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核能供暖的“小城故事”如何写就

来源:科技日报 作者:复兴网能源 发布时间:2022-08-11
摘要:次年,海阳核电1号机组商运,他提出了核能供热的构想。 核反应会释放大量的热,需海水作为冷却水,水加热后产生的蒸汽,可以推动涡轮发电机发电。核能供热,就是从核电机组抽取一部分已经完成发电任务的蒸汽作为热源,经过换热器进行多级换热,将热量传递给终端用户。

  【创新故事】

  胶东半岛一座人口60万的小城——海阳,已经成为全国第一座主城区实现核能供暖全覆盖的城市。2021年至2022年的供暖季,海阳市共节约原煤18万吨。

  近日,海阳核电900兆瓦远距离跨区域核能供热工程正式开工,预计于2023年投运。届时,供热面积可达烟台、青岛、威海地区,能满足100万人口的取暖需求。

  “不能抱着试一试的心态,必须要做成”

  核能供热并不是新概念。上世纪80年代,我国开始了核能供热反应堆研发,经过多年探索,虽取得了一些成果,但要让核能产生的热量“飞入寻常百姓家”,还有相当的距离。

  山东核电有限公司党委书记、董事长吴放决定把这事做成。他在核电建设与管理领域工作多年,一直追求“多干点事,让更多人能享受到核能发展的成果”。

  2017年,吴放到山东核电任职。次年,海阳核电1号机组商运,他提出了核能供热的构想。

  核反应会释放大量的热,需海水作为冷却水,水加热后产生的蒸汽,可以推动涡轮发电机发电。核能供热,就是从核电机组抽取一部分已经完成发电任务的蒸汽作为热源,经过换热器进行多级换热,将热量传递给终端用户。

  山东核电制定了“三步走”的战略:一期园区级供暖,二期县域级供暖,三期区域级供暖。这一套核能供暖技术,被命名为“暖核一号”。

  吴放挂帅,在公司成立了项目推进小组。年轻的设计管理工程师张真,就在那时加入了团队。

  “一开始也觉得有些孤立无援。”张真说,这是一项开创性工作,没有任何先例可循。当时,公司的业务重心在安全发电上。至于供热,到底能不能行,大家心里都没底。吴放就经常跟团队一起开会,鼓励大家:“不要抱着试一试的心态,我们必须要把这事做成。”

  技术路线、安全评审、地方沟通、商业模式、公众宣传……团队认真梳理了需要完成的任务,发现“到处都是困难”,需要逐项推进、各个击破。

  首先,得让人接受。项目在初期技术路线选择阶段,就采取了多重回路隔离设计。针对一些市民“谈核色变”的心态,团队做科普时常用“自热火锅”打比方——发热材料仅仅用来加热,不和食物直接接触。

  再就是商业模式。在成熟的供暖体系中,新的热源要受到欢迎,必须实现多方共赢。“暖核一号”开创了“核电厂+政府平台+供热企业”的联合运行商业模式。

  2019年,“暖核一号”一期31.5兆瓦工程投运,向周边70万平方米供热,核电厂的员工宿舍区及施工生活区率先用上了核能供暖。

  “踏踏实实干,把创新的篇章续写下去”

  接着,就是要攻关“暖核一号”二期202.5兆瓦工程。

  和一期不同,要实现更大范围供暖,需完成一系列实体改造——高压缸排汽管道、阀门、换热器、凝汽器……除此之外,还涉及控制方案的改变。

  比如,要从高压缸抽汽,就必然会影响汽轮机运行的状态。抽汽后,高压缸排汽压力变低,进汽口和排汽口压差变大,这将导致高压缸叶片载荷的上升。高压缸状态变化,下一级低压缸行状态也会随之变化。在低压缸的最后几级叶片中流动的蒸汽,本身会带一些小水滴,随着气流的流动,会冲击低压缸的转子,而抽汽之后,其对汽轮机末级叶片的水蚀程度会加剧。

  安全第一。抽多少,怎么抽,每一个数值都马虎不得。项目团队和几家相关设计院一起分析、讨论。彼时恰逢新冠疫情,大家开启了“线上”作战模式。后来,两家设计院各自给出了计算数值,项目团队选择了相对更为严苛的数字。

  回头看,“暖核一号”202.5兆瓦工程攻克了“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。他们还研发出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。

  技术方案定好,还需工程团队将其落地实施。在已运行的核电站里搞改造,以前几乎没有这方面的经验。工程团队要在重重限制下,寻求一个个“最优解”。

  施工管理工程师闫健坦言,好多事情从来没干过。每一步,都必须慎之又慎。“几乎每天晚上都要开协调会,讨论技术和安全指标。”倒排计划、挂图作战,工程团队努力赶上每一个窗口期。

  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,全过程中高压线不能停电。

  光是吊装方案的制定就花了两三个月时间。首先是吊车的站位。受周边物理空间以及吊装桁架的高度、重量限制,两台吊车的站位基本是固定的,无法调整。正式吊装之前,多个部门联合进行沙盘模拟演练,评估相关风险。正式吊装时,还专门安排一组人进行起吊空间和高压线距离的实时监测,保证时刻有10米以上的安全距离。

  2021年11月,“暖核一号”二期202.5兆瓦工程投运了!海阳主城区从此告别了化石燃料供暖,与往年相比,居民的住宅取暖费每建筑平米下调了1元钱。

  现在,全国乃至全球核领域的同行,都开始关注这座原本不起眼的小城。“暖核一号”团队也感到了成为创新者的自豪与责任。更多的有生力量加入进来,他们表示,要“踏踏实实干,把创新的篇章续写下去”。

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