大膽摸，這是核裂變發(fā)的熱
大膽摸，這是核裂變發(fā)的熱
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(cè)的“咽部”，有一處“熱點(diǎn)”。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(shí)現(xiàn)核能供暖的城市。
現(xiàn)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(jī)組每年發(fā)電量200億千瓦時，足夠滿足青島、煙臺、威海地區(qū)全部居民的生活用電。深藏著高核輻射物質(zhì)的建筑內(nèi)，劇烈的核反應(yīng)隨時都在進(jìn)行。核電站外幾百米處是幾個當(dāng)?shù)氐淖匀淮澹秃芏嗯R海的村子一樣，人們以捕魚為業(yè)，天沒亮就出門趕海。也有人在核工業(yè)園區(qū)從事保安、保潔等工作。
作為中國大陸51座在運(yùn)行的核電站之一，海陽核電站無論是規(guī)模還是技術(shù)上都不特殊，一件頗有意義的小事是，2021年，它拿出4%的發(fā)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(biāo)準(zhǔn)，就是安全的”
從清華大學(xué)工程物理專業(yè)畢業(yè)后，吳放一直在核領(lǐng)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(hù)海陽核電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
吳放回憶，2015年，自己在北京經(jīng)歷了數(shù)場霧霾，“抬頭看不見建筑，只能看到上面發(fā)亮的字”。這讓吳放萌生了用核能供暖的念頭，因?yàn)楹四苁乔鍧嵞茉矗瑤缀醪粫䦷砣魏未髿馕廴尽?/p>
當(dāng)前國內(nèi)供暖主要依靠燃燒煤炭和天然氣，會產(chǎn)生大量二氧化硫、氮氧化物和可吸入顆粒物。據(jù)清華大學(xué)建筑節(jié)能中心測算，中國北方城鎮(zhèn)每年供暖能耗為2.12億噸標(biāo)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(fā)霧霾，燃燒化石能源排放的二氧化碳還造成全球變暖，導(dǎo)致極端氣候現(xiàn)象頻發(fā)、海平面上升。在剛剛結(jié)束的《聯(lián)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(biāo)。
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(shù)人的第一反應(yīng)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(nèi)受到嚴(yán)重污染、三分之一地球受到放射性物質(zhì)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(shè)和新增計(jì)劃，德國甚至宣布2022年起全面棄核。
吳放不常談?wù)摗案u”或“切爾諾貝利”，盡管他常常面對帶著這些關(guān)鍵詞的問題。
在人類文明和戰(zhàn)爭的記憶里，與“核”有關(guān)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(yīng)堆最近的人反而很安心。
據(jù)測算，園區(qū)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(qū)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(qū)里還有一塊計(jì)時大屏幕，截至中青報(bào)·中青網(wǎng)記者抵達(dá)時，核電站已經(jīng)持續(xù)517天18小時14分24秒沒有發(fā)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(biāo)準(zhǔn)”來衡量。“只要我們在建設(shè)、操作時符合標(biāo)準(zhǔn)，那我認(rèn)為它就是安全的。”事實(shí)上，中國在核能開發(fā)、利用方面制定的標(biāo)準(zhǔn)是全世界最高的。
在核領(lǐng)域工作多年，吳放一直希望提高核能的利用效率。受物理學(xué)基本規(guī)律的限制，目前全球核電站在發(fā)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(xué)和技術(shù)突破。
核電站一般都建在海邊，核反應(yīng)會釋放大量的熱，需要海水作為冷卻水，加熱水產(chǎn)生的水蒸氣推動渦輪發(fā)電機(jī)發(fā)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(shí)現(xiàn)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(shí)施起來卻是一個復(fù)雜的工程學(xué)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(jìn)研究的同時，他先在核電站員工宿舍區(qū)以及當(dāng)?shù)?0多個小區(qū)做試點(diǎn)，然后逐步擴(kuò)大范圍，直到覆蓋整個海陽市城區(qū)。出人意料的是，不管是核電站建設(shè)和運(yùn)行時，還是推廣核能供暖時，他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)乩习傩詹]有對安全性感到擔(dān)心。多數(shù)人最關(guān)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(xù)而穩(wěn)定——除了供暖費(fèi)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(xì)長的燃料棒，4米多高，粗細(xì)和混凝土使用的鋼筋差不多。它們排列在一起就成了穩(wěn)定且能產(chǎn)生大量能量的核反應(yīng)堆。按照計(jì)劃，如果海陽核電站的8座反應(yīng)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(fā)生在原子維度的反應(yīng)，卻蘊(yùn)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(chǎn)生的能量，約等于2.8噸標(biāo)準(zhǔn)煤或1.8噸汽油完全燃燒所釋放的能量。
在能源領(lǐng)域，能用于發(fā)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(fā)電的水蒸氣的溫度高達(dá)268.6攝氏度，壓強(qiáng)5.38兆帕，約為53倍的大氣壓強(qiáng)。發(fā)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(shí)現(xiàn)這個想法并不容易。核電站是一個設(shè)計(jì)精密的系統(tǒng)，取出一部分水蒸氣，勢必對整個系統(tǒng)產(chǎn)生影響。在海陽核電站1號機(jī)組2018年投入商運(yùn)當(dāng)年，他們經(jīng)過大量前期理論論證后開始立項(xiàng)，次年開始試點(diǎn)供暖。范圍從核電站辦公區(qū)逐步擴(kuò)大到海陽市的部分小區(qū)，直到今年，整個市區(qū)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(qū)別。供暖的水還是由各區(qū)的供熱企業(yè)負(fù)責(zé)加熱，只是如今，供熱企業(yè)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(shí)現(xiàn)核能供暖引起了全球核領(lǐng)域同行的關(guān)注，國際原子能機(jī)構(gòu)已經(jīng)派專員前來調(diào)研。這項(xiàng)嘗試在國內(nèi)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(qū)試用核能供暖。
即使不考慮在減少碳排放方面的貢獻(xiàn)，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(jià)格大幅上漲，不少國家實(shí)施了限電停產(chǎn)措施，多地供暖費(fèi)用漲價(jià)，海陽市卻做到了供暖費(fèi)不增反降，解決了燃“煤”之急。
對此，吳放算過一筆經(jīng)濟(jì)賬，長期看來，核能供暖一定比燃燒化石燃料更實(shí)惠。他解釋，在煤炭價(jià)格平穩(wěn)時，使用核能供暖的價(jià)格僅略低于燃煤供暖，但未來化石能源的價(jià)格可能會因?yàn)楫a(chǎn)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(fèi)用主要花在建設(shè)時，投產(chǎn)后，核燃料的價(jià)格只占極小的部分，即使發(fā)生類似化石能源的大漲價(jià)，也不會對核電站的經(jīng)營產(chǎn)生大的影響。因此，核能發(fā)電的費(fèi)用一般非常穩(wěn)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(yuǎn)則會受傳輸管道建設(shè)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(xù)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(shù)的設(shè)計(jì)理念基于“削弱‘人’的不穩(wěn)定因素”
海陽核電站毗鄰黃海，常年抽取海水用于冷卻核設(shè)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(huán)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(shù)人眼中，這些“低級”的熱量沒有利用的價(jià)值和機(jī)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(huán)境生長的紅樹林是極好的海洋生態(tài)系統(tǒng)，能防風(fēng)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(yīng)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(yīng)堆冷卻水也許可以營造適合紅樹林生長的環(huán)境。吳放聯(lián)系了多所大學(xué)的專家開展調(diào)研，并在今年6月開始了這項(xiàng)工程，目標(biāo)是將紅樹林生長的最北位置擴(kuò)展到北緯37度附近。
海陽核電站采用的是第三代核電技術(shù)，也是目前商用大型核反應(yīng)堆最先進(jìn)的技術(shù)，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(fā)生極端意外時，這3000噸水會自動下沉用于冷卻核反應(yīng)堆，可以做到72小時不需要人工干預(yù)，保障機(jī)組安全。“第三代技術(shù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念就是，削弱‘人’的不穩(wěn)定因素。”吳放說。
中國的核電站已經(jīng)設(shè)計(jì)了完備的操作機(jī)制，幾乎所有的操作必須有書面或口頭的批準(zhǔn)才能進(jìn)行。一名海陽核電站的工作人員向中青報(bào)·中青網(wǎng)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(biāo)記線路和接口，并事無巨細(xì)地記錄每一步操作，最大程度避免人的失誤帶來風(fēng)險(xiǎn)。盡管這項(xiàng)操作在普通人的家中就是拔線、插線這么簡單。還有人調(diào)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(jù)嗎？誰告訴你這么做的？”大多數(shù)時候，反應(yīng)堆所在的核島內(nèi)并沒有人，具體的操作都由全自動化系統(tǒng)進(jìn)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(dān)心發(fā)生事故，也不擔(dān)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(fēng)險(xiǎn)的員工從入職起就會配備一枚專屬的核輻射檢測儀，持續(xù)監(jiān)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(jīng)常到社區(qū)、街道上進(jìn)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(xiàn)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(jié)果顯示，95%的市民對核電站表達(dá)的是積極或中立的態(tài)度，剩下的5%是不了解或不關(guān)心。
按照環(huán)評要求，核電站在建設(shè)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(dān)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(jīng)過了5次換熱，每個換熱環(huán)節(jié)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(zhì)的交換。加熱層不會影響到食用層的安全性。”
在吳放的計(jì)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(jù)測算，如果實(shí)現(xiàn)給煙臺、青島、威海供暖，單臺機(jī)組3000萬平方米的供熱面積，這個數(shù)字將提升至約55.9%。“這相當(dāng)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(zhuǎn)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(chǎn)生的碳排放，這是一個微不足道的小數(shù)字，才0.03%，但這項(xiàng)嘗試如果能在中國大陸在運(yùn)行的51座和更多建設(shè)中的核電站鋪開，這個數(shù)字將變得更加可觀。全世界范圍內(nèi)，在運(yùn)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(lǐng)域發(fā)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。
中青報(bào)·中青網(wǎng)記者 王嘉興文并攝 來源：中國青年報(bào)
