中國青年報：大膽摸，這是核裂變發的熱
文章來源：中國青年報 發布時間：2021-12-16
海陽核電站內換熱裝置所在的毗屋，使用核能加熱的水在這里與通向換熱中心的水進行熱量交換。
海陽核電站常規島內隨處可見監測壓強、溫度等關鍵性指標的設備。
海陽核電站內的渦輪發電機。核能產生高溫高壓的水蒸氣，推動渦輪發電機發電。
11月24日，海陽核電站，兩個機組用不同的顏色區分，最大程度避免操作失誤。
從中國地圖上看，膠東半島如翼龍頭部面朝大海。在半島南側的“咽部”，有一處“熱點”。比起左邊的嶗山、右邊的乳山，海陽沒什么名氣。然而它又的確有幾分特別，在北半球的這個冬天，它成了全中國第一座完全實現核能供暖的城市。
現代與古老在這里不做爭奪，它們彼此給予——海陽核電站的兩個機組每年發電量200億千瓦時，足夠滿足青島、煙臺、威海地區全部居民的生活用電。深藏著高核輻射物質的建筑內，劇烈的核反應隨時都在進行。核電站外幾百米處是幾個當地的自然村，和很多臨海的村子一樣，人們以捕魚為業，天沒亮就出門趕海。也有人在核工業園區從事保安、保潔等工作。
作為中國大陸51座在運行的核電站之一，海陽核電站無論是規模還是技術上都不特殊，一件頗有意義的小事是，2021年，它拿出4%的發電量，為60萬人口直接輸送熱量，讓這座北方小城告別了化石燃料供暖的時代。
一切順利的話，未來的某個冬天，這座核電站還將把熱量輸送到青島、煙臺、威海三座城市。
“什么是安全？符合標準，就是安全的”
從清華大學工程物理專業畢業后，吳放一直在核領域工作。這位核能專家、山東核電董事長的日常工作，是和同事一起維護海陽核電機組的安全穩定運行。
吳放回憶，2015年，自己在北京經歷了數場霧霾，“抬頭看不見建筑，只能看到上面發亮的字”。這讓吳放萌生了用核能供暖的念頭，因為核能是清潔能源，幾乎不會帶來任何大氣污染。
當前國內供暖主要依靠燃燒煤炭和天然氣，會產生大量二氧化硫、氮氧化物和可吸入顆粒物。據清華大學建筑節能中心測算，中國北方城鎮每年供暖能耗為2.12億噸標煤，碳排放量約5.5億噸，約等于2億輛小汽車一年的碳排放。
除了引發霧霾，燃燒化石能源排放的二氧化碳還造成全球變暖，導致極端氣候現象頻發、海平面上升。在剛剛結束的《聯合國氣候變化框架公約》第26屆締約方大會上，多國政府都提出了碳中和的目標。
人們能說清霧霾的成分，但很顯然，人們更害怕核能。說起“核”，多數人的第一反應是武器和事故。如造成近10萬人死亡或重病、方圓30公里范圍內受到嚴重污染、三分之一地球受到放射性物質影響的切爾諾貝利核事故，再比如2011年日本福島核電站泄漏事故。后者的影響力大到讓多個國家暫時停止了核電站的建設和新增計劃，德國甚至宣布2022年起全面棄核。
吳放不常談論“福島”或“切爾諾貝利”，盡管他常常面對帶著這些關鍵詞的問題。
在人類文明和戰爭的記憶里，與“核”有關的傷痕都太過深刻，“核”帶來的恐懼感是持久的。但在海陽核電站，距離核反應堆最近的人反而很安心。
據測算，園區上千名員工一年受到核輻射的平均劑量約為做一次腹部CT的百分之一。很多時候，園區里的輻射值甚至低于大城市——繁華都市中，空氣里的粉塵、建筑中的天然大理石等材料也有核輻射。園區里還有一塊計時大屏幕，截至中青報·中青網記者抵達時，核電站已經持續517天18小時14分24秒沒有發生人因事件。
到底什么是安全？在吳放看來，安全是一個難以定義的詞，他更愿意用“符合標準”來衡量。“只要我們在建設、操作時符合標準，那我認為它就是安全的。”事實上，中國在核能開發、利用方面制定的標準是全世界最高的。
在核領域工作多年，吳放一直希望提高核能的利用效率。受物理學基本規律的限制，目前全球核電站在發電時的熱效率最高只有約36%的水平，想顯著提升，只能期待人類有重大科學和技術突破。
核電站一般都建在海邊，核反應會釋放大量的熱，需要海水作為冷卻水，加熱水產生的水蒸氣推動渦輪發電機發電。吳放曾考慮，如果能從這些熱能中拿出一部分用于供暖，能提高核能的利用率，同時也能實現清潔能源供暖。
“這個想法從原理上說很簡單，很多人都能想到，實施起來卻是一個復雜的工程學問題。而且前幾年核能供暖并不會比使用化石燃料便宜很多，因此很少有人愿意做這個嘗試。”吳放解釋。
推進研究的同時，他先在核電站員工宿舍區以及當地30多個小區做試點，然后逐步擴大范圍，直到覆蓋整個海陽市城區。出人意料的是，不管是核電站建設和運行時，還是推廣核能供暖時，他們發現當地老百姓并沒有對安全性感到擔心。多數人最關心的問題是，核能供暖效果怎么樣，便不便宜。
2021年11月9日，核能供暖的熱水如期溫暖了這座城市。與往年冬天相比，市民并沒有感受到什么不同，暖氣片還是那么熱，持續而穩定——除了供暖費每平方米比去年降低了1元。
解決了燃“煤”之急
穿過層層鋼筋混凝土和金屬安全殼，核電站的核心只是一根根細長的燃料棒，4米多高，粗細和混凝土使用的鋼筋差不多。它們排列在一起就成了穩定且能產生大量能量的核反應堆。按照計劃，如果海陽核電站的8座反應堆全部建成投入使用，能提供整個山東省13%的用電量。
這是發生在原子維度的反應，卻蘊藏著巨大的能量。1克濃縮鈾-235的體積和一粒米差不多，但它在完全裂變后產生的能量，約等于2.8噸標準煤或1.8噸汽油完全燃燒所釋放的能量。
在能源領域，能用于發電的熱能是“高級”的，需要水蒸氣有較高的溫度和能量，在海陽核電站，用于發電的水蒸氣的溫度高達268.6攝氏度，壓強5.38兆帕，約為53倍的大氣壓強。發完電的水蒸氣雖然還是溫暖的，但屬于較“低級”的能源，很難再得到利用。供暖則并不需要那么“高級”的能量，“我們的工作類似于拿出一部分‘高級’的能量兌入‘低級’的能量，變成更多‘中級’的能量，也足夠用來供暖了。”吳放解釋。
實現這個想法并不容易。核電站是一個設計精密的系統，取出一部分水蒸氣，勢必對整個系統產生影響。在海陽核電站1號機組2018年投入商運當年，他們經過大量前期理論論證后開始立項，次年開始試點供暖。范圍從核電站辦公區逐步擴大到海陽市的部分小區，直到今年，整個市區都用上了核能供暖。
而在這個過程中，用戶端的改變并不大。在核電站之外，除了替代了海陽市的12臺燃煤鍋爐，其他的一切和燃煤供暖幾乎沒有任何區別。供暖的水還是由各區的供熱企業負責加熱，只是如今，供熱企業不再需要燃燒煤炭加熱供暖水，而是由海陽核電站提供熱水，在供熱中心將熱量傳遞給供暖水。
海陽實現核能供暖引起了全球核領域同行的關注，國際原子能機構已經派專員前來調研。這項嘗試在國內也有了追隨者，今年，中國第一座核電站秦山核電站開始對嘉興市的3個小區試用核能供暖。
即使不考慮在減少碳排放方面的貢獻，核能供暖的意義在今年也格外特殊：全球整體能源緊缺，煤炭、天然氣等能源的價格大幅上漲，不少國家實施了限電停產措施，多地供暖費用漲價，海陽市卻做到了供暖費不增反降，解決了燃“煤”之急。
對此，吳放算過一筆經濟賬，長期看來，核能供暖一定比燃燒化石燃料更實惠。他解釋，在煤炭價格平穩時，使用核能供暖的價格僅略低于燃煤供暖，但未來化石能源的價格可能會因為產量、碳排放市場化等原因不斷上漲，而使用核能近似于一次性投資，費用主要花在建設時，投產后，核燃料的價格只占極小的部分，即使發生類似化石能源的大漲價，也不會對核電站的經營產生大的影響。因此，核能發電的費用一般非常穩定。
只是，核能供暖目前只能向核電站周邊的城市提供，距離太遠則會受傳輸管道建設成本、傳輸過程中熱量流失等因素的制約。由于核電站需要持續大量使用冷卻水，目前中國的核電站大多都建在海邊。
第三代技術的設計理念基于“削弱‘人’的不穩定因素”
海陽核電站毗鄰黃海，常年抽取海水用于冷卻核設施。在抽水口，海水中的魚、蝦、海草被濾出，海水在海陽核電站循環一周帶走“低級”的余熱，最后熱氣騰騰地回到黃海。
在絕大多數人眼中，這些“低級”的熱量沒有利用的價值和機會，但吳放卻想，是不是有辦法把這部分能量也利用起來呢？
他想到此前在新聞中看過的“南紅北移”工程。適合在南方溫暖潮濕環境生長的紅樹林是極好的海洋生態系統，能防風消浪，凈化海水和空氣，還有10倍于陸地森林的固碳能力，但它不適應北方寒冷的氣候。
此前，中國的“南紅北移”工程最北只開展到北緯30度的浙江舟山。海陽的海岸線比舟山更靠北，但一年四季分秒不停流回大海的反應堆冷卻水也許可以營造適合紅樹林生長的環境。吳放聯系了多所大學的專家開展調研，并在今年6月開始了這項工程，目標是將紅樹林生長的最北位置擴展到北緯37度附近。
海陽核電站采用的是第三代核電技術，也是目前商用大型核反應堆最先進的技術，外觀特征就是核島的外形像白酒瓶，瓶蓋位置裝有大量冷卻水。發生極端意外時，這3000噸水會自動下沉用于冷卻核反應堆，可以做到72小時不需要人工干預，保障機組安全。“第三代技術系統的設計理念就是，削弱‘人’的不穩定因素。”吳放說。
中國的核電站已經設計了完備的操作機制，幾乎所有的操作必須有書面或口頭的批準才能進行。一名海陽核電站的工作人員向中青報·中青網記者演示，即使是交換兩條接線，也要使用不同的顏色分別標記線路和接口，并事無巨細地記錄每一步操作，最大程度避免人的失誤帶來風險。盡管這項操作在普通人的家中就是拔線、插線這么簡單。還有人調侃，和做核電的人打交道，總會遭遇“靈魂三問”：“你為什么這么做？你這么做有依據嗎？誰告訴你這么做的？”大多數時候，反應堆所在的核島內并沒有人，具體的操作都由全自動化系統進行，只需要主控室的操縱員在核島外給出指令即可。
在這里，沒有員工擔心發生事故，也不擔心自己受到超量的核輻射。海陽核電站每一個有受到輻射風險的員工從入職起就會配備一枚專屬的核輻射檢測儀，持續監控他累積受到的核輻射劑量。
為了消除民眾對核的恐懼，海陽核電站的工作人員經常到社區、街道上進行科普宣傳，接受采訪的工作人員說，民眾的接受度普遍很高，沒有人表現出恐懼，還有民眾說：“你們比我們離核更近，你們都不怕，我們怕什么？”海陽核電站2019年的一次街訪結果顯示，95%的市民對核電站表達的是積極或中立的態度，剩下的5%是不了解或不關心。
按照環評要求，核電站在建設前、施工中需要多次向周邊居民征求意見，沒有人表示反對。
一位工作人員解釋，居民完全不用擔心核能供暖會帶來核輻射。“且不說核加熱的水并不是用戶家中用來供暖的水，這中間經過了5次換熱，每個換熱環節都有絕對的物理隔離，即使是用于冷卻的海水也是完全不含輻射的。”他解釋，“這就像我們吃自熱小火鍋，只有熱量的傳遞，沒有物質的交換。加熱層不會影響到食用層的安全性。”
在吳放的計劃中，未來核能的能量利用率還要提升。給海陽市供暖后，核電站的能量利用率從36.69%提升至了39.94%。據測算，如果實現給煙臺、青島、威海供暖，單臺機組3000萬平方米的供熱面積，這個數字將提升至約55.9%。“這相當于一個核電站頂一個半核電站。”吳放說。
海陽每年冬季供暖要消耗原煤10萬噸，轉為核能供暖后，將少向大氣排放二氧化碳18萬噸。相比全國因供暖產生的碳排放，這是一個微不足道的小數字，才0.03%，但這項嘗試如果能在中國大陸在運行的51座和更多建設中的核電站鋪開，這個數字將變得更加可觀。全世界范圍內，在運行的核電站大約有400座。對吳放這代核電人來說，對核能的利用仍是一場沒有盡頭的探索。吳放期待，未來核能還能在更多領域發揮作用，人類不再談“核”色變。
就像家里的暖氣片一樣，可以大膽摸。
【責任編輯：溫存】
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