1.發(fā)電與工藝蒸汽
核能是清潔、低碳、安全高效的基荷能源。一臺 60 萬(wàn)千瓦級別的高溫氣冷堆年發(fā)電量可達40億千瓦時(shí)以上。核電相較于風(fēng)光等新能源，電力供應更加穩定，能夠滿(mǎn)足石化行業(yè)、石化產(chǎn)業(yè)園區對能源供應系統的穩定性要求。
核能供熱在三代核電就已經(jīng)開(kāi)始推廣。根據澎湃新聞報道，當前我國壓水堆核電站的熱電轉化效率只有35%左右，其余熱量以大量海水作冷卻后排入大海，而這部分熱量完全可以通過(guò)回收作供熱使用。因此核能供熱項目在三代核電領(lǐng)域就已經(jīng)開(kāi)始推廣示范。例如2021年11、12月，山東海陽(yáng)、浙江海鹽兩個(gè)核能供熱項目相繼投運，海南昌江多用途小堆示范項目也已開(kāi)工建設。
高溫氣冷堆供熱更具突出優(yōu)勢。相較于壓水堆主蒸汽溫度 284℃、壓力 6.8MPa，高溫氣冷堆主蒸汽品質(zhì)更高，主蒸汽溫度為571℃，壓力為14.1MPa(高溫氣冷堆一回路冷卻劑氦氣出口溫度高達750℃，輸送過(guò)程中有一定的熱損失)。經(jīng)過(guò)蒸汽轉換設備可以提供該溫度壓力以下各種參數的工藝蒸汽。20萬(wàn)千瓦機組蒸汽產(chǎn)量可達600T/h，與目前石化園區煤鍋爐產(chǎn)量參數、溫度和壓力基本一致，模塊式高溫氣冷堆將是替代石化園區煤鍋爐的一項重要技術(shù)方案。此外，根據中核集團數據，高溫氣冷堆的限制區半徑僅為1km，因此，可以貼近核電廠(chǎng)區建設石化產(chǎn)業(yè)，以減少蒸汽輸送過(guò)程中的熱損失。
核能蒸汽還可以用于稠油熱采。稠油也被稱(chēng)作高粘度原油，是我國油氣資源的重要組成部分，根據中國石油石化數據，其在全球原油儲量中占比70%，但開(kāi)采難度極大。稠油開(kāi)發(fā)主要通過(guò)熱力采油法，其中蒸汽吞吐、蒸汽驅是使用范圍最廣、采出油量最多的方式。
1)蒸汽吞吐是先將高溫高壓的蒸汽注入油層，對油井周?chē)蛯蛹訜峤叼?，燜井換熱后再開(kāi)井采油;2)蒸汽驅是向井中持續注入高溫高壓蒸汽，通過(guò)蒸汽將地下原油加熱，然后將鄰近變稀的原油驅向采油井采出。
高溫氣冷堆的主蒸汽可滿(mǎn)足稠油熱采蒸汽不同壓力和溫度的要求，并根據用戶(hù)需要進(jìn)行參數調節。隨著(zhù)原油供應日漸短缺和國際油價(jià)的上漲，連續穩定開(kāi)采稠油將日趨緊迫，這將為高溫氣冷堆助力稠油熱采提供廣闊市場(chǎng)機遇。除了常規發(fā)電，以及用于石油精煉、稠油熱采外，高溫氣冷堆還可用于頁(yè)巖油提煉、合成氨及化肥生產(chǎn)、乙烯和甲醇合成、海水淡化、煤化工等領(lǐng)域。
2.核能制氫
核能制氫并不是通過(guò)核能發(fā)電，再利用電解水制氫，因為核電的發(fā)電成本并非是最低的，而是采用熱化學(xué)制氫的新模式，在為制氫工藝提供電能和熱能而不釋放溫室氣體。目前，主要可以通過(guò)高溫氣冷堆與三種工藝耦合制氫，即高溫蒸汽電解(HTSE)、蒸汽甲烷重整(SMR)、硫碘(SI)循環(huán)。其中，國際上公認最具應用前景的催化熱分解方式是由美國開(kāi)發(fā)的硫碘(SI)循環(huán)。其原理是將核反應堆與熱化學(xué)循環(huán)制氫裝置耦合，硫循環(huán)從水中分離出O2，碘循環(huán)分離出H2。目前以SI循環(huán)為代表的熱化學(xué)循環(huán)研究已經(jīng)從小試走向了中試，高溫氣冷堆耦合SI循環(huán)制氫具有光明的前景，即使當前的反應堆出口溫度略低于制氫工藝所需，也可以考慮通過(guò)分兩階段、補充額外的熱量來(lái)完成整個(gè)重整過(guò)程。
從各國發(fā)展進(jìn)程看，早在 2004 年，美國能源部(DOE)啟動(dòng)了核能制氫研究工作，但其工業(yè)規模示范仍受制于高溫反應堆研發(fā)和商業(yè)化。其投入的3個(gè)現役核電機組低溫電解制氫最早于2023年投入商運。法國、英國均將核能作為制綠氫的關(guān)鍵能源，但并未提出具體實(shí)現路徑。我國從2004年開(kāi)始論證核能制氫的可行性，計劃在2022-2023年形成工業(yè)示范工程建設方案，啟動(dòng)工程項目相關(guān)工作。根據國際能源網(wǎng)報道，中核集團遠期的目標是在 2030 年后，利用已成熟的核能制氫和棄電制氫為產(chǎn)業(yè)源頭，開(kāi)拓儲氫、運氫、氫燃料電池等中下游產(chǎn)業(yè)。
核能制氫的清潔性?xún)?yōu)勢顯而易見(jiàn)。然而，當前高溫氣冷堆的經(jīng)濟性、以及如何保證易燃的氫氣在制氫過(guò)程中的安全運輸和儲存仍然是需要考慮的問(wèn)題。挑戰未來(lái)核能制氫的發(fā)展，除技術(shù)難題外，高溫氣冷堆的大規模應用也將是關(guān)鍵。
3.火電原址復用
高溫氣冷堆在替代火電方面也具有突出優(yōu)勢。蒸汽參數方面，高溫堆與常規火電超高壓機組參數基本相當，其汽輪發(fā)電機組的規格和系列也與火電廠(chǎng)非常接近，可以很好地利用現有火電廠(chǎng)汽輪機組。據中核集團數據，按年利用7000小時(shí)計算，2臺60萬(wàn)千瓦高溫氣冷堆機組替代超潔凈排放煤電機組，每年可減少燃煤使用(標煤)約280萬(wàn)噸，減少煙塵約132噸，二氧化硫約960噸，氮氧化物約1320噸，可明顯改善環(huán)境質(zhì)量。
