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探索核能综合利用创新发展
发布时间:2019-12-05    信息来源:未知    浏览次数:

  11月28日,“国家能源核能供热商用示范工程”“山东省核能综合开发利用示范城市”揭牌仪式在海阳市举行。相关专家围绕“核能水热同送、海水淡化、储能技术”等专题进行了主旨演讲。专家们以其精湛的专业知识、深厚的学识造诣和开阔的国际视野,立足于各自领域,提出了许多专业化、建设性的宝贵意见及建议。本报刊发三位专家精彩观点,以飨读者。

  胶东半岛主要包括青岛市、烟台市和威海市,是山东省经济最发达的区域。2018年胶东半岛国内生产总值(GDP)为23475.56亿元,占山东全省GDP的30.7%。近年来,胶东半岛地区GDP能耗下降趋势放缓,经济社会高质量发展面临新挑战。

  随着经济发展及居民环保意识的逐渐提升,冬季供暖能源清洁化被提上日程。如何有效压减煤炭消耗,寻找大规模、可持续的清洁热源替代传统燃煤供暖,成为制约胶东半岛城市发展的环保“瓶颈”。

  胶东半岛属于北方严重缺水地区之一,水资源供需矛盾突出,主要依靠“引黄济青”和“南水北调”工程解决水资源短缺问题。胶东半岛客水比例较高,烟台市、威海市占比10%,青岛市则高达47%,水资源短缺是制约胶东半岛城市发展的另一重要“瓶颈”。

  为有效解决上述两大“瓶颈”,可以依托海阳核电,合理利用核电机组余热,制备淡化海水,通过水热同送技术,将加热后的淡水送至城市周边,热量用于集中采暖,解决采暖用能清洁化的问题;淡水送至自来水厂,解决城市发展水资源短缺问题。

  水热同送是将热量及淡水同步输送至用户侧,仅需要敷设供水管道,不需要敷设传统供暖回水管道,可有效降低管网初投资及输送成本。按照供暖季供热水量2.65亿t、供热量7534万GJ,非采暖季供淡水量3.41亿t,折旧年限20年(静态回收期20年)测算,热价为40元/GJ时,水的最低销售价格为5.1元/t;水价格为6元/t时,热量的最低销售价格为32.9元/GJ。

  核能水热同送替代现有燃煤锅炉后,煤炭用量减少186万吨标煤;减少化石能源消耗148万吨标煤,节能比例达67%;减少二氧化碳排放量420万吨,减排比例达74%;主要污染物减排比例达70%以上,环保效益显著。

  利用现有的核电机组余热,发展水热同送可满足胶东半岛供暖清洁能源转换需求的同时有效解决胶东半岛水资源短缺问题,提高核电厂热效率,实现经济效益、环保效益双丰收,具有重大发展前景。

  淡水资源的匮乏已成为全球性的环境问题,据世界观察研究所的报告预计,到2025年,全球面临缺水的人口将达到总人口的2/3,我国是世界上13个贫水国之一,山东半岛更是全国缺水最严重的地区之一,淡水资源已严重制约了半岛经济的可持续发展,因此发展海水淡化产业已成为推动半岛经济发展的不二选择。

  海水淡化技术于20世纪50年代开始商业化应用,目前主流技术有热法(主要包括多级闪蒸、低温多效)和膜法(主要包括反渗透)。海水淡化技术已在全球得到了广泛应用,截至2017年,全球淡化总产能达到近1亿吨/天,其中膜法占总产能的64%,热法占36%。产品水中59%用于市政供水,解决了2亿多人的饮用水问题。截至2016年底,我国已建成海水淡化工程总规模138.8万吨/日,其中膜法占总产能的69%,热法占31%。

  随着海水淡化工程规模不断扩大,成本也在不断降低。以色列、沙特等国家,海水淡化项目制水成本可降低至0.5-0.7美元/吨。在我国,典型的海水淡化工程中热法综合制水成本为5-8元/吨,膜法综合制水成本为4.5-7元/吨。国内行业整体技术已基本成熟,低温多效和反渗透海水淡化技术已具备系统集成和工程成套能力,随着国内技术水平和设备制造水平的不断提高,未来海水淡化成本将会进一步降低。

  核能是清洁绿色的能源,也能为海水淡化提供所需的蒸汽和电能,是在技术、经济和环境方面均能够满足海水淡化大规模发展的一个可依赖能源。核电厂址区域一般海水水质优良,取排水和各种配套设施完善,具有发展海水淡化产业的先天优势。核电厂建设海水淡化不但可以满足自身需求,从根本上解决干旱季节与民争水的局面,同时也可以为机组提供可靠的水源保证。通过核能与海水淡化技术的深度耦合,建设大型核能海水淡化项目,实现向地方供应水质优良、价格合理的淡水资源的目标,更是可以为山东省新旧动能转换的能源改革注入新的活力,从而实现企业经济和社会效益的最大化。

  随着我国的能源结构调整,采用大规模风能、太阳能等新能源势在必行,但风能和太阳能存在间歇性和波动性的特点,在大规模并网时对电力系统的稳定运行提出了严峻考验。储能不仅能够解决新能源的间歇性和波动性问题,还能够提高电网稳定性和供电质量,提供各种能源的时空转移,是能源发展版图中的一块重要拼图。

  目前受制于储能技术的发展,抽水蓄能技术很难大范围应用,锂电池存在安全性较差及后处理等问题,缺少一种足够安全又经济的大规模储能技术。国家电力投资集团在储能产业率先布局,成立了国家电投储能技术研究中心(简称“储能中心”),在两种储能技术——电储能技术与热储能技术领域均实现了突破。

  在电储能技术方面,储能中心对铁铬液流电池、全钒液流电池、锂离子电池、铅酸电池、钠硫电池等电化学储能技术在循环寿命、能量密度、安全性、度电成本等方面进行了深入的对比分析,最后铁铬液流电池技术因其环境友好、寿期长、安全性高、度电成本低等特点而受到青睐。储能中心自主研发的铁铬液流电池技术水平处于国际领先,目前已具备研发、设计、测试和组装生产等一整套完整的技术能力,所有关键部件已实现国产化、自主化,正在进行生产线的前期论证工作,预计可拉动新能源产业、新材料产业、装备制造产业数百亿元产值。据测算,年产能300MW的度电成本低于目前锂电池的水平,随着技术的进步以及规模效应,当年产能1GW时,度电成本与抽水蓄能相当,极具大规模储能的经济性。国内首套百千瓦级铁铬液流电池储能示范项目已落地国家电投河北公司张家口战石沟光伏电站,目前,储能系统中核心设备——全球最大的电堆容和一号已成功下线年投运。

  在热储能技术方面,储能中心围绕熔盐储热、水储热、固体储热、相变储热、地热等方向也取得了丰硕成果:自主研发的水储热关键部件——布水器设备,性能指标达到国际一流水平,打破了国外技术的垄断,首台套布水器已经在霍林河坑口600MW机组灵活性改造项目投运,项目投运以来,已实现经济效益1.3亿元;自主研发的高压加热器的核心元件——电热丝,其可靠性、寿命和经济性优于市场同类产品;在地热方向实现地热能高效利用技术——潮汐式地热能利用技术、尾水回灌系统、梯级利用技术、深井换热技术等也取得了显著成果;储热核心技术已经在火电灵活性改造、煤改电、综合智慧能源的各类市场化项目得到广泛应用。

  关于核能与储能的结合应用场景,利用铁铬液流电池技术及其他一些满足核电厂区安全性要求的储能技术,可以在核应急电源以及为核电调峰等方面发挥作用,目前正与海阳核电方面一起进行可行性论证。此外,利用热储能技术可以为核能供热提供备用热源,降低汽轮机的调节频率,在事故下还可作为备用冷却水,具备应用前景。核能和储热的结合,为海阳核电核能综合利用提供了思路与发展方向。

  (本版稿件由本报记者 张楠 本报通讯员 缪久田 魏志尚 孙宁 许红波 撰写整理)

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