产业报告2024丨技术篇：三、核能供热技术；四、长输供热技术

三、核能供热技术

核能供热主要有两种方式，一种是利用核电厂的余热供热，另一种是采用低温核反应堆的形式直接供热。核电产生主蒸汽参数低（约300℃），热电转化效率低，乏汽热量未得到利用，大量的热量被浪费，一台1100MW核电机组余热量超过1700MW。核电供热后还有利于调和北方地区冬季热电比矛盾，通过热电协同等方式帮助电网灵活调峰，对于增强供电灵活性、提高能源利用效率有积极作用。

图3-11 核电热电联产原理示意图

中国北方地区城市供暖与城市用水需求之间存在地理上的相关性。环渤海、黄海、北京、天津、河北、辽宁、山东等地，清洁热源不足，同时面临缺水问题。核电水热同供技术在该地区具有较为广阔的应用前景，利用沿海核电厂在发电的同时用发电余热制备淡水，并在冬季制备热水，用单管输水输热，相比传统的长输供热管道，省去了回水管道，从而进一步降低了输送成本。在接近城市负荷区的首站可以通过换热方式把输送的淡水冷却到10～15℃，成为城市的淡水水源，而换出的热量则成为城市集中供热热源。

水热同送的输送成本相比长输供热管网降低40%，在300千米输送距离供热成本在60元/GJ左右，大约为天然气供热成本的一半（天然气价格按3.6元/立方米）。且具有巨大的节水、节能、减排效益，并可统筹解决我国北方地区缺水、缺热、沿海核电站综合利用等问题。如以胶东半岛为例，通过石岛湾核电、海阳核电、招远核电（筹建）可有效覆盖整个胶东半岛区域，实现无煤化供热，并通过水热同送满足此区域40%的淡水需求。第一阶段至2035年，该技术可尝试应用于沿海150~200千米距离的城市。随着技术成熟度提高和碳排放限制，可进一步提高输送距离，结合跨季节储热覆盖300千米距离的城市。

图3-12 沿海电厂的水热同送系统原理图

核电的未来的发展方向是集中式压水堆为主，适度发展300MW以下的中小型核电站，如模块化的小型压水堆或者球床模块高温气冷堆电站，其选址可在距离城市较近的地区。在周边没有余热等清洁热源的中小城市可选择此方式进行热电联供。此方式效率高、可全年运行，节省长距离运输的费用。

低温核能供热可简单分为壳式堆和池式堆两类。池式堆与高温高压的压力壳式堆相比，主要优点是在常压低温下运行，具有固有安全性、可靠性高、技术成熟、系统简单、运行稳定、占地面积小等优点，更适于靠近城市居民区，尤其是池式堆省去压力容器、安全壳等，建造成本更低，运行维护简便。小堆供热由于初投资比例大，考虑到经济性，供热时长200天以上较为合适，因此适用于没有电厂和其他工业余热资源可利用，且供热时间较长的严寒地区。同时小堆供热还有一个重要的约束性条件，那就是对地质环境的要求较高。由于小堆供热对生态环境敏感脆弱，因此要求地质条件好，没有地震等。但相比核电站，小堆供热堆芯容量较小，对水文、地质、人口密度等要求没有核电站苛刻。

四、长输供热技术

远离城市的大型纯凝火力发电机组和沿海核电厂余热量巨大，通过长途输送是未来城镇满足新增供热和低碳替代的主力热源。采用大温差、大管径以及多级泵等技术长输供热可保障大规模利用余热的供热经济性。长输供热要网源一体化考虑，降低热网回水温度，不仅可以增大供、回水温差，提高管线的热量输送能力，还可以利用低温的热网回水回收工业和电厂余热，提高热源的供热能力和能源利用效率，从而降低输热成本和电厂供热成本。通过多热源联网或采取跨季节储热等调峰措施，使长途输送管网在整个供热期承担基本供热负荷，可进一步降低长输热网的输热成本，同时增加城市供热系统的安全性。对于热电联产供热潜力不足的城市，可以考虑跨区域的长途输热。以大温差和余热回收为主要特征的长输供热系统换热与输送关键技术体系，保证了长输供热系统的低能耗和经济可行性，以DN1400管线为例（如图3-13所示，按热电厂上网电价为0.42元（/千瓦时）、中继泵站用电价格为0.65元（/千瓦时）、标准煤价格为700元/吨、燃气价格为2.68元/立方米计），与燃煤锅炉相比，长输热网经济供热半径达80 千米（燃煤锅炉供热成本按45.0元/GJ计），与燃气锅炉相比，长输热网经济供热半径达240千米（燃气锅炉供热成本按87.5元/GJ计）。

图3-13 大温差供热成本与输送距离关系

在确定长输管线的经济流速和经济保温后对输送成本进行简单估算如图3-14所示，管径越大，管道的输送能力越强，输送成本越低。对于目前广泛使用的DN1400管道，如果采用大温差技术，供回水温差达到100℃，则输送10千米的成本约为2.5元/GJ，具有非常好的经济性。

图3-14 不同管径下最小运输成本及其构成

为了保证长输管道的经济性，还需要尽量减小局部散热损失。例如直埋管道中所用的阀门可以采用采用工厂预制保温，一次性补偿器采用补偿器专用热熔套现场发泡保温等等。而对于架空管道更要严格控制长输管道的散热损失，采用钢板外护聚氨酯预制保温管、预装配分体式绝热支座、隔热管道用膨胀节、预制保温固定节等成套减少热损技术。

长距离输热管网具有距离长、高差大的特点，输热管道系统在设计和建设过程中要考虑动态水力分析，尤其是多级泵系统。需要充分考虑事故状态的动态安全性，包括事故动态过程中的管内压力超压、负压和汽化问题，以及水击波传播过程中对弯头、固定支架、法兰和补偿器等的应力动荷载问题。如何通过多级泵合理配置构建长输热网的水力工况以及针对事故工况发生超压和失压现象提出一套安全保护方法，使全网在稳态和事故工况下各点不超压和汽化，是保障长输热网安全性的技术难点。以山西太原太古长输供热工程为例，应用大高差直连条件下多级热网泵配置技术，建了6级泵循环加压工艺，使太古工程仅用单级隔压、长输网压力等级2.5MPa就满足了复杂水力条件下（全网高差260米、长输侧直连高差180米、长输侧管道阻力450mH2O）的热网循环水安全经济输送。