神奇的核能，缔造中国首个零碳供暖城市

前方核能！

原本和普通人生活非常远的核能，正在走近我们的生活。在山东海滨城市海阳的居民现在只要摸摸自家的暖气管子，就可以和“核能供暖”来次亲密接触。

11月9日，国家电投山东核电的“暖核一号”450万平方米项目在海阳市投运，供暖面积覆盖整个城区，惠及20万居民，海阳因此成为全国首座“零碳”供暖城市。

核能供热已经实现，取暖季有望告别煤灰、烟尘和雾霾，实现“零碳”，这为2030年碳达峰、2060年碳中和提供新的解题路径。未来核电站还有望同步解决发电、供热和供水三大问题。

神秘的核能，正在离我们的生活越来越近。

△ 温暖一座城，湛蓝一片天

01

攻克一道道技术难关

2016年底让17省沦陷的“最强雾霾”，让很多人心有余悸。“我住的离盘古大观不远，雾霾最严重时，盘古大观那块巨大的电子屏，像是飘在天上，其他啥都看不见。”吴放至今记忆犹新。

“蓝天保卫战”从此打响，习近平总书记也在当年年底的中央财经领导小组会议上强调“推进北方地区冬季清洁取暖”，能源行业和电力行业的一系列变革由此开始。“煤改气”“煤改电”作为民生工程开始强势推进。

当时提出的口号是“宜煤则煤，宜电则电，宜气则气”。作为一个干了20多年的资深核电人，吴放在自己的笔记本上又加上了“宜核则核”。

这不是中国人第一次提出核能供热的想法。吴放1995年毕业于清华大学工程物理系。早在上世纪80年代，他们的前校长、国家最高科学技术奖得主王大中就主持研究、设计、建造、运行成功世界上第一座5兆瓦壳式一体化“低温核供热堆”。

随着清洁核能技术的不断发展，芬兰、俄罗斯、乌克兰、瑞典的核电站都开始了对外供热，而中国在商用这个领域一直处于空白。

2000年前后，我国200兆瓦壳式供热堆曾在哈尔滨、长春、吉化、大庆和沈阳等城市开展了示范供热工程的前期工作，但至今仍未落地。2006年，核能供热和淡化海水项目——牟平区养马岛项目获发改委立项批准，但后来种种原因导致项目中途夭折，成本较高，或为其中部分原因。

2018年，国家电投集团海阳核电项目一期工程并网发电。海阳核电站位于海阳市核电产业园区，三面环海，其一期工程与浙江三门核电一期工程一起被选定为国家三代核电自主化依托项目，担负自主化项目建设重任。目前，海阳核电一期工程1、2号机组已累计发电超600亿度。

为落实国家电投党组“加快由核电向核能拓展、单一核能向多能综合利用拓展、核能向核技术利用和核环保拓展”战略决策，2018年，山东核电党委书记、董事长吴放提出了核能供热的构想，在国内率先开展大型压水堆热电联产研究与实践。一年后，海阳核能供热项目开始上马。

△ 国家电投集团海阳核电站

核安全文化理念中倡导保守决策，核电站宁可选择稳妥和缓慢，而不会选择冒进。所以，2018年开始做研究时，初始团队对这个项目期望度并不像后来那么高，“能不能做成，外边能不能接受我们，这些都是未知数。”“暖核一号”设计管理工程师张真回忆说，“刚开始干的时候就几个人，都还是比较孤独的。”

而吴放的信心一直非常坚定，张真说：“吴放董事长的坚定与坚持，是这个项目非常大的驱动因素。他还经常提醒我们这些研发人员，不要抱着试试看的心理，要非常坚定地往下做。”

2019年，“暖核一号”70万平方米项目作为我国首个核能供热商用工程投运，率先应用在海阳市周边的海滨小镇凤城。张真有个同学家就住在凤城镇，提前享受到了核能供暖，并且给予很高评价。“当时在城区的同学还会问，什么时候能把全海阳给供上？”

之后，政府相关部门委托相关设计院为这个项目做了第三方评价，评价为“清洁、安全、稳定、高效，可推广”。地方政府给予了大力支持，2019年5月，海阳市政府与山东核电签订核电抽汽供热项目合作协议；一个月后，国家电投与山东省签署了《胶东半岛核能清洁供热项目合作框架协议》。试点成功后，核能供暖就开始在海阳市全面铺开。

试点项目的成功也引起了各地政府、核电同行、供热行业的广泛关注，先后有江苏、浙江、辽宁等地的核电同行前来海阳调研。这些对外交流活动，让山东核电的技术骨干们感到了自豪。山东核电更多的员工加入进来，形成了一个多达几百人的团队，包括设计人员、工程建造人员、后期调试及运行人员等等。

“暖核一号”450万平方米项目是一个浩大的系统工程，山东核电引入了多方力量：总承包方是国家电投综合智慧能源有限公司（国核电力院），国家电投上海核工院、哈尔滨汽轮机厂参与了项目的主要技术方案研发及技术评估工作，主设备供货方是东方锅炉厂，施工单位则是山东电建一公司、中核检修、中核二四，46千米的管道铺设同时展开，千头万绪，需要多方协调。

△ “暖核一号”70万平方米厂内换热首站

在各方的不懈努力下，“暖核一号”450万平方米项目攻克了“核电机组常规岛汽轮机中间级抽汽”的相关技术，填补了“百万千瓦级中压饱和汽轮机组抽汽技术”的国内空白。研发了适用于饱和蒸汽的大口径抽汽止回阀、快关调节阀等新型阀门，在核电热电联产关键设备上实现了国内首创。并在“核电热电联产的运行控制技术”上实现了新的跨越。

事非经过不知难，这些跨越和首创需要攻克大量的技术难关和难题，比如管系振动、热电联产后核电厂的控制方案修改与优化，特别是堆机控制曲线。山东核电组织智慧能源（国核电力院）、上海核工院、哈尔滨汽轮机厂成立专项攻关团队，通过四方协调会议推动工作开展，经历了方案初定、偏差确认、评估分析、各方确认等一系列步骤，最终确定了堆机控制曲线。一项又一项技术难题的解决，山东核电协同各方设计院共同完成。项目投运后，团队成员积极收集机组运行数据，开展经验反馈工作，通过建模、数据分析等提出运行优化建议。

技术上的突破是最根本也是最关键的一步，但仍有很长的路要走。仅仅是施工方面，就因运行核电厂的特殊性而受到诸多限制，技术上难度很高。“暖核一号”450万平方米项目施工管理工程师闫健说：“因为是在已运行的核电站里完成改造，物理上、空间上、吊装、地下管线的施工，受限制的地方非常多，施工难度比较大。”每周闫健和同事们都至少有三四个晚上，和施工单位开专题会，来解决各种难题。

最棘手的是一次吊装施工。海阳核电1号机组有3条500千伏的高压架空线，供热项目的厂区循环水管道钢结构桁架要从高压线下方通过，施工单位要把30多吨重、20多米长的桁架，从地面吊到大概7米多高的高度，“停掉这个高压线是根本不可能的，所以安全难度和技术难度非常大。”闫健说到。施工之前，专家会和内部讨论会开了好多次，周密安排下，终于顺利完成吊装。

核能供热渐渐得到国家层面的公开肯定与认可。2021年3月13日，《“十四五”规划纲要》发布，其中专门提到：“开展山东海阳等核能综合利用示范”。海阳核能供热正式进入国家“十四五”规划，项目的推进获得了强大推力。

△ 海阳核电一期工程1、2号机组

11月7号，海阳出现寒潮天气，最低气温-2℃。海阳市政府6号就要求海阳核电厂7号完成调试，9号正式供暖。原本设定的倒计时又被提前了6天。

负责设计、调试、运行的众多同事，从5号晚上就开始准备提升供热功率，通过慢慢加汽把温度提起来，这个过程中每一步操作开阀门都谨小细微。刚开始操作时会比较紧张，从晚上5点钟大家进主控室开始调，一直调到了第二天早上的5点，困了累了就喝杯咖啡提提神继续干……才把两边加热器平稳地投上了，把机组的状态稳定住了。

“第二天下午大概两点钟，调试的同事又给我们打电话，需要去主控确认一下。”张真还处于比较紧绷的状态，此时外网要求也把蒸汽量再往上加，大家又进入到主控室开始操作，奋战到第二天早上，相当于连续干了两个通宵。

最终，在寒潮席卷海阳之时，“暖核一号”提供的温暖被输送到海阳市的千家万户，居民家中气温维持在25度左右，体感舒适，温暖如春。

△ 朝阳下的海阳核电一期工程1、2号机组

02

安全、清洁的“暖核一号”

在海阳旅游度假区亚沙村小区一位居民的家里，入户玄关置物柜上的温度计显示，室内温度为26℃，户主说道：“现在日常在家里，基本上穿个单衣就够了，穿两件都会觉得热，没想到效果这么好。”

最初听说小区采暖热源要从燃煤变成核能时，居民们也曾有顾虑。

居里夫人曾说过：生活中没有可怕的东西，只有应去了解的东西。人们对核能不了解，会本能对核能产生疑虑。但就像是乘坐飞机事实上比驾驶汽车更安全，比尔·盖茨曾指出：“所有的安全记录显示，核能比其他能源更安全。”

技术人员常会把核能供热的工作原理类比网红食品“自热小火锅”：“下面是加热层，上面是食物层，经过物理隔绝，下面作为发热材料的不可食用部分，仅仅发挥加热作用，而不会与上面的食材接触。”

吴放对核能供热过程做了进一步解释：从核电机组二回路抽取部分做过功的蒸汽作为热源，通过厂内换热首站、厂外供热企业换热站进行多级换热，最后经市政供热管网将热量传递至最终用户。核电站与供暖用户之间有多道回路进行隔离；每个回路之间只有热量的传递，没有水或水蒸气的交换，更不会有任何放射性进入用户暖气管道的可能；热水也只在小区内封闭循环，与核电厂层层隔离，“没有任何接触，十分安全”。

核能供热工程已经各方专家检测论证，用户用水无任何放射性，与正常用水各类指标一致。

△ 海阳核能供热原理图

此外，在施工过程中，也极力确保安全。闫健说，施工方一开始对核电站生产区域供热改造出入管理的严格控制、安全及质量管理的高标准不理解，花了很长时间培训和沟通，施工方在内心接受了核电站安全至上的理念和行为准则。

而对于核电机组的操作，更是严格到极致。核电站操纵机组的人，被称为“黄金人”——因为培养一个操纵员的成本相当于与人等重的黄金的价格，所以业内被称为“黄金人”。

每个操纵员要经过很长时间的学习、培训，一轮又一轮的考试，才能成为“黄金人”，培养时间差不多要十年。

在核电站工作，安全意识是深度内化的，张真的爱人开玩笑说张真得了“安全强迫症”。他到了陌生的环境首先要搞清楚的是逃生路线，平常开车也特别小心谨慎。因为核电厂的文化强调：严、慎、细、实。工作久了，安全文化刻在骨子里了。

△ 山东海阳核电人

对于海阳核电来说，技术攻关和施工完成仅仅是走了一半路，跟外网的热力公司对接、跟地方政府合作、跟居民沟通，每一步都不简单。

吴放称赞海阳市委市政府“很有担当”，敢于第一个吃螃蟹，与企业合作寻求新的突破。项目推动过程中，海阳市政府成立调试、运行指挥部，组建综合协调组、专家组、应急抢修组、舆情处置组、极端天气应急保障组，有效推动项目调试、运行；组建热源及热力公司调度团队，建设、调试阶段通过协调周会沟通协商设计接口、施工进度、调试方案、运行策略等，保障项目顺利投运。

一直以来，山东核电坚持公开透明的态度，高度重视核电科普工作，在海阳市拥有良好的群众基础。供热项目提上日程后，山东核电与海阳政府部门联合给海阳市居民发放了核能供热“明白纸”，进行核能供热的科普，还安排工作人员为居民解疑答惑，让居民知道了核能供暖更清洁、更环保。“这是未来的发展方向，能成为第一批受益者，我们很高兴。”一位海阳市居民说到。

附近居民，尤其锅炉房周围的居民被采访时说道：“闻不到煤烟的味，也没有煤灰了”，还有人说：“我们家门口原来拉煤大车天天不停地跑，把路都压坏了，家里有小朋友，老是担心被撞。现在好了，大车少多了。”

核能供热建设初期，投资远高于同规模燃煤锅炉，但建成后运行成本远低于燃煤锅炉。海阳市海源能源有限公司董事长赵新说，核能供暖后，不需要再使用原来的锅炉及环保设备，供暖各站实现了无人值守，节省了电费、维修保养费、环保支出以及人力成本。以一个供暖季为例，一台40吨的燃煤锅炉，热力企业在环保、用电、人工等方面的成本节省可达300余万元。

赵新还补充道：“将核能供暖首站控制系统纳入智慧热网调度管控平台，对核能热源、输配系统以及终端用户的供暖环节进行参数监测、数据分析与智能管控，同时根据天气，适时进行温度调控，可以实现智慧供暖，使供暖质量达到前所未有的新水平。”

03

“水热同产同传”及未来

“暖核一号”投运后，海阳核电1号机组成为世界上最大的热电联产机组，取代了当地12台燃煤锅炉，每个供暖季预计节约原煤10万吨，减排二氧化碳18万吨、烟尘691吨、氮氧化物1123吨、二氧化硫1188吨、相当于种植阔叶林1000公顷，同时减少向环境排放热量130万吉焦，有效改善供暖季的区域大气环境和海洋生态环境。

3月份被列入《“十四五”规划纲要》，而11月项目就得以完成，吴放激动地说：“我们是《“十四五”规划纲要》里较早完成的项目！”

2021年11月初，第26届联合国气候峰会在英国格拉斯哥召开，中方发布了《2030年前碳达峰行动方案》，形成碳达峰碳中和“1+N”政策体系，明确了时间表、路线图。

2030年碳达峰、2060年碳中和对于中国来说，充满挑战。

国家电投作为清洁能源企业的先行者和排头兵，更提出了2023年碳达峰的目标。

目前，国家电投清洁能源发电装机容量已超过1.14亿千瓦，其中，风电、光伏发电装机超过7400万千瓦，光伏发电装机超过3800万千瓦，均位居世界第一。

11月30日，以广东揭阳神泉一315兆瓦海上风电项目全容量并网为标志，国家电投清洁能源装机在同类型能源央企中率先突破60%。

近二十年，全球碳排放增长速度很快。中国的发电量在增长，但今年仍出现缺电现象，这是因为中国已成为“世界工厂”，尤其是疫情席卷全球后，很多国家更加需要中国制造，使得中国的碳中和目标压力非常大。

而能源保障不仅要低碳化，还要多样化，才能保障能源安全。中国的能源资源特点是：富煤、贫油、少气，对煤炭极为依赖。对已探明的煤炭储量，最乐观的观点认为可以再用60年，悲观的观点认为只可以支撑30年。中国以煤为基础的能源体系、工业体系如果要转变，需要漫长的过程，要及早未雨绸缪。

公开资料显示，目前中国煤炭消耗中，电力行业占用大约一半，然后是钢铁水泥这样的重工业，第三个领域就在于每年冬季供暖。“暖核一号”让核电供热的规模化发展有了可复制的模板和标准。如果可以大规模推广，城市取暖将不再依赖煤炭，这将为我国推进清洁取暖、实现中国“3060”目标提供更经济、更环保的方案，也开创了中国核能、核电发展的新路径。

△ 未来，“暖核一号”有望进行全国更大范围的复制和推广

目前，国内相关核电企业已经积极参与核能供热项目，秦山核能供热工程一期已经投运，红沿河核电站也正在改造中。在吴放的设想中，“暖核一号”可以给所有类型的核电站配套。“‘国和一号’可以加‘暖核一号’，‘华龙一号’也可以用‘暖核一号’，不只是作为发电，而是开展核能的综合利用。”

“暖核一号”将海阳核电1号机组的热效率从36.69%提高至39.94%。但吴放和同事们创新的脚步并未停歇，明年下半年，海阳核电3000万平方米供热项目的施工将开始，可以为130公里范围内的区域供暖，有可能将烟台、威海、青岛纳入其中。一旦3000万平方米供热项目投运，机组热效率将提升到55.9%，是原来的1.5倍，如果海阳核电两台机组同时开展3000万平方米供热，能源贡献力相当于再造一个百万千瓦级核电机组。

△ 海阳核电核能综合利用愿景图

与此同时，海阳核电从2020年开始做的“水热同产同传”试点取得成功，把水和热合并成一根管道，从核电站输送到10公里内山东核电的宿舍区“专家村”，之后进行水热分离，把热量提取出来进行供暖；放热后的纯净水直接可以输送到宿舍区进行饮用。目前一天可以生产100多吨的饮用水。

“‘水热同产同传’由我们跟清华大学江亿院士团队联合开发，是世界首创，是革命性的。”吴放说到。试点成功后，下一步开始规划做一个10万吨的海水淡化项目，只是还要解决一些技术难题。

长期以来，中国北方缺水，沿海城市也普遍缺水。习近平总书记在深入推动黄河流域生态保护和高质量发展座谈会上，强调要全方位贯彻“四水四定”原则，为城市发展打开了更大的环保空间。如果大规模实现核电水热电联供，将大大缓解城市的缺水难题，对全球的低碳生产生活方式也起到了引领作用。

△ “水热同产同传”生产的饮用水

在格拉斯哥联合国气候峰会上，“核电是否是绿色的”是各国的争论焦点。德国和比利时长期以来一直在缩减其核能部门，而新西兰和奥地利等国家也反对将核能与风能、太阳能等可再生能源一起列为清洁能源。与此相对，俄罗斯一直在推动其他国家承认其核电站是绿色环保的；美国和英国核项目也在不断发展；捷克、法国和多个其他欧洲国家宣布建立“联盟”，力求在欧盟框架下，争取核能的持续投资；波兰、肯尼亚、乌克兰、巴西、罗马尼亚和印度尼西亚都在和美国合作开发自己的新核电站。

就在国家电投“暖核一号”正式供热的同一天，法国总统马克龙宣布：将重启新的核电项目建设。他强调：“为了确保法国能源独立和实现我们的（气候）目标，尤其是2050年碳中和，我们将重新启动国内核反应堆建造。”

2021年11月16日的美国《时代周刊》以《新一代核反应堆可能是绿色未来的关键》为题，探讨了当前核能发展的前景，并预言中国十年内，将超过美国成为世界上最大的核能系统的运营商。

中国核电确实在悄然发展：目前，我国（大陆）在运核电机组51台、装机容量5328万千瓦，在建机组20台、装机容量2270万千瓦。截至2021年10月，全国核电累计发电量3354亿千瓦时，相当于节约标煤约1亿吨，减排二氧化碳近2.75亿吨。

中国核电人肩上的担子也更重了。即便在出差中，吴放也要操心电厂发电的事，每天留意汇报上来的各种参数，他说：“我们是‘小驴拉磨天天拉’，没有一时一刻可以放松的。”

核电人所有的“勇于担当、敢于胜利、善于开拓、勤于自省”，无疑都是基于“安全”。而在未来，安全、清洁的核能将更多地改变我们的生活。

资料参考：

[1] 中国水网，首个核能淡化海水项目落户山东；

[2] 北极星核电网，核能供热产业化提速；

[3] 界面新闻，核能供热试点之争；

（部分图片来自国家电投、视觉中国）