除了向大電網(wǎng)供電，核電站還能怎么用？這個話題既“古老”又新穎。之所以說它“老”，是因為早在四五十年前就有核電站“兼職”供熱、海水淡化，國際上利用核能熱電聯(lián)供原理供熱的壓水堆機(jī)組已累計安全運(yùn)行超過1000堆年（一個反應(yīng)堆運(yùn)行一年稱為一個堆年）。如今，全球核能開發(fā)商們正在積極讓核電站跳出單一發(fā)電模式 ，同時發(fā)揮傳統(tǒng)用途以外的更多潛力。

位于黃海之濱的山東海陽核電基地是個典型樣本。今年3月公布的“十四五”規(guī)劃中，核能綜合利用首次被寫入，規(guī)劃提出“開展山東海陽等核能綜合利用示范”。海陽核電站地處山東青島、煙臺、威海三大城市之間，項目規(guī)劃建設(shè)6臺百萬千瓦級核電機(jī)組，并預(yù)留兩臺擴(kuò)建場地。作為我國三代核電自主化依托項目，海陽核電一期工程1、2 號機(jī)組于2018年、2019年相繼投入商運(yùn)，年發(fā)電量可滿足山東省約三分之一家庭的年用電。在完成發(fā)電“主業(yè)”之余，海陽核電在兩年前首開國內(nèi)“核電抽汽商用供熱”先河，并探索核能海水淡化以緩解膠東半島淡水資源短缺。

“我們制定了海陽核能綜合利用戰(zhàn)略規(guī)劃，‘熱、水、儲、氫’四大應(yīng)用場景正在展開。”山東核電有限公司黨委書記、董事長吳放近日接受澎湃新聞采訪時透露，在海陽，后續(xù)每年都將有新的核能綜合利用項目建成投運(yùn)及新項目開工。除了抽汽供熱和海水淡化，大規(guī)模儲熱、儲電、制氫等核能綜合利用項目的研究也正在推進(jìn)。

在日益激烈的能源市場競爭格局中，核能發(fā)電的優(yōu)勢在于清潔性和高能量密度，但也面臨與同樣低碳的天然氣及成本快速下降的可再生能源競爭。讓核電站進(jìn)入更多能源市場，在售電之余賣熱、賣水、制氫，與可再生能源相輔相成，是出于提高核能經(jīng)濟(jì)性的現(xiàn)實需求，也是確保核能長期競爭力的創(chuàng)新需要。

核能綜合利用經(jīng)不經(jīng)濟(jì)、安不安全、能走多遠(yuǎn)？海陽模式的探索給出了一些答案。

海陽核電基地

核能綜合利用山東模式：始于供暖，不止供暖

3月29日，海陽核電抽汽供熱第二個供暖季收官，去冬今春持續(xù)為該市70萬平方米居民用戶供暖137天。2019年11月，山東海陽核電抽汽供熱項目一期工程第一階段正式投用，被國家能源局命名為“國家能源核能供熱商用示范工程”。

近年來核能供熱頻頻進(jìn)入公眾視野，從路線上可分為兩類：一種是在城市中或近郊建低參數(shù)的低溫核供熱堆，這類小堆更為靈活，但仍面臨經(jīng)濟(jì)性掣肘。另一類就是海陽核電這種，基于現(xiàn)有的大型核電廠，利用核電站的抽汽向熱網(wǎng)供熱。也就是將反應(yīng)堆發(fā)出的熱量提取一部分用于用戶冬季取暖，高品質(zhì)蒸汽用于發(fā)電、低品質(zhì)蒸汽用于供熱，提高核電廠熱效率。從原理上看，核電站供熱與燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組相似。

據(jù)澎湃新聞了解，海陽的核能供熱商用示范工程二期450萬平方米供熱項目正在建設(shè)，預(yù)計今年11月供暖季具備供暖條件。屆時，核電抽汽供熱將覆蓋海陽市整個城區(qū)，全面取代現(xiàn)有燃煤供熱鍋爐，海陽市將成為全國首個“零碳供暖城市”。 

海陽核電抽汽供熱項目廠內(nèi)換熱首站

據(jù)吳放介紹，可覆蓋核電廠周邊100公里范圍的單臺機(jī)組3000萬平方米供熱研究也在推進(jìn)中，遠(yuǎn)期目標(biāo)是供熱能力達(dá)到2億平方米。

海陽市豐源熱力有限公司董事長趙新2019年曾對澎湃新聞稱，核能供熱覆蓋整個海陽地區(qū)450萬平方米供熱面積后，可以替代當(dāng)?shù)?00多蒸噸的供熱燃煤鍋爐。

對于近年來減煤壓力頗大的山東省而言，意義不言而喻。據(jù)豐源熱力測算，核能供熱項目在此前兩個供暖季對外供熱累計約58.2萬GJ，節(jié)省原煤3.2萬噸。覆蓋450萬平方米后，預(yù)計每個供暖季節(jié)約原煤10萬噸，減排二氧化碳18萬噸。

國內(nèi)目前多種供熱方式并存，經(jīng)濟(jì)性是決定核能供熱與其他能源品類供熱相比市場競爭力幾何的關(guān)鍵所在。對此，國家能源局組織獨立第三方對海陽核電抽汽供熱運(yùn)行情況進(jìn)行了評估，結(jié)論是“清潔、安全、穩(wěn)定、高效，在技術(shù)上取得了核能利用效率的提升，經(jīng)濟(jì)上具備了與燃煤供熱持平的競爭力，具有大規(guī)模推廣應(yīng)用價值。”

吳放也表示，核電廠熱電聯(lián)產(chǎn)在經(jīng)濟(jì)性競爭力上可以和大型燃煤電廠熱電聯(lián)產(chǎn)相持平，從實施效果來看，海陽核電抽汽供熱實現(xiàn)了“居民用暖價格不增加、政府財政負(fù)擔(dān)不增長、熱力公司利益不受損、核電企業(yè)經(jīng)營做貢獻(xiàn)、生態(tài)環(huán)保效益大提升”等多重效果。

多方共贏背后是對核電站能量階梯利用挖潛。據(jù)介紹，1臺百萬千瓦核電機(jī)組只要抽出已經(jīng)發(fā)過部分電的五分之一的蒸汽，就可以滿足一個百萬人口城市的居民用暖需求。70萬平方米供熱項目實施以后，海陽核電全廠熱效率由36.69%提升為37.17%；450萬平方米供熱項目投運(yùn)以后，核電廠循環(huán)熱效率將進(jìn)一步提高到39.94%。

海水淡化：緩解膠東淡水瓶頸

山東是我國北方嚴(yán)重缺水省份之一，人均水資源占有量僅為全國水平的1/6。尤其是膠東半島，淡水資源短缺危機(jī)隱現(xiàn)。向海取水、海水淡化已被列為該省解決缺水問題的重要手段。

沿海核電站對海水淡化有小規(guī)模運(yùn)行基礎(chǔ)和經(jīng)驗，主要用于解決核電廠內(nèi)部淡水供應(yīng)問題。據(jù)中國能源報2020年10月報道，包括海陽核電在內(nèi)，遼寧紅沿河核電廠、福建寧德核電廠、浙江三門核電廠等均配套建設(shè)海水淡化項目，但彼時總規(guī)模不足6萬噸/天。目前，國內(nèi)海水淡化項目規(guī)模最大的是10萬噸/天。

海陽核電已將目光轉(zhuǎn)向大規(guī)模海水淡化。

海陽核電站

澎湃新聞了解到，海陽核電廠區(qū)內(nèi)8400噸/天的海水淡化項目已經(jīng)建成投運(yùn)5年，為廠區(qū)及員工宿舍區(qū)提供生產(chǎn)、生活淡水。2020年11月，海陽核電水熱同傳科技示范項目建成投運(yùn)，為宿舍區(qū)內(nèi)近2000人同時供熱供水。該項目依托已有的海水淡化工程及供熱設(shè)施，通過二級反滲透系統(tǒng)，對海水淡化水進(jìn)行深度處理直至達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)，同時，利用核電機(jī)組產(chǎn)生的熱能，加熱至85℃，再用一根管線將水和熱同步輸送到核電員工宿舍區(qū)，經(jīng)水熱分離裝置進(jìn)行水熱分離，熱量進(jìn)入熱力系統(tǒng)，放熱后的水進(jìn)入供水系統(tǒng)使用。

核能海水淡化會不會導(dǎo)致放射性安全問題？對此，吳放表示，海水淡化取用天然海水，核電廠僅為海水淡化提供電能和熱能，利用反滲透膜或蒸發(fā)的方法，去除海水中的鹽分和其他雜質(zhì)，從而生產(chǎn)出滿足飲用標(biāo)準(zhǔn)的淡水。

未來，山東核電公司將分階段建成年產(chǎn)3000萬噸至1億噸淡水供應(yīng)能力的海水淡化工程。其中，產(chǎn)能為10萬噸/天的大型海水淡化工程一期項目已經(jīng)完成可行性研究、環(huán)評等前期工作，待其他條件具備后將立即開工建設(shè)。產(chǎn)能為20萬噸/天的大型海水淡化工程二期將在一期工程建成后2年內(nèi)投產(chǎn)。“作為膠東半島重要的戰(zhàn)略儲備水源，為地方供應(yīng)高品質(zhì)飲用水、工業(yè)用水或涵養(yǎng)生態(tài)，減少對引黃、引長水的依賴，間接減輕黃河非生態(tài)用水量。”吳放說道。

除了抽汽供熱和海水淡化，山東核電公司還在推進(jìn)大規(guī)模儲熱、儲電、電解制氫等核能綜合利用項目相關(guān)研究。

在上述模式中，核能與可再生能源的關(guān)系將從市場競爭關(guān)系變?yōu)橄噍o相成，風(fēng)光核儲打配合，由此降低能源綜合成本。

比如，儲熱與核電、風(fēng)電、光伏發(fā)電相結(jié)合，用于核電抽汽供熱時的熱量調(diào)蓄，消納多余風(fēng)電光伏發(fā)電來提高能源利用率，平抑電網(wǎng)波動，同時通過儲熱罐的電極鍋爐作為核電抽汽供熱的熱備用。

山東核電公司擬為海陽450萬平方米供暖配15000立方米的儲熱罐，設(shè)計容量為500MWh，即儲熱1800GJ。該項工作已完可行性研究，擬2021年開工，2022年建成；針對規(guī)劃中的3000萬平方米供熱，擬建配套布置3-4個大型儲熱罐，容積30000立方米左右，計劃在2023年至2024年建成；后續(xù)還將針對膠東半島清潔供暖，擬建8個以上的大型儲熱罐輔助熱源。