核電站中大約60%的熱會被白白排入大海,為何不用來給南方供暖?

寒木釣萌


其實,不光核電站,傳統火電站也基本如此。先來解答另一個問題,為何燃煤產生的熱量,還有反應堆產生的熱量,它們轉化為電的效率這麼低?

兩方面的原因,一是物理定律的限制,二是技術的限制。

能量有品質之分

能量既有數量的不同,更有品質的差別。比如說,一壺熱水,假使它含有的熱量相當於1度電,那麼請問,從能量的有用程度來說,是那壺水好,還是那一度電好?顯然是後者,因為電可以方便地,幾乎完全地轉化為其他形式的能,比如驅動電風扇,加熱洗澡水等。這就是說,電這種形式的能,它的品質是最高的。

又如,一個空心小鋼球,它內部的氣體溫度高達3000攝氏度,而另一個空心大鋼球,其內部氣體的溫度只有80攝氏度。假使這兩個大小不同的鋼球,它們所含有熱量的數量是相等的,那麼,哪個鋼球含有的熱量更有用?顯然是小鋼球,因為它可以轉化為更多的機械能,比如爆炸時。

這就是說,對於熱來說,其溫度越高,品質也就越高。這也是為什麼,所有的火電站都在拼命提高蒸汽的溫度,因為這等於是在提高發電效率。

然而,無論多高溫度的熱,它也不可能全部轉化為功,咱們拿農村的炒爆米花機來舉例子。

把常溫的2公斤玉米扔進爆米花機,密封蓋嚴並加熱一段時間後,澎的一聲巨響,爆米花和內部的熱空氣迅速衝出,這意味著,爆米花機內部的熱能轉化成了機械能,但由於衝出後的爆米花和空氣依然溫度很高,所以,其熱能並沒有全部轉化為機械能,也就是功。

大多數超超臨界的火電站,它燃煤燒水,從而使蒸汽的溫度高達600攝氏度,從理論上來說,600攝氏度的蒸汽做功時(衝擊汽輪機),其能量轉化效率最高也只有63%,這是由物理定律帶來的限制。而在實際中,超超臨界的火電站,其發電效率目前還沒超過46%,這就是由人類技術實力帶來的限制。

可以利用嗎

既然理論和技術決定了,核電站和火電站中無論如何,都會有大約55%至65%的熱能不能利用,它們要麼白白地排入空氣中,要麼排入到大海中,那我們為什麼就不能廢熱利用呢?這些幾百攝氏度的高溫蒸汽對於電站沒用,而且是很大很大的負擔,但對於我們普通大眾,那真是太有用了。

對這問題,咱們先來說火電站,再說核電站。

實際上,有這個疑問的多半是南方網友。而北方的網友,他們一定知道,有的火電站,它們既發電又供熱,這就是熱電聯產電站,北方比較多。

一個較新的例子是,寧夏靈武發電廠除了發電,還向靈武市區300萬平方米麵積供熱。2017年,在寧夏“東熱西送”項目中,靈武發電廠通過機組擴建,同時修了一條46公里長,1.4米直徑的管道穿過黃河,直達銀川,為銀川市民供熱。從銀川市政府網站上獲悉,“東熱西送”投入運營後,一期將實現3770萬平方米麵積供熱,而遠期供熱面積將達到8000萬平方米。

據工程人員介紹,靈武發電廠到銀川這根46公里長的主管道,在輸送熱水的過程中,熱量只損失2%左右。別說2%,即使損失5%,熱電聯產的好處都是巨大的。

假設電廠的發電效率為35%,同時有40%的高溫廢熱被居民利用,則整個電廠的綜合效率將高達75%。

說完了火電,咱們再來看看核電。

目前,咱們國家擁有熱電聯產的核電站嗎?筆者沒有查到這樣的信息,而原因多種多樣的。

一、多數核電站位於沿海。比如位於福建省福清市的福清核電站,由於福清地處亞熱帶,夏天很長,冬天短且少嚴寒,年均氣溫18.8℃。如果將核電站改造,以便讓其冬天給福清市供暖,那麼在經濟上似乎不太現實,因為需要供暖的天數實在是太少。

二、多數核電站距離市區較遠,假如核電站距離密集城市60公里,那麼修一條60公里長的隔熱管道,經濟成本比較大。

三、技術原因,這才是主要的原因。對於核電既供電又供熱一直有研究,但較少。

再來看看其他國家

位於德國(東德)的格賴夫斯瓦爾德核電站,其首次運行時間為1974年7月12日,有那麼幾年時間(1983年到1984年),該核電站也向周邊1.4萬個公寓和幾個工廠供熱。而1990年,該核電站因為不符合西方安全標準而退役。

根據法國《世界報》2013年的報道,在全球運行的432座反應堆中,有74座既發電,也向附近的城市供熱。其中大部分是地處寒冷的國家,如俄羅斯,烏克蘭,保加利亞,匈牙利等。而在日本和印度,核電站的餘熱主要是用於海水淡化。

如果說海水淡化也算是核電站供熱的一種方式,那咱們國家也有,這就是紅沿河核電站。

綜上所述,利用火電站的餘熱,其技術比較成熟。而核電的餘熱供暖,一是研究的比較少,二是由於核電站的地理位置限制。

對於北方網友來說,甭管是什麼熱供暖,基本上都會供暖。而對於南方和西南方的網友們來說,看到核電和火電中有大約55%至65%的熱都會排入空氣和大海中,他們內心是驚訝的。


cool1871


作為一個名核電從業者,何嘗不想把核電站發電後的餘熱輸送到核電站周邊城市的居民家中,為城市居民送去溫暖的同時還提高了企業的效益。

先來看看核電站哪裡來的這麼多的熱量,目前核電站的原理是核裂變,這個是常識性問題,敲黑板,要記住

核裂變是發生在核子量級的,通常我們所說的化學反應是原子量級的,這不,更深入了一層,核裂變就會發生質量虧損,按照愛因斯坦質能方程理論,這個過程放出的能量是巨大的。

下圖公式中C是光速即3*10的八次方,因此稍微有點質量這個結果就是巨大的。

核能是如此的強勁,但是,受到設備材質影響,我們人類除了原子彈能夠充分利用核能外,核電站是無法充分利用核能的,甚至這個比例才是33%,剩下的能量只能排出到自然界。

人類畢竟是高等生物,平生見不得浪費。

當然會想到這些多餘的熱量要利用起來的,但是有以下幾個制約的因素:

1、如果核電站的熱量需要導出來,為了防止放射性物質通過管網進入千家萬戶,需要加一個環路,需要額外的成本,利用第三回路來供暖,這個迴路的,目的就是隔離開用戶和具有放射性的一回路,如果是二回路來供暖,說實話,我自己都不敢住

2、其實成本不是主要的,主要的還是安全,核電站需要穩定的冷源來冷卻,如果利用供暖管網來冷卻,如果管線發生洩漏,核電冷源就要受到威脅。

這個問題可以考慮通過利用核電站部分餘熱來供暖,整體脫離海水來冷卻,存在風險,至少需要海水作為備用冷源。

3、冷源穩定性問題,水的比熱比較大,就是受到天氣影響較小,雖然天氣溫度變化很多度,但是水的溫度變化的比較小,這也是東部沿海地區溫差比新疆地區溫差小的原因。東部是不會出現“

早穿棉襖午穿紗抱著火爐吃西瓜”場景的。利用海水來冷卻比較穩定,供暖就會收到天氣的影響。

4、國家政策不讓,我國開展收益性質的業務要和政府申請行政許可,核電站供暖不僅是一個行政許可的問題,還需要好多部門的批覆,國家能源局、國家核安全局,沒有充分的報告,這個絕對不行的

5、有的居民自己不樂意,有的居民同意,有的不同意就會導致供暖管網不好鋪設,有的人自己不用,還不同意管網從自家旁邊經過,這就導致管網沒法鋪設。

綜上核電供暖在我國還有段路需要走!


核先生科普


其實,不光核電站,傳統火電站也基本如此。

說到這裡,另一個問題又蹦出來了,咱們先來解決它,即,為何燃煤產生的熱量,還有反應堆產生的熱量,它們轉化為電的效率如此低?

兩方面的原因,一是物理定律的限制,二是技術的限制。

能量有品質之分

能量既有數量的不同,更有品質的差別。比如說,一壺熱水,假使它含有的熱量相當於1度電,那麼請問,從能量的有用程度來說,是那壺水好,還是那一度電好?

顯然是後者,因為電可以方便地,幾乎完全地轉化為其他形式的能,比如驅動電風扇,加熱洗澡水等。這就是說,電這種形式的能,它的品質是最高的。

又如,一個空心小鋼球,它內部的氣體溫度高達3000攝氏度,而另一個空心大鋼球,其內部氣體的溫度只有80攝氏度。假使這兩個大小不同的鋼球,它們所含有熱量的數量是相等的,那麼請問,哪個鋼球含有的熱量更有用?顯然是小鋼球,因為它可以轉化為更多的機械能,比如爆炸時。

這就是說,對於熱來說,其溫度越高,品質也就越高。這也是為什麼,所有的火電站都在拼命提高蒸汽的溫度,因為這等於是在提高發電效率。

然而,無論多高溫度的熱,它也不可能全部轉化為機械能(功),咱們拿農村的炒爆米花機來舉例子。

把常溫的2公斤玉米扔進爆米花機,密封蓋嚴並加熱一段時間後,澎的一聲巨響,爆米花和內部的熱空氣迅速衝出,這意味著,爆米花機內部的熱能轉化成了機械能,也就是做功了,但由於衝出後的爆米花和空氣依然溫度很高,所以,其熱能並沒有全部轉化為機械能。

大多數超超臨界的火電站,它燃煤燒水,從而使蒸汽的溫度高達600攝氏度,從理論上來說,600攝氏度的蒸汽做功時(衝擊汽輪機),其能量轉化效率最高也只有63%,這是由物理定律帶來的限制。而在實際中,超超臨界的火電站,其發電效率目前還沒超過46%,這就是由人類技術實力帶來的限制。

可以利用嗎

既然理論和技術決定了,核電站和火電站中無論如何,都會有大約55%至65%的熱能不能利用,它們要麼白白地排入空氣中(冷卻塔),要麼排入到大海中,那我們為什麼就不能廢熱利用呢?這些幾百攝氏度的高溫蒸汽對於電站沒用,而且是很大很大的負擔,但對於我們普通大眾,那真是太有用了。

對這問題,咱們先來說火電站,再說核電站。

實際上,有這個疑問的多半是南方網友。而北方的網友,他們一定知道,有的火電站,它們既發電又供熱,這就是熱電聯產電站,北方比較多。

一個較新的例子是,寧夏靈武發電廠除了發電,還向靈武市區300萬平方米麵積供熱。2017年,在寧夏“東熱西送”項目中,靈武發電廠通過機組擴建,同時修了一條46公里長,1.4米直徑的管道穿過黃河,直達銀川,為銀川市民供熱。從銀川市政府網站上獲悉,“東熱西送”投入運營後,一期將實現3770萬平方米麵積供熱,而遠期供熱面積將達到8000萬平方米。

據工程人員介紹,靈武發電廠到銀川這根46公里長的主管道,在輸送熱水的過程中,熱量只損失2%左右。別說2%,即使損失5%,熱電聯產的好處都是巨大的。

假設電廠的發電效率為35%,同時有40%的高溫廢熱被居民利用,則整個電廠的綜合效率將高達75%。

說完了火電,咱們再來看看核電。

目前,咱們國家擁有熱電聯產的核電站嗎?筆者沒有查到這樣的信息,而原因多種多樣的。

一、多數核電站位於沿海。比如位於福建省的福清核電站,由於福清地處亞熱帶,夏天很長,冬天短且少嚴寒,年均氣溫18.8℃。如果將核電站改造,以便讓其冬天給福清市供暖,那麼在經濟上似乎不太現實,因為需要供暖的天數實在是太少。

二、多數核電站距離市區較遠,假如核電站距離密集城市60公里遠,那麼修一條60公里長的隔熱管道,經濟成本比較大。

三、技術原因,這才是主要的原因。對於核電既供電又供熱一直有研究,但較少。

再來看看其他國家

位於德國(東德)的格賴夫斯瓦爾德核電站,其首次運行時間為1974年7月12日,有那麼幾年時間(1983年到1984年),該核電站也向周邊1.4萬個公寓和幾個工廠供熱。而1990年,該核電站因為不符合西方安全標準而退役。

根據法國《世界報》2013年的報道,在全球運行的432座反應堆中,有74座既發電,也向附近的城市供熱。其中大部分是地處寒冷的國家,如俄羅斯,烏克蘭,保加利亞,匈牙利等。而在日本和印度,核電站的餘熱主要是用於海水淡化。

如果說海水淡化也算是核電站供熱的一種方式,那咱們國家也有,這就是紅沿河核電站。

綜上所述,利用火電站的餘熱,其技術比較成熟。而核電的餘熱供暖,一是研究的比較少,二是由於核電站的地理位置限制。

對於北方網友來說,甭管是什麼熱供暖,基本上都會供暖。而對於南方和西南方的網友們來說,看到核電和火電站中都會有大約一半多的熱被排入空氣和大海中,他們內心是驚訝的。

截圖來自“悟空問答”《核電站火電站旁這些冒白煙塔做什麼用?》問答下的評論。

筆者地處西南,而我如今是坐在床上,然後用兩床被子蓋著下半身,這才寫完這篇文章的。

一到冬天,一些人的戰鬥力就下降。所以,熱電聯產電站,希望南方也有,假如可以有的話^_^


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出品:科普中國

製作:寒木釣萌

監製:中國科學院計算機網絡信息中心

“科普中國”是中國科協攜同社會各方利用信息化手段開展科學傳播的科學權威品牌。

本文由科普中國融合創作出品。


寒木釣萌


平時大家用燃氣爐炒菜燒水,熱效率只有10~20%,大量的燃燒熱量散發掉了。對於燃煤電站,全世界也努力了,不管怎麼利用,熱效率最多達到45%?(記不得了,好像是。上海外高橋有個超超臨界機組是世界第一),核電站比燃煤電站的熱效率低得比較多,大概30%左右。有個詞 “熱阱”,大家可以查查,不管是怎樣的蒸汽能量和廢熱利用,供熱也好發電也好,應用於其它也好,目前的技術已經是最優化的了,沒有長期鑽研和創新,效率是不易提高的,這排掉的60%左右的所謂“廢熱”只能白白被海水帶走。

提問說可不可以利用這熱的海水來供熱?海水進出凝汽器後,出來的溫度大概只有25~35℃,焓熵已經很低了,既熱品質很低,單位體積能量(熱量)很低,如果利用其供熱,同時由於遠距離多支點管道傳輸,熱損失加大,管路和保溫成本加大,到住戶時,與室內溫度溫差小,單位熱量少,得多大流量流過房間,採暖室內得需要非常大面積的換熱片,試問誰家室內願意這樣的景觀,同時成本得多高,得不償失啊。另外,百萬千瓦的核電和火電需要的冷卻水海水的量是十分巨大的,具體數據記不清晰了,想象為一條奔流的小河吧(見圖片中引水渠),如果海水供熱,用戶能用得到多少,其為效率提升貢獻微乎其微,如果要全部利用則要多大的管道和配套呀,不敢想象。



而熱電聯產的供熱,其實是利用的汽輪機中段抽汽或者背壓蒸汽的方式(稍微專業了點,不展開講了),是相對高溫高壓的蒸汽通過供熱管道輸送到用戶,與如上所述的情況就不同了。

另外,海水有非常強的腐蝕性,管路防腐和防漏是難點,如果用耐腐蝕的材料,比如鈦管、雙相不鏽鋼、陶瓷管,或者相對低成本的襯膠鐵管,這成本,可能嗎??!!

南方需要供暖嗎?個人覺得需要!長江以南周邊冬天冷得浸骨,沿海好點,但方式不是利用海水餘熱,而是應該考慮熱電聯產,或者專門的供熱站,比如已經開始試研的核供熱堆(但南方別想供熱堆了,這是為北方解決霧霾準備的)。

總結,1,海水帶走廢熱是必需的;2,考慮費效比,其基本是無用和不可能!


劉雨文劍


回到正題為什麼百分之六十的熱量白白浪費,也不給南方供暖?第一核電回收的熱能有沒有核輻射還有待考證。第二2011年福島核電站經過地震產生的負效應,人們應該還心有餘悸!第三鋪設管道需要大量資金,前期熱量回收需要鉅額投資,我國各項經濟都處於發展中,好鋼用在刀刃上!說到投資必須就有利益,依靠現有的科學技術是能夠回收熱量的!南方的地形山區較多管道很長,回收的熱能經過中專站會喪失一部分。再說南方一年當中低於零度只有很少幾天,冬季大部分時間維持在十度以上。現在有空調取暖,他們準備好過冬的棉衣,採取好保暖措施,完全可以度過冬季!

太陽的熱量是綠色的,無限的沒有汙染!有投資核電熱量回收的資金,還不如好好研究怎麼回收太陽的能量更為利國利民!


昝玉山


這60%的熱量是什麼呢?是每小時把數萬噸水從20℃加熱到40℃!這就是所謂的熱能品質,質量×溫差!如果相同的熱量,把質量縮小十倍,把溫差增大十倍,變成把數千噸水從20℃加熱到220℃,那麼這個熱能品質就很高,利用起來很方便!但是,發電廠汽輪機的性質決定了,它的能量品質只能是從20℃加熱到40℃,這種低品熱源利用很困難,直接用於供暖則需要敷設地下管線對市政的影響極大,而南方低溫時間段,平均溫度高,40℃的水如果不能在暖氣中被充分冷卻到20℃,則會影響汽輪機的發電效率!

現在有一個利用方向是,尋找一種液體,可以在常壓40℃汽化,又可以在20℃左右液化,這樣我們就可以利用液體在40℃的汽化增壓效應制做一個特別的汽輪機推動葉輪發電!把20℃溫差裡蘊含的熱能挖掘出來轉化為電力


丟了自己259793923


對一個工程來說,工程是否可行,關鍵之一看技術經濟性分析。目前來說,從技術角度講,遠距離長輸供熱是可以實現的,供個50公里是沒問題的。但是這麼遠的距離供過去,所耗費的能源和熱量損失就得好好算一下了。一般核電站為了防護需要,周邊一定距離內是不允許有大量居住區的,這個距離一般最少是30公里,就決定了必須是長輸供熱,而供到用戶家中,所耗費的能量折算成供熱價格如果比電採暖還貴,那勢必沒人用,沒有市場哪來的盈利,從財務角度是沒有生存性的。從技術角度講,南方房屋設計思路就是為了散熱,而且採暖期短,集中供熱性價比很低,經濟性反而不如分散採暖。


竹林夜雨88


雖然從事火電行業,但對核電也是有一些簡單的瞭解。因此就核電為什麼不用來供暖這個問題,我簡單談一下自己的看法。


首當其衝的就是安全問題。就我瞭解的,核電廠有三個迴路。第一個是反應堆內部與外部的循環,這個循環將堆芯的熱量帶到了反應堆外。第二個循環是一循環帶出的熱量加熱水產生高溫高壓的水蒸氣,推動汽輪機做功再冷凝成水。第三個循環就是在二循環蒸汽做功後冷卻做功後的蒸汽的循環。這個循環帶走的熱量就是題中所說的"白白排入大海"的廢熱。雖然從反應堆到廢熱中間經過兩次熱量循環,理論上講能保證其安全性,但實際情況中萬一有很微小的洩露,造成的影響都是巨大的。而實際情況下也不會只用三循環的廢熱來供熱,這就更增加了危險係數。


此外,供熱實際上也相當於一個冷源。供熱不穩定就是冷源不穩定。冷源不穩定容易引起堆芯溫度過高造成嚴重事故。因此,從安全的角度來說我們還沒有用核電廠廢熱供熱。

除安全問題以外,還有一個問題,那就是能源的品質問題。核電廠廢熱雖然溫度也不低,但用於供熱還是顯得不足。這不是能量大小的問題,而是能量品質的問題。比如一杯沸水和一桶40攝氏度的水,肯定一桶水的能量多,但用來取暖的話,還是一杯沸水更受人喜愛。北方有很多電廠就是熱電聯產,在冬季時承擔了一些供熱任務。這些熱量也不全是汽輪機末級排汽,而需要從汽輪機中間級的某些位置抽取一部分熱量出來,有必要的時候甚至直接從過熱器出口抽!雖然浪費很大,但必須這麼做。而核電廠要從二回路抽汽供熱,無形中就又增加了危險性。說實話,這樣的房子我也不敢住。



第三點可能就是民眾的態度問題了。由於好多人不瞭解核電廠,甚至談"核"色變。因此如果用核電廠廢熱供熱可能會涉及太多社會問題,推行起來也是阻力重重。

我覺得正是由於這些原因吧,核電廠廢熱沒有用來供熱,而是都排掉了。

最後說句題外話,作為一個北方人,現在在南方工作,冬天室內真的是難受,空調的作用也遠沒有暖氣的作用大。想當初在學校,冬天砍袖開窗戶,還得關掉一個暖氣片,現在在南方,晝夜空調不停,仍然凍成狗😂所以我覺得隨著技術的發展和公眾認識程度的提高,將來一定會合理利用這部分能量的。


張家小智兒


隨便看了下真多的磚家,尤其是還有核電磚家我去嚇尿了,首先電廠的熱效率能達到40百分之就很牛逼了,別看新聞也別看報表都是假的,大家看的大涼水塔水溫度不高,如果供熱不可以沒等去市裡就涼了,主要是有些費蒸汽可以供熱,但是如果要給城市供熱還是不夠還需要添加合格的蒸汽,一般電廠換熱站和供熱公司的合同在電廠換熱站裡供熱公司的回水要求90度以上,這個溫度不論廢氣和涼水塔的溫度達不到

南方供熱最大的問題就是經濟賬,要供熱需要的城市供熱管道這個費用很大,一般向開發商收,基本1000戶的小區供熱接駁的費用2000萬以上,而且開發商的小區住戶管道必須經過國家和供熱公司驗收,這錢在房價裡因為是成本,住戶拿房後,自己的供熱管不放心工程自帶或者為了美觀改造保底需要3000元,之後還有供熱費維修費管道壞了淹了家裡鄰居損失,城市供熱管網需要維護保養維修這些又從取暖費體現100平米便宜了北方在每戶2000元,貴的4000-5000都有,我還沒有說城市管網需要佔地尤其換熱站這些土地成本到小區裡也得🈶換熱站。

南方供暖最多3個月有的地區1個月你說南方朋友願意掏這麼多成本取暖?我買個電暖氣空調電費能花多少?熱電廠每年供熱不供熱最多節約5 個點的熱量,這點錢比起整體社會成本包括導致的資源浪費那個合適?


噴子指導員


60%數據哪來的,浪費這麼嚴重不可能的事,排入大海的水都是循環冷卻水,溫度不會太高五十度頂死了,一般進出口有十幾度的過熱度就不低了,冬天水溫低出口溫度更低根本沒有長距離供暖價值,現城鎮供暖都是蒸汽換熱供暖,小鍋爐除外,三百度左右的蒸汽在換熱站加熱水,可以長距離供暖


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