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中國第一個全核能供暖城市山東海陽 解燃「煤」之急

山東海陽核電廠,是中國第一個全核能供暖城市。(取材自澎湃新聞)
山東海陽核電廠,是中國第一個全核能供暖城市。(取材自澎湃新聞)

膠東半島上的山東海陽,居民多以捕魚為業,但這裡卻是中國第一個全核能供暖城市,海陽核電站今年拿出4%發電量,為60萬人口供暖。

從中國地圖上看,膠東半島如翼龍頭部面朝大海。在半島南側的「咽部」,有一處「熱點」。比起左邊的嶗山、右邊的乳山,海陽沒什麼名氣,但它卻成了全中國第一座完全實現核能供暖的城市。

中國青年報報導,現代與古老在海陽不做爭奪,它們彼此給予海陽核電站的兩個機組每年發電量200億千瓦時,足夠滿足青島、煙台、威海地區全部居民的生活用電。深藏著高核輻射物質的建築內,劇烈的核反應隨時都在進行。核電站外幾百米處是幾個當地的自然村,和很多臨海的村子一樣,人們以捕魚為業,天沒亮就出門趕海。也有人在核工業園區從事保安、保潔等工作。

作為中國51座在運行的核電站之一,海陽核電站無論是規模還是技術上都不特殊,一件頗有意義的小事是,2021年,它拿出4%的發電量,為60萬人口直接輸送熱量,讓這座北方小城告別了化石燃料供暖的時代。

一切順利的話,未來的某個冬天,這座核電站還將把熱量輸送到青島、煙台、威海三座城市。

★符合標準 就是安全

從清華大學工程物理專業畢業後,吳放一直在核領域工作,這位核能專家、山東核電董事長的日常工作,是和同事一起維護海陽核電機組的安全穩定運行。

吳放回憶,2015年,自己在北京經歷了數場霧霾,「抬頭看不見建築,只能看到上面發亮的字」。這讓吳放萌生了用核能供暖的念頭,因為核能是清潔能源,幾乎不會帶來任何大氣汙染。

當前中國供暖主要依靠燃燒煤炭和天然氣,會產生大量二氧化硫、氮氧化物和可吸入顆粒物。據清華大學建築節能中心測算,中國北方城鎮每年供暖能耗為2.12億噸標煤,碳排放量約5.5億噸,約等於2億輛小汽車一年的碳排放。

除了引發霧霾,燃燒化石能源排放的二氧化碳還造成全球暖化,導致極端氣候現象頻發、海平面上升。在剛剛結束的「聯合國氣候變化框架公約」第26屆締約方大會上,多國政府都提出了碳中和的目標。

在人類文明和戰爭的記憶裡,與「核」有關的傷痕都太過深刻;但在海陽核電站,距離核反應堆最近的人反而很安心。

據吳放測算,園區上千名員工一年受到核輻射的平均劑量,約為做一次腹部CT的1%。很多時候,園區裡的輻射值甚至低於大城市,繁華都市中,空氣裡的粉塵、建築中的天然大理石等材料也有核輻射。

到底什麼是安全?在吳放看來,安全是一個難以定義的詞,他更願意用「符合標準」來衡量。「只要我們在建設、操作時符合標準,那我認為它就是安全的。」事實上,中國在核能開發、利用方面制定的標準是全世界最高的。

在核領域工作多年,吳放一直希望提高核能的利用效率。受物理學基本規律的限制,目前全球核電站在發電時的熱效率最高只有約36%的水平,想顯著提升,只能期待人類有重大科學和技術突破。

核電站一般都建在海邊,核反應會釋放大量的熱,需要海水作為冷卻水,加熱水產生的水蒸氣推動渦輪發電機發電。吳放曾考慮,如果能從這些熱能中拿出一部分用於供暖,能提高核能的利用率,同時也能實現清潔能源供暖。

「這個想法從原理上說很簡單,很多人都能想到,實施起來卻是一個複雜的工程學問題。而且前幾年核能供暖並不會比使用化石燃料便宜很多,因此很少有人願意做嘗試。」吳放解釋。

海陽核電廠2號機組。(視頻截圖)
海陽核電廠2號機組。(視頻截圖)

★費用降低 持續穩定

推進研究的同時,他先在核電站員工宿舍區以及當地30多個小區做試點,然後逐步擴大範圍,直到覆蓋整個海陽市城區。出人意料的是,不管是核電站建設和運行時,還是推廣核能供暖時,他們發現當地老百姓並沒有對安全性感到擔心。多數人最關心的問題是,核能供暖效果怎麼樣?便不便宜?

2021年11月9日,核能供暖的熱水如期溫暖了這座城市。與往年冬天相比,市民並沒有感受到什麼不同,暖氣片還是那麼熱,持續而穩定,除了供暖費每平方米比去年降低了1元人民幣(約0.15美元)。

海陽核電站內換熱裝置所在的毗屋,使用核能加熱的水在這裡與通向換熱中心的水進行熱量交換。

穿過層層鋼筋混凝土和金屬安全殼,核電站的核心只是一根根細長的燃料棒,四米多高,粗細和混凝土使用的鋼筋差不多。它們排列在一起就成了穩定且能產生大量能量的核反應堆。按照計畫,如果海陽核電站的八座反應堆全部建成投入使用,能提供整個山東省13%的用電量。

實現這個想法並不容易。核電站是一個設計精密的系統,取出一部分水蒸氣,勢必對整個系統產生影響。在海陽核電站1號機組2018年投入商運當年,他們經過大量前期理論論證後開始立項,次年開始試點供暖。範圍從核電站辦公區逐步擴大到海陽市的部分小區,直到今年,整個市區都用上了核能供暖。

海陽實現核能供暖引起了全球核領域同行的關注,國際原子能機構已經派專員前來調研。這項嘗試在中國也有了追隨者,今年,中國第一座核電站秦山核電站開始對浙江嘉興市的三個小區試用核能供暖。

即使不考慮在減少碳排放方面的貢獻,核能供暖的意義在今年也格外特殊:全球整體能源緊缺,煤炭、天然氣等能源的價格大幅上漲,不少國家實施了限電停產措施,多地供暖費用漲價,海陽市卻做到了供暖費不增反降,解決了燃「煤」之急。

只是,核能供暖目前只能向核電站周邊的城市提供,距離太遠則會受傳輸管道建設成本、傳輸過程中熱量流失等因素的制約。由於核電站需要持續大量使用冷卻水,目前中國的核電站大多都建在海邊。

海陽核電站採用第三代核電技術,也是目前商用大型核反應堆最先進的技術,外觀特徵就是核島的外形像白酒瓶,瓶蓋位置裝有大量冷卻水。發生極端意外時,這3000噸水會自動下沉用於冷卻核反應堆,可以做到72小時不需要人工干預,削弱「人」的不穩定因素。

吳放說,在這裡,沒有員工擔心發生事故,也不擔心自己受到超量的核輻射。海陽核電站每一個有受到輻射風險的員工從入職起就會配備一枚專屬的核輻射檢測儀,持續監控他累積受到的核輻射劑量。

海陽核電站內換熱裝置所在的毗屋。(取材自中國青年報)
海陽核電站內換熱裝置所在的毗屋。(取材自中國青年報)

★像暖氣片 可大膽摸

為了消除民眾對核的恐懼,海陽核電站的工作人員經常到社區、街道上進行科普宣傳,接受採訪的工作人員說,民眾的接受度普遍很高,沒有人表現出恐懼,還有民眾說:「你們比我們離核更近,你們都不怕,我們怕什麼?」海陽核電站2019年的一次街訪結果顯示,95%的市民對核電站表達的是積極或中立的態度,剩下的5%是不了解或不關心。

按照環評要求,核電站在建設前、施工中需要多次向周邊居民徵求意見,沒有人表示反對。

一位工作人員解釋,居民完全不用擔心核能供暖會帶來核輻射。「且不說核加熱的水並不是用戶家中用來供暖的水,這中間經過了五次換熱,每個換熱環節都有絕對的物理隔離,即使是用於冷卻的海水也是完全不含輻射的。」他解釋,「這就像我們吃自熱小火鍋,只有熱量的傳遞,沒有物質的交換。加熱層不會影響到食用層的安全性。」

海陽每年冬季供暖要消耗原煤10萬噸,轉為核能供暖後,將減少向大氣排放二氧化碳18萬噸。相比全中國因供暖產生的碳排放,這是一個微不足道的小數字,才0.03%,但這項嘗試如果能在中國在運行的51座和更多建設中的核電站鋪開,這個數字將變得更加可觀。

全世界範圍內,在運行的核電站大約有400座。對吳放這代核電人來說,對核能的利用仍是一場沒有盡頭的探索。吳放期待,未來核能還能在更多領域發揮作用,人類不再談「核」色變。

核能供暖就像家裡的暖氣片一樣,可以大膽摸。

海陽核電站內的渦輪發電機,核能產生高溫高壓的水蒸氣,推動渦輪發電機發電。(取材自...
海陽核電站內的渦輪發電機,核能產生高溫高壓的水蒸氣,推動渦輪發電機發電。(取材自中國青年報)

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