近日，“浙江海盐三个小区集中核能供暖”的消息冲上了微博热搜。
这个供热项目利用秦山核电基地机组冬季剩余热功率，在不影响机组安全性能的前提下，向海盐公建设施、居民小区及工业园区提供大规模安全、零碳、经济的核能供热。
闻此，南方其他城市的居民也纷纷表示十分需要，同时还对核能供暖的方式产生好奇。
1938年，德国科学家奥托·哈恩首次发现核裂变现象时，绝对想不到这此后会成为人类的取暖神器。
那么，核能到底是如何供暖的？南方人的冬天从此不再湿冷难熬？
文 | 何方
编辑 | 谢芳 瞭望智库
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一项“老”技术
当一颗中子撞向原子核，原子核裂成数片。如果把这些碎片收集起来、称量，你会惊奇地发现，碎片的质量要比原子核原来的质量小。质量不会无缘无故地消失。正如爱因斯坦的质能方程所预示的那样，消失的质量转化为了能量。这种能量，就是核能。
核能并没有好坏之分，关键看人类如何利用。
1942年12月2日，物理学家费米在芝加哥启动了世界上第一个原子反应堆——芝加哥反应堆1，从此，世界上增加了一种新的能源，核时代开始了。
1954年6月27日，由苏联建造的世界首座商用核电站奥布宁斯克核电站开始发电。虽然它的总输出功率仅为5000千瓦，但核电站的历史由此开始，也意味着核能的和平利用成为现实。奥布宁斯克核电站安全运行了近50年，于2002年“退役”，2004年转型为俄罗斯的一座博物馆和科技馆。
自奥布宁斯克核电站起，世界各国开启了核电建设的浪潮，苏联，美国、英国、法国和德国等国建造了大批核电站。
当核能用于发电的可行性、经济性和安全性得到验证后，那些缺乏化石能源又饱受寒冬之苦的欧洲国家，便开始研究用核能取暖。
1964年，瑞典原型核动力反应堆agesta建成投运，它是世界上第一个民用核能供热的核电站。此后，欧洲各国纷纷开始利用核能供暖。
核能供暖主要采用的是热电联供的形式，这种反应堆在平时用来发电，待到供暖季，便升高功率，启动核能供暖设备，实现供暖。目前，世界上400多座反应堆中，有50多座反应堆在提供核能供暖服务。
不过，热电联供式反应堆的主要目的是发电，供热只是反应堆的功能扩展。这就导致，当时只有建有核电站的地方，才能通过改造核电厂实现供暖。毕竟，核电站投入成本高，安全要求高，不可能专门为了供暖建造一座核电站。
那么，能否建造一些建造成本低、建造速度快、安全水平高的供热反应堆呢？
答案是肯定的。
核能能量密度高，能源成本低，加拿大、法国、苏联、美国、瑞士等核能发展国家，都对低温供热堆进行了研究，并研究出了一系列的供热堆型。例如，加拿大在1987年建成了2兆瓦的slowpoke(sdr)常压池式供热堆，为建筑物供热运行了2年。
到20世纪70年代，各国对核能供热的技术研究已经趋于成熟，同时，核能供热的安全性和可靠性也得到了验证。当时，各国关于核能供热已经积累了多年的运行经验，并且未发生过核事故和安全事故。可以说，从技术的成熟程度和安全程度上来看，推广核能供热技术不存在根本性的问题。
但直到21世纪，单一的核能供热堆依旧鲜有实现商用的，目前主流的核能供暖形式，依然是利用原有核电站，加装蒸汽抽取供暖设备，实现热电联供。
核能供热技术的推广主要囿于以下两个方面。
一是经济性原因。核能供热的燃料成本较低，但是反应堆建造选址、设备安全等级、配套安全设备等方面成本较高，相比于化石能源，在经济上并不占据优势。
二是核技术的敏感性，这也是最主要的原因。核问题本来只是技术问题，但是由于涉及到核武器扩散以及公众对核技术敏感，开始演变成政治问题，这阻碍了核能供暖技术的推广应用。
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热电联供
我国的核能供热技术起步晚，但是研究工作一直持续进行，且技术不断取得进步。目前，我国的核能供热在技术上已具备了商业应用的能力，但由于敏感性和经济性等原因，有关核能供暖堆的建造规划进度很慢。
在北京昌平的清华大学核研院内，就有3栋用核能供暖的建筑。
1983年，我国科技人员对一座屏蔽室试验反应堆进行改造，将其改造成为一座低温供热试验堆，拉开了我国核能供热技术研究序幕。1989年，这座反应堆正式投运，成功地向这栋面积共15000平方米的建筑供暖。在此基础上，我国又建造了5兆瓦低温核供热堆，并实现热电联供。此后，我国继续完成核供热堆200兆瓦商用堆nhr200-i关键技术研究，2003年更是开发了更高运行参数的nhr200-ii低温核供热堆。
回顾核能供暖的历史，我们很容易发现，实现核能供暖最便捷的方式，就是利用现有的核电站，在其上加一路供暖设备，以热电联供的形式实现核能供暖。
核反应堆的结构并不复杂。以我国大陆建造最广泛的压水堆为例：一堆紧凑的核燃料组件紧密“堆”在一起，其中插入用以控制反应堆功率的控制棒，便组成了反应堆的主体结构——堆芯；然后，将堆芯“泡”在水中，利用高速流动的水流，将堆芯产生的热量带走，这就是压水反应堆的基本结构。
这些高速流动的水流，经过名为“热交换器”的管道集合，将管道的管壁加热；在管壁的外部，即名为“二回路”的空间中，另一路水流会高速冲刷这些被加热的管壁，将热量带走，转化为高温蒸汽。依靠这种“隔管壁交换”的形式，反应堆在留住全部放射性产物的同时，将能量安全地“传递”出去。因此，二回路中产生的高温蒸汽，本质上与火电厂锅炉产生的蒸汽没有区别。
当蒸汽进入汽轮机，就可以推动汽轮发电机运行，产生源源不断的电能，这个过程和火电厂几乎是一模一样的。如果这时，将驱动汽轮机的蒸汽抽取一部分，作为热源加热暖气管中的水，就可以实现核能供暖了。这也正是我国现行的商用核能供暖的技术方法。
用这种方式进行核能供暖，不涉及到核反应堆改造，不涉及核安全问题，技术实现简单，施工难度低，经济性也高。
目前，全世界400余台在运核反应堆中有超过1/10的机组已实现热电联供，且已累计安全运行约1000堆/年。
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北有山东海阳，南有浙江海盐
住建部的最新数据显示，我国冬季供暖面积以年均约10%的增速增长，截至2019年底，全国集中供热面积已达110亿平方米，北方城镇供暖能耗为1.91亿吨标煤，约占建筑总能耗四分之一。
有专家表示，北方供暖需求增长快，但热源在减少，需要大力发展包括核能供暖在内的清洁能源供暖。
2019年，山东海阳核电站通过抽取部分蒸汽的形式，首次实现了核能供暖。
经过近两年发展，今年11月初，海阳核电站核能供热商用示范工程二期450万平方米项目正式投产，海阳市彻底告别燃煤取暖，成为全国首座“零碳”供暖城市，惠集20万居民。同时，这一项目投产也实现了国内商用核能供暖“零的突破”。
核能的应用，推动了传统热力企业的转型升级。
海盐某能源公司的负责人表示，核能供热后，原来的锅炉及环保设备不再使用，以前需要9人1组三班倒的锅炉房，变成了无人值守的换热站，只需要常规巡视。一个供热季，他的企业在环保、用电、人工等方面的成本节省可达300万元。
山东省能源局局长栾健透露，山东省将着力打造胶东半岛千万千瓦级核电基地，同步推进核能供暖等综合利用，力争到2030年，在运装机规模达到1300万千瓦以上，胶东半岛具备条件的地区全部实现核能供暖。
北有山东海阳，南有浙江海盐。
每年冬天，“秦岭-淮河”线以南的城市因身处非法定集中供暖区，常常饱受湿冷之苦。随着人们生活水平不断提高，南方人对冬季供暖的呼声也越来越高。
此前，囿于，南方集中供暖行动没有完全展开。如今，作为清洁能源的核能，给南方人民带来希望。
浙江省的海盐县身处“秦岭-淮河”线以南，其县域内也没有从事集中供暖的热力公司。不过，海盐县拥有秦山核电站。
1991年12月15日，秦山核电站的并网发电让中国大陆结束了无核电的历史，我国也成为第七个能够自主设计、建造和运行核电站的国家。
今年的12月3日，秦山核电站通过对原有的商用核电站加装供暖设备、抽取部分蒸汽作为热源加热供暖系统的方式，让4000户居民拥有了核能供暖。这是我国南方首个核能供暖工程，也是南方供暖的一个标志性事件。
值得关注的是，秦山核电的核能供暖项目，从开工建设到竣工投产，仅仅用了不到5个月的时间。
秦山核电核能供暖示范项目。作者供图
目前，海盐县投运的是第一阶段的工程，只涉及3个小区的核能供暖（原因是这3个小区本来就建有供暖管线）。根据秦山核电核能供暖项目的规划，到2022年冬季，将实现向海盐县主城区向西和向北核能供暖，在未来，秦山核电核能供暖项目将辐射整个海盐县城以及县城周边街道和集镇，使得海盐县城成为南方核能供暖的标志性城市。
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经济账和环保账
那么，核能供暖贵吗？
核能供暖并不贵。当年，西方国家发展核能供暖，一个重要原因就是化石能源供暖成本高。如今，我国利用核电机组热电联供的方式实现核能供暖，除去供热管线铺设和维护费用，核电厂的主要成本是燃料成本。也就是说，当冬季进行核能供暖时，核电厂只需要将反应堆这个“炉子”烧得更“旺”一点就行，而核燃料成本与化石能源成本相比，是相当经济的。
从山东海阳核能供暖项目运行情况来看，不考虑核能输热管线成本，核电供热方式与燃煤成本相当；对于秦山核电核能供暖项目，已实现核能供暖服务的小区，其用户暖气费用，相比原来也有一定程度的下降。
海盐县的居民介绍道，原本小区使用的是天然气锅炉供暖，一个供暖季每平方米收费是46元，现在改成核电供暖，除了外部管网换了，室内供暖设备还是沿用以前的，但价格将下调到30元每平方米。按照他们家套内70平方米计算，一个供暖季原来需要3220元，现在下调到2100元，可以省下1120元。
除了经济账，核能供暖作为一种高效清洁的供暖形式，更需要算环保账。
以秦山核电核能供暖项目为例，项目全部投产后，相对于电取暖方式，每年可节约电能消耗1.96亿度；相对于燃煤火电机组，每年可减少燃用标煤约2.46万吨，相应地每年可以减排二氧化硫1817吨、氮氧化物908吨、二氧化碳5.9万吨。这仅仅是一个服务县城的项目，若后续核能供暖项目全面推广，那对于我国碳达峰和碳中和，意义极为重大。
目前，我国碳排放交易市场正在逐步建立，各核电厂也开始纷纷加入碳排放交易市场，这一方面能激发核电企业参与核能供暖的积极性，另一方面也能进一步降低核能供暖的成本。
不过，前文提到，目前的核能供暖都是在不影响核安全的前提下，对已有的核电站进行改造，加装供暖系统等。我国的商用核电站全部分布在沿海地区，且只有少数分布在北方沿海，这使得内陆实现核能供暖困难重重。
截至2021年10月31日，我国大陆地区共有在建和运行核电机组71台，其中运行机组52台。图源：国家核安全局
随着远距离输热技术的日趋进步，预计未来沿海核电站为中心200公里范围内，均有可能实现核能供暖。从这个角度上来看，目前利用商用核电站加装供暖系统的方式实现核能供暖，还有很大的潜力可以开发。
需要注意的是，利用现存核电站热电联供的方式，进行核能供暖，能保证安全、经济与效率。但面对辽阔的国土，现阶段的核能供暖对于改变我国冬季以化石能源为主的供暖方式，作用不大。在未来，大力发展多用途小堆，才能更好地发挥核能供暖在低碳减排和服务人民方面的作用。
目前，我国已经研究了多种型号先进小堆。同时，我国已在山东建设了第四代先进气冷堆项目，在海南开工建设了玲珑一号小堆项目。这些先进反应堆采用模块化建造方式，建造工期更短，还能够根据需要执行发电、供汽、供暖乃至海水淡化等功能，在设计上相比传统的核电站更安全、更先进、更经济。
未来，这些小堆若规模化建造，将成为核能供暖的主力。
参考资料：
1.费米:原子时代的开创者|郭世琮.科学世界.2002(03)
2.第一现场：探寻首座核电站“零事故”奥秘|陈效卫，谢亚宏.人民网.2014-06-26
3.南方首个核能供热项目投运，能复制推广吗？|杨漾.澎湃新闻.2021-12-05
4.“暖核”！海阳成全国首个“零碳”供暖城市|王好、景毅.半岛都市报.2021-11-15
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