上高效发展核电,是当前我国 能源建设的一项重要政策,对保障能源供应与安全、 保护环境、实现可持续发展具有十分重要的意义.国 家发展改革委、国家能源局在《能源发展 十三五 规划》中明确了 十三五 时期我国能源发展的路径 和重点任务,提出努力构建清洁低碳、安全高效的现 代能源体系.国家发展改革委、国家能源局《能源技 术革命创新行动计划(2016―2030 年)》也明确提出 我国将继续深入实施创新驱动发展战略,完善核能领 域科技研发体系,支持小型模块化堆、第四代核能系 统、核能制氢等领域的科研工作,使核能为建设 美 丽中国 贡献更多力量. 1.2 优势 从能源效率的观点来看,直接使用热能是更为理 想的一种方式,发电只是核能利用的一种形式.随着 技术的发展,尤其是第四代核能系统技术的逐渐成熟 和应用,核能有望超脱出仅仅提供电力的角色,通过 非电应用如核能制氢、高温工艺热、核能供暖、海水 淡化等各种综合利用形式,在确保全球能源和水安全 的可持续性发展方面发挥巨大的作用[4] . 核能制氢与化石能源制氢相比具有许多优势,除 了降低碳排放之外,由于第四代核反应堆可以提供更 高的输出温度,生产氢气的电能消耗也更少.目前, 约20% 的能源消耗用于工艺热应用,高温工艺热在冶 金、稠油热采、煤液化等应用市场的开发将很大程度 上影响核能发展.用核热取代化石燃料供暖,在保证 能源安全、减少碳排放、价格稳定性等方面具有巨大 的优势,也是一个重要的选项.目前,全球饮用水需 求日益增长,而核能用于海水淡化已被证明是满足该 需求的一个可行选择,这为缺少淡水的地区提供了希 望.核能海水淡化还可用于核电厂的有效水管理,提 供运行和维护所有阶段的定期供水.