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“黑”科技支撐“綠”色擔(dān)當(dāng) ——核能中的“低碳”科技新實(shí)踐

來源：中國能源新聞網(wǎng) 時(shí)間：2025-04-27 17:32

見習(xí)記者 張浩正 中國能源新聞網(wǎng)記者 趙坤

　　春雨知時(shí)，萬物更新。在“雙碳”戰(zhàn)略背景下，我國能源領(lǐng)域的低碳科技日新月異。

　　4月21日，在第56個(gè)“世界地球日”之際，中核集團(tuán)在京舉行“守護(hù)地球家園：核工業(yè)的綠色實(shí)踐與擔(dān)當(dāng)”媒體交流會(huì),來自中核集團(tuán)旗下的中國鈾業(yè)、核動(dòng)力院、江蘇核電、河南五岳等單位的四位專家介紹了效能與環(huán)保“雙贏”的核工業(yè)“黑科技”。

　　從鈾礦“原地浸出”式開采的綠色高效到超臨界二氧化碳的能量躍遷，從核能供汽的跨界突破到抽蓄電站的生態(tài)實(shí)踐，展現(xiàn)出了中國核工業(yè)“向新向綠向未來”的傲人成績(jī)與“綠色擔(dān)當(dāng)”。

　　國鈾一號(hào)

　　讓礦山“呼吸”起來

　　鈾資源的勘查采冶位于核燃料循環(huán)體系的最前端，是核工業(yè)發(fā)展的重要基石。

　　無井巷工程、無采選工序、無尾礦廢渣……這就是第三代綠色高效原地浸出采鈾技術(shù)體系的“神通廣大”。

　　中核集團(tuán)首席科學(xué)家、中國鈾業(yè)總工程師蘇學(xué)斌向全場(chǎng)展示了一場(chǎng)“石頭縫里擠鈾”的綠色奇跡：采用“CO?+O?原地浸出法”先進(jìn)開采工藝，顛覆了傳統(tǒng)礦山井下開采模式，無需將礦石提升到地表處理，配合采鈾溶浸液采取封閉循環(huán)模式、水冶生產(chǎn)車間采用靜謐式智能化運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了“三廢零排放、生態(tài)無破壞、減碳可持續(xù)”。

　　“天然鈾是保障國家安全的緊缺戰(zhàn)略資源和能源礦產(chǎn)?！碧K學(xué)斌說，“我們從2010年開始，在內(nèi)蒙古通遼建成了我國第一座‘CO?+O?’地浸采鈾礦山，開創(chuàng)了綠色環(huán)保、經(jīng)濟(jì)高效的鈾礦采冶新局面，我國經(jīng)濟(jì)可采鈾資源品位由0.05%降至0.01%。”

　　2024年7月，我國規(guī)模最大的天然鈾產(chǎn)能項(xiàng)目——中核集團(tuán)“國鈾一號(hào)”示范工程在內(nèi)蒙古鄂爾多斯開工建設(shè)。該工程是我國產(chǎn)能最大、標(biāo)準(zhǔn)最高的天然鈾生產(chǎn)大基地建設(shè)項(xiàng)目，建成后將成為全球大規(guī)模利用二氧化碳的綠色、經(jīng)濟(jì)、智能、高效鈾資源開發(fā)的工業(yè)示范，同時(shí)將大幅提升我國天然鈾保障能力和天然鈾產(chǎn)業(yè)國際競(jìng)爭(zhēng)力。

　　清潔環(huán)保也是多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新的結(jié)果。專家學(xué)者提出源頭控制、過程阻斷、末端治理地浸的環(huán)保范式，研發(fā)了核素精準(zhǔn)識(shí)別、溶浸阻斷技術(shù)，解決了復(fù)雜礦層溶浸控制難題；而針對(duì)地浸采鈾少量“三廢”和地下水修復(fù)難題，開發(fā)出鉆井液無害化、多級(jí)反滲透、風(fēng)能蒸發(fā)等固液廢物處理工藝；此外，還研發(fā)了地下水微生物原位修復(fù)技術(shù)，使礦山生產(chǎn)滿足放射性排放的全球最嚴(yán)要求...這些，無不體現(xiàn)著中國核工業(yè)的責(zé)任與擔(dān)當(dāng)。

　　“超碳一號(hào)”

　　點(diǎn)“碳”成金的綠色引擎

　　當(dāng)前核電廠的主要發(fā)電方式仍是蒸汽發(fā)電。核燃料“燃燒”后，水蒸汽是循環(huán)做功過程中能量傳遞和熱功轉(zhuǎn)換的工作介質(zhì)，但水工質(zhì)在系統(tǒng)復(fù)雜度、效率、緊湊性、響應(yīng)速度等方面存在不足。

　　在這樣的背景下，“超碳一號(hào)”做到了將溫室氣體“點(diǎn)碳成金”，中核集團(tuán)首席科學(xué)家、核動(dòng)力院“超碳一號(hào)”總設(shè)計(jì)師黃彥平對(duì)此進(jìn)行了揭秘——當(dāng)二氧化碳被加壓至7.38MPa、加熱至31℃時(shí)，會(huì)進(jìn)入超越氣態(tài)和液態(tài)物質(zhì)特性的“超臨界態(tài)”，兼具高密度和低粘度的雙重優(yōu)勢(shì)，成為發(fā)電領(lǐng)域的“超級(jí)工質(zhì)”。

　　經(jīng)過國內(nèi)外同行大量的綜合研究，超臨界二氧化碳（S-CO2）脫穎而出，其有著天然存在、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無毒、工業(yè)應(yīng)用廣泛、臨界點(diǎn)壓力適中、臨界溫度對(duì)環(huán)境溫度影響更小、可以實(shí)現(xiàn)全流程無相變等特點(diǎn)。

　　“場(chǎng)地需求及用水需求降低50%，發(fā)電效率提升42.7%，年發(fā)電量卻能提升84%?！?023年，核動(dòng)力院聯(lián)合濟(jì)鋼國際在首鋼水鋼現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)2套15兆瓦超臨界二氧化碳余熱發(fā)電機(jī)組。在項(xiàng)目中，這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)展露無遺。

　　成功的背后是專家們自主創(chuàng)新的堅(jiān)韌不拔。2017年，黃彥平團(tuán)隊(duì)遠(yuǎn)赴海外當(dāng)時(shí)全球唯一掌握超臨界二氧化碳換熱器制造技術(shù)的公司進(jìn)行調(diào)研，卻遭遇嚴(yán)密技術(shù)封鎖?！八麄冞B車間的門都不讓進(jìn)，更別提看設(shè)備?！被貒螅S彥平便潛心鉆研、帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)自主攻關(guān)。

　　如今，經(jīng)過十余年的攻關(guān)，我國的超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)產(chǎn)學(xué)研體系基本建立，全國產(chǎn)化產(chǎn)業(yè)鏈條基本成型，具備全面工程應(yīng)用條件。“曾經(jīng)國外商業(yè)管制清單上的技術(shù)，我們已經(jīng)全部實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，技術(shù)實(shí)力已走在了世界的前列?！秉S彥平驕傲地說道。

　　“和氣一號(hào)”

　　核電的“綠色跨界”

　　發(fā)電后，核電站的高溫水蒸汽是否有“一汽多用”的可能？

　　田灣核電二廠廠長張祥貴按下遙控器，大屏上23.36公里銀色管道如巨龍盤踞，將田灣核電站3、4號(hào)機(jī)組與連云港徐圩石化工業(yè)園區(qū)緊密相連。

　　“每年相當(dāng)于植樹造林2900公頃、可替代減少燃煤40萬噸，等效減少污染氣體排放約107萬噸二氧化碳、184噸二氧化硫、263噸氮氧化物……”截至目前，“和氣一號(hào)”已經(jīng)累計(jì)供汽240萬噸，張祥貴親切地將其比喻為“核能自嗨鍋”。

　　“和氣一號(hào)”是我國首個(gè)工業(yè)用途核能供汽項(xiàng)目，2024年6月在田灣核電基地正式建成投產(chǎn)，在我國首次實(shí)現(xiàn)了核能與石化產(chǎn)業(yè)深度耦合，為核能綜合利用開創(chuàng)了新途徑，標(biāo)志著我國核能綜合利用從單一發(fā)電、滿足城市居民供暖后，拓展進(jìn)入工業(yè)供汽領(lǐng)域，成為了連云港石化基地建設(shè)的清潔能源“大動(dòng)脈”。

　　在未來，我國的熱力地圖中，沿海核電基地的蒸汽管網(wǎng)將如毛細(xì)血管般延伸至鋼鐵、化工園區(qū)。

　　“到2030年，全國30%核電基地將實(shí)現(xiàn)蒸汽外送，年替代燃煤超千萬噸。”“這項(xiàng)技術(shù)讓核電熱效率從37.3%提升至42.5%，真正實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)保雙贏?！?/span>張祥貴說道。

　　“中核首蓄”

　　大別山譜寫綠色協(xié)奏曲

　　“牛背鷺的選擇是最嚴(yán)苛的環(huán)保認(rèn)證！”河南五岳總工程師賈彥博向記者們展示了成群國家二級(jí)保護(hù)禽類掠過中核集團(tuán)河南五岳抽水蓄能電站水庫的美麗倩影。在國家二級(jí)保護(hù)動(dòng)物的“監(jiān)督”下，河南五岳抽水蓄能電站用硬核技術(shù)書寫了“既要綠電，更要綠水”的生態(tài)答卷。

　　2024年12月，中核集團(tuán)河南五岳抽水蓄能電站首臺(tái)機(jī)組順利投產(chǎn)發(fā)電。在項(xiàng)目建設(shè)期間，團(tuán)隊(duì)秉持著“在建設(shè)中保護(hù)、在保護(hù)中建設(shè)”的原則，積極開展生態(tài)避讓及補(bǔ)償工作，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)減少永久征地50畝、臨時(shí)用地70畝，相當(dāng)于少占11個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場(chǎng)的面積。與此同時(shí)，施工區(qū)累計(jì)苫蓋裸露土地50公頃，種植喬灌木40萬株，相當(dāng)于給大別山“織”了一件面積相當(dāng)于1190個(gè)籃球場(chǎng)的綠色外衣。

　　截至2025年4月中旬，電站累計(jì)消納新能源電量超1.4億千瓦時(shí)。電站全容量投產(chǎn)后，預(yù)計(jì)可降低河南電網(wǎng)燃煤火電年平均調(diào)峰率2.07個(gè)百分點(diǎn)，每年節(jié)省系統(tǒng)火電煤耗11.68萬噸，相當(dāng)于每年可減少二氧化碳排放量約29.14萬噸，相當(dāng)于植樹1600萬棵。

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　　各位專家引人入勝的講述，讓人們看到了核工業(yè)實(shí)踐中的自主創(chuàng)新與“綠色擔(dān)當(dāng)”；讓人們看到了中核集團(tuán)的超前實(shí)踐與祖國的日益強(qiáng)大；讓人們看到了世界之間，有困難就有勇者、有決心就有希望。在未來，這些技術(shù)將繼續(xù)前進(jìn)、工程將不斷完善，相信這些硬核的“黑科技”，會(huì)不斷解鎖核能的“綠色密碼”。

　　責(zé)任編輯：沈馨蕊