03.02 核电站中大约60%的热会被白白排入大海,为何不用来给南方供暖?

寒木钓萌


作为一个名核电从业者,何尝不想把核电站发电后的余热输送到核电站周边城市的居民家中,为城市居民送去温暖的同时还提高了企业的效益。

先来看看核电站哪里来的这么多的热量,目前核电站的原理是核裂变,这个是常识性问题,敲黑板,要记住。

核裂变是发生在核子量级的,通常我们所说的化学反应是原子量级的,这不,更深入了一层,核裂变就会发生质量亏损,按照爱因斯坦质能方程理论,这个过程放出的能量是巨大的。

下图公式中C是光速即3*10的八次方,因此稍微有点质量这个结果就是巨大的。

核能是如此的强劲,但是,受到设备材质影响,我们人类除了原子弹能够充分利用核能外,核电站是无法充分利用核能的,甚至这个比例才是33%,剩下的能量只能排出到自然界。

人类毕竟是高等生物,平生见不得浪费。

当然会想到这些多余的热量要利用起来的,但是有以下几个制约的因素:

1、如果核电站的热量需要导出来,为了防止放射性物质通过管网进入千家万户,需要加一个环路,需要额外的成本,利用第三回路来供暖,这个回路的,目的就是隔离开用户和具有放射性的一回路,如果是二回路来供暖,说实话,我自己都不敢住。

2、其实成本不是主要的,主要的还是安全,核电站需要稳定的冷源来冷却,如果利用供暖管网来冷却,如果管线发生泄漏,核电冷源就要受到威胁。

这个问题可以考虑通过利用核电站部分余热来供暖,整体脱离海水来冷却,存在风险,至少需要海水作为备用冷源。

3、冷源稳定性问题,水的比热比较大,就是受到天气影响较小,虽然天气温度变化很多度,但是水的温度变化的比较小,这也是东部沿海地区温差比新疆地区温差小的原因。东部是不会出现“早穿棉袄午穿纱抱着火炉吃西瓜”场景的。利用海水来冷却比较稳定,供暖就会收到天气的影响。

4、国家政策不让,我国开展收益性质的业务要和政府申请行政许可,核电站供暖不仅是一个行政许可的问题,还需要好多部门的批复,国家能源局、国家核安全局,没有充分的报告,这个绝对不行的

5、有的居民自己不乐意,有的居民同意,有的不同意就会导致供暖管网不好铺设,有的人自己不用,还不同意管网从自家旁边经过,这就导致管网没法铺设。

综上核电供暖在我国还有段路需要走!


核先生科普


虽然从事火电行业,但对核电也是有一些简单的了解。因此就核电为什么不用来供暖这个问题,我简单谈一下自己的看法。

首当其冲的就是安全问题。就我了解的,核电厂有三个回路。第一个是反应堆内部与外部的循环,这个循环将堆芯的热量带到了反应堆外。第二个循环是一循环带出的热量加热水产生高温高压的水蒸气,推动汽轮机做功再冷凝成水。第三个循环就是在二循环蒸汽做功后冷却做功后的蒸汽的循环。这个循环带走的热量就是题中所说的"白白排入大海"的废热。虽然从反应堆到废热中间经过两次热量循环,理论上讲能保证其安全性,但实际情况中万一有很微小的泄露,造成的影响都是巨大的。而实际情况下也不会只用三循环的废热来供热,这就更增加了危险系数。



此外,供热实际上也相当于一个冷源。供热不稳定就是冷源不稳定。冷源不稳定容易引起堆芯温度过高造成严重事故。因此,从安全的角度来说我们还没有用核电厂废热供热。


除安全问题以外,还有一个问题,那就是能源的品质问题。核电厂废热虽然温度也不低,但用于供热还是显得不足。这不是能量大小的问题,而是能量品质的问题。比如一杯沸水和一桶40摄氏度的水,肯定一桶水的能量多,但用来取暖的话,还是一杯沸水更受人喜爱。北方有很多电厂就是热电联产,在冬季时承担了一些供热任务。这些热量也不全是汽轮机末级排汽,而需要从汽轮机中间级的某些位置抽取一部分热量出来,有必要的时候甚至直接从过热器出口抽!虽然浪费很大,但必须这么做。而核电厂要从二回路抽汽供热,无形中就又增加了危险性。说实话,这样的房子我也不敢住。


第三点可能就是民众的态度问题了。由于好多人不了解核电厂,甚至谈"核"色变。因此如果用核电厂废热供热可能会涉及太多社会问题,推行起来也是阻力重重。

我觉得正是由于这些原因吧,核电厂废热没有用来供热,而是都排掉了。

最后说句题外话,作为一个北方人,现在在南方工作,冬天室内真的是难受,空调的作用也远没有暖气的作用大。想当初在学校,冬天砍袖开窗户,还得关掉一个暖气片,现在在南方,昼夜空调不停,仍然冻成狗😂所以我觉得随着技术的发展和公众认识程度的提高,将来一定会合理利用这部分能量的。


张家小智儿


对一个工程来说,工程是否可行,关键之一看技术经济性分析。目前来说,从技术角度讲,远距离长输供热是可以实现的,供个50公里是没问题的。但是这么远的距离供过去,所耗费的能源和热量损失就得好好算一下了。一般核电站为了防护需要,周边一定距离内是不允许有大量居住区的,这个距离一般最少是30公里,就决定了必须是长输供热,而供到用户家中,所耗费的能量折算成供热价格如果比电采暖还贵,那势必没人用,没有市场哪来的盈利,从财务角度是没有生存性的。从技术角度讲,南方房屋设计思路就是为了散热,而且采暖期短,集中供热性价比很低,经济性反而不如分散采暖。


竹林夜雨88


其实,不光核电站,传统火电站也基本如此。

说到这里,另一个问题又蹦出来了,咱们先来解决它,即,为何燃煤产生的热量,还有反应堆产生的热量,它们转化为电的效率如此低?

两方面的原因,一是物理定律的限制,二是技术的限制。

能量有品质之分

能量既有数量的不同,更有品质的差别。比如说,一壶热水,假使它含有的热量相当于1度电,那么请问,从能量的有用程度来说,是那壶水好,还是那一度电好?

显然是后者,因为电可以方便地,几乎完全地转化为其他形式的能,比如驱动电风扇,加热洗澡水等。这就是说,电这种形式的能,它的品质是最高的。

又如,一个空心小钢球,它内部的气体温度高达3000摄氏度,而另一个空心大钢球,其内部气体的温度只有80摄氏度。假使这两个大小不同的钢球,它们所含有热量的数量是相等的,那么请问,哪个钢球含有的热量更有用?显然是小钢球,因为它可以转化为更多的机械能,比如爆炸时。

这就是说,对于热来说,其温度越高,品质也就越高。这也是为什么,所有的火电站都在拼命提高蒸汽的温度,因为这等于是在提高发电效率。

然而,无论多高温度的热,它也不可能全部转化为机械能(功),咱们拿农村的炒爆米花机来举例子。

把常温的2公斤玉米扔进爆米花机,密封盖严并加热一段时间后,澎的一声巨响,爆米花和内部的热空气迅速冲出,这意味着,爆米花机内部的热能转化成了机械能,也就是做功了,但由于冲出后的爆米花和空气依然温度很高,所以,其热能并没有全部转化为机械能。

大多数超超临界的火电站,它燃煤烧水,从而使蒸汽的温度高达600摄氏度,从理论上来说,600摄氏度的蒸汽做功时(冲击汽轮机),其能量转化效率最高也只有63%,这是由物理定律带来的限制。而在实际中,超超临界的火电站,其发电效率目前还没超过46%,这就是由人类技术实力带来的限制。

可以利用吗

既然理论和技术决定了,核电站和火电站中无论如何,都会有大约55%至65%的热能不能利用,它们要么白白地排入空气中(冷却塔),要么排入到大海中,那我们为什么就不能废热利用呢?这些几百摄氏度的高温蒸汽对于电站没用,而且是很大很大的负担,但对于我们普通大众,那真是太有用了。

对这问题,咱们先来说火电站,再说核电站。

实际上,有这个疑问的多半是南方网友。而北方的网友,他们一定知道,有的火电站,它们既发电又供热,这就是热电联产电站,北方比较多。

一个较新的例子是,宁夏灵武发电厂除了发电,还向灵武市区300万平方米面积供热。2017年,在宁夏“东热西送”项目中,灵武发电厂通过机组扩建,同时修了一条46公里长,1.4米直径的管道穿过黄河,直达银川,为银川市民供热。从银川市政府网站上获悉,“东热西送”投入运营后,一期将实现3770万平方米面积供热,而远期供热面积将达到8000万平方米。

据工程人员介绍,灵武发电厂到银川这根46公里长的主管道,在输送热水的过程中,热量只损失2%左右。别说2%,即使损失5%,热电联产的好处都是巨大的。

假设电厂的发电效率为35%,同时有40%的高温废热被居民利用,则整个电厂的综合效率将高达75%。

说完了火电,咱们再来看看核电。

目前,咱们国家拥有热电联产的核电站吗?笔者没有查到这样的信息,而原因多种多样的。

一、多数核电站位于沿海。比如位于福建省的福清核电站,由于福清地处亚热带,夏天很长,冬天短且少严寒,年均气温18.8℃。如果将核电站改造,以便让其冬天给福清市供暖,那么在经济上似乎不太现实,因为需要供暖的天数实在是太少。

二、多数核电站距离市区较远,假如核电站距离密集城市60公里远,那么修一条60公里长的隔热管道,经济成本比较大。

三、技术原因,这才是主要的原因。对于核电既供电又供热一直有研究,但较少。

再来看看其他国家

位于德国(东德)的格赖夫斯瓦尔德核电站,其首次运行时间为1974年7月12日,有那么几年时间(1983年到1984年),该核电站也向周边1.4万个公寓和几个工厂供热。而1990年,该核电站因为不符合西方安全标准而退役。

根据法国《世界报》2013年的报道,在全球运行的432座反应堆中,有74座既发电,也向附近的城市供热。其中大部分是地处寒冷的国家,如俄罗斯,乌克兰,保加利亚,匈牙利等。而在日本和印度,核电站的余热主要是用于海水淡化。

如果说海水淡化也算是核电站供热的一种方式,那咱们国家也有,这就是红沿河核电站。

综上所述,利用火电站的余热,其技术比较成熟。而核电的余热供暖,一是研究的比较少,二是由于核电站的地理位置限制。

对于北方网友来说,甭管是什么热供暖,基本上都会供暖。而对于南方和西南方的网友们来说,看到核电和火电站中都会有大约一半多的热被排入空气和大海中,他们内心是惊讶的。

截图来自“悟空问答”《核电站火电站旁这些冒白烟塔做什么用?》问答下的评论。

笔者地处西南,而我如今是坐在床上,然后用两床被子盖着下半身,这才写完这篇文章的。

一到冬天,一些人的战斗力就下降。所以,热电联产电站,希望南方也有,假如可以有的话^_^


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寒木钓萌


核电站是指通过适当的装置将核能转变成电能的设施。核电站以核反应堆来代替火电站的锅炉,以核燃料在核反应堆中发生特殊形式的“燃烧”产生热量,使核能转变成热能来加热水产生蒸汽。至于核电站为什么不将热能回收用于南方供暖问题,我们从以下几个方面论述一下:

1地域分布

首先看一下中国核电站截至2013年的分布情况

主要安装地域在北京、辽宁、浙江、山东、广东、广西等沿海城市。

核电站的明显缺点在于以下几点:

(1)核电厂会产生高低阶放射性废料,或者是使用过的核燃料,虽然所占体积不大,但因其具有放射性,必须慎重处理;
(2)核电厂热效率较低,因而比一般的化石燃料电厂排放出更多的废热,故核电站对环境的热污染较严重;
(3)核电站的反应器内有大量的放射性物质,如果在事故中释放到外界环境,会对生态及民众造成伤害。

正是由于这些缺点所以和核电站通常建于沿海等人口密度低的地方。

而核电站主要用于供电所用,至于供热问题,学者们也不是没有考虑,供热或余热回收主要有城市供暖、余热发电、海水淡化等方式。其中受地理位置的影响用于城市供暖成本太高、用于余热发电又限制于能的品味问题,所以很多地方的核电站余热用于排入大海进行海水淡化处理。这主要是考虑到经济为题和技术问题的制约。比方说我们利用核电站的预热节省了100块钱,然而利用这部分热却需要花费200块,这个代价太大,不可取。


平凡人生路


这60%的热量是什么呢?是每小时把数万吨水从20℃加热到40℃!这就是所谓的热能品质,质量×温差!如果相同的热量,把质量缩小十倍,把温差增大十倍,变成把数千吨水从20℃加热到220℃,那么这个热能品质就很高,利用起来很方便!但是,发电厂汽轮机的性质决定了,它的能量品质只能是从20℃加热到40℃,这种低品热源利用很困难,直接用于供暖则需要敷设地下管线对市政的影响极大,而南方低温时间段,平均温度高,40℃的水如果不能在暖气中被充分冷却到20℃,则会影响汽轮机的发电效率!

现在有一个利用方向是,寻找一种液体,可以在常压40℃汽化,又可以在20℃左右液化,这样我们就可以利用液体在40℃的汽化增压效应制做一个特别的汽轮机推动叶轮发电!把20℃温差里蕴含的热能挖掘出来转化为电力


丢了自己259793923


随便看了下真多的砖家,尤其是还有核电砖家我去吓尿了,首先电厂的热效率能达到40百分之就很牛逼了,别看新闻也别看报表都是假的,大家看的大凉水塔水温度不高,如果供热不可以没等去市里就凉了,主要是有些费蒸汽可以供热,但是如果要给城市供热还是不够还需要添加合格的蒸汽,一般电厂换热站和供热公司的合同在电厂换热站里供热公司的回水要求90度以上,这个温度不论废气和凉水塔的温度达不到

南方供热最大的问题就是经济账,要供热需要的城市供热管道这个费用很大,一般向开发商收,基本1000户的小区供热接驳的费用2000万以上,而且开发商的小区住户管道必须经过国家和供热公司验收,这钱在房价里因为是成本,住户拿房后,自己的供热管不放心工程自带或者为了美观改造保底需要3000元,之后还有供热费维修费管道坏了淹了家里邻居损失,城市供热管网需要维护保养维修这些又从取暖费体现100平米便宜了北方在每户2000元,贵的4000-5000都有,我还没有说城市管网需要占地尤其换热站这些土地成本到小区里也得🈶换热站。

南方供暖最多3个月有的地区1个月你说南方朋友愿意掏这么多成本取暖?我买个电暖气空调电费能花多少?热电厂每年供热不供热最多节约5 个点的热量,这点钱比起整体社会成本包括导致的资源浪费那个合适?


喷子指导员


作为一名核电工程师,我很负责任的告诉你,核电站用来供热从技术上和经济上根本就不可行!

技术方面

第一点我们要先弄懂,核电站除去发电做功后的那60%的热量去哪了?

答案是被海水循环水带到海里去了。为什么会被海水带走,这就要我们先了解下电厂发电所知道的朗肯循环。因为只有凝汽器的背压越低,汽轮机的排气焓越低,用来给汽轮机做功的热量越大!而凝汽器的背压跟海水温度有关系,一般海水入口温度为25度左右,这就意味着汽轮机排汽所对应的的饱和压力为6千帕左右。所以海水带走的热量大约站热功率的60%。请记住这是第一个要点。

第二点是百万千万机组的核电站其主蒸汽是饱和蒸汽,不是过热蒸汽!这第一点很重要!正因为主蒸汽是饱和蒸汽,它的压力为75个大气压,温度仅仅为280度左右,所以它进入汽轮机做功后的蒸汽是湿蒸汽,湿蒸汽怎么可能用来再做热电联产的热源?它的做功能力已经很差了,发电效率本身就很差还用来供热这岂不是得不偿失!

这里再为大家科普一下为什么核电站的蒸汽为饱和蒸汽,因为主蒸汽的品质由一回路的冷却剂来决定,一回路压力越高,温度越高,二回路蒸汽品质才会好。但是核燃料在使用过程中,由于技术和材料限制,只能经受的住15Mpa的压力,再大了就有核泄漏的风险,为了核安全只能维持现在的状态。

经济方面

题主提到,为什么不往南方供热,难道不知道南方人冬天抗冻主要靠抖吗(开个玩笑啦,各位不要当真哈)?

言归正题,以广东深圳为例,其冬天最冷的温度也基本在10度以上,根本不需要供暖,穿的暖和点就可以了。核电站离居民区那么远,就算是真的能以降低发电效率来供暖,成本也是相当的高,大家也不一定会用。另外根据最新的《核安全法》,为了保证核电站的安全运行,核电站的设计更改要经过层层审批和验证,电站出现意外跳泵什么的设备故障都要发起事件单,这些东西处理起来的人力成本也是相当的巨大。

外行看热闹,内行看门道。有时候普通人认为的事,其实不是那么的简单。希望我的回答能解决您的疑惑,感谢阅读!

工程师王小胖


平时大家用燃气炉炒菜烧水,热效率只有10~20%,大量的燃烧热量散发掉了。对于燃煤电站,全世界也努力了,不管怎么利用,热效率最多达到45%?(记不得了,好像是。上海外高桥有个超超临界机组是世界第一),核电站比燃煤电站的热效率低得比较多,大概30%左右。有个词 “热阱”,大家可以查查,不管是怎样的蒸汽能量和废热利用,供热也好发电也好,应用于其它也好,目前的技术已经是最优化的了,没有长期钻研和创新,效率是不易提高的,这排掉的60%左右的所谓“废热”只能白白被海水带走。

提问说可不可以利用这热的海水来供热?海水进出凝汽器后,出来的温度大概只有25~35℃,焓熵已经很低了,既热品质很低,单位体积能量(热量)很低,如果利用其供热,同时由于远距离多支点管道传输,热损失加大,管路和保温成本加大,到住户时,与室内温度温差小,单位热量少,得多大流量流过房间,采暖室内得需要非常大面积的换热片,试问谁家室内愿意这样的景观,同时成本得多高,得不偿失啊。另外,百万千瓦的核电和火电需要的冷却水海水的量是十分巨大的,具体数据记不清晰了,想象为一条奔流的小河吧(见图片中引水渠),如果海水供热,用户能用得到多少,其为效率提升贡献微乎其微,如果要全部利用则要多大的管道和配套呀,不敢想象。



而热电联产的供热,其实是利用的汽轮机中段抽汽或者背压蒸汽的方式(稍微专业了点,不展开讲了),是相对高温高压的蒸汽通过供热管道输送到用户,与如上所述的情况就不同了。

另外,海水有非常强的腐蚀性,管路防腐和防漏是难点,如果用耐腐蚀的材料,比如钛管、双相不锈钢、陶瓷管,或者相对低成本的衬胶铁管,这成本,可能吗??!!

南方需要供暖吗?个人觉得需要!长江以南周边冬天冷得浸骨,沿海好点,但方式不是利用海水余热,而是应该考虑热电联产,或者专门的供热站,比如已经开始试研的核供热堆(但南方别想供热堆了,这是为北方解决雾霾准备的)。

总结,1,海水带走废热是必需的;2,考虑费效比,其基本是无用和不可能!


刘雨文剑


主要是管道输送问题,南北秦岭为界面,加上国内的核电站大多数都处于沿海地区。南北人员分散效果不一,就以南方的农村城镇,大多居住分散。不能同意进行管道安装。第二就是北方的暖气发展起来是建立在多年前北方重工业上面。

现在想要在南方实行供暖很难,加上南方大多地处山脉,管道更是难以安装。所以这些种种问题导致南北的供暖无法做到一碗水端平


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