2021碳达峰碳中和烟台论坛10月19日在烟台开幕,当天下午举行的主论坛期间,中国工程院院士、清华大学教授江亿表示,综合利用核能,实现热电水三联供,将对满足山东半岛电力、热力和淡水供应发挥重大作用。
山东用电、用热需求旺盛。一方面,其火电装机容量居全国首位。2019年,山东省煤炭消费总量4.3亿吨,发电消耗一半燃煤,而且热电机组装机容量占火电装机容量的比例超过85%,20万千瓦以下小热电机组占比超过30%,发电煤耗高、效率偏低,每年消耗约8300万吨燃煤。另一方面,山东省集中供热总面积达20.5亿平方米。青岛、烟台等城市供热以燃煤锅炉和小热电为主,能耗高、污染大,碳排放量也大。加上大量燃煤小热电同时为工业生产供热,非电燃煤中约70%用于各类小锅炉,为民用采暖和工业生产过程提供热量。
水资源短缺也是山东面临的一大问题,该问题不解决,无法实现可持续发展。
面对低碳转型要求,用什么来替代化石能源消费?如何满足大量用电和用热需求?如何应对水资源匮乏问题?核能的全面开发综合利用可同时解决以上三大问题,即利用核能水热电三联产技术,以全面电气化后的电力替代燃煤、燃气、燃油,以零碳热源满足冬季建筑供热和工业生产的热量需求,以足够的淡水资源确保安全可靠供水。
核电机组运行会产生大量余热,充分利用余热,可进行海水淡化并制备淡热水,再通过单管“水热同送”系统送到城市周边;通过“水热分离”装置分离出热量和常温淡水,由此实现供水、供热。目前,已建成的海阳核电小型示范项目运行效果良好。
在供热、供水基础上,再增加一套跨季节储热装置,实现系统全年连续运行,性能会更佳。水热联产等装置属于高投资项目,一旦建成期望长期运行,而核电装置不希望季节性转换,最好也是连续运行。通过跨季节蓄热装置,可实现连续制水、连续产热。春夏秋季热量换到储热装置,连续供应常温热水,冬季由系统和储热装置共同供热,继续供应常温热水。
测算显示,“1000MW机组+跨季节储热”全年连续运行8000小时,能够发电70亿kWh,输出热量4500万GJ,为1.5亿平方米建筑供热,并产生淡水1.5亿吨/年。若有30台这样的机组,可满足山东半岛35亿平方米建筑供热、供应45亿吨淡水,提供50%的电力供应。跨季节储热不仅使水热联产装置、水热同送系统实现全年连续运行,还能使核电通过改变抽气量而改变发电量,从而具有一定的灵活性,由此不再需要供热调峰热源,完全根据天气决定供热侧热量,提高了供热可靠性。
综合利用核能,实现热电水三联供,将对满足山东半岛电力、热力和淡水供应发挥重大作用,是实现山东半岛零碳能源和可持续淡水供应的重大举措。而要满足山东半岛热、电、水需求,需要有0.3亿千瓦装机的核电。为此,建议在“十四五”期间做好整体规划,为今后二十年的建设和改造提出“一张蓝图”,可先完成1-2个热电水三联供示范工程,到2045年,伴随着核电项目陆续完成,分期分片完成配套工程。