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(guó)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(yáng)沒(méi)什么名氣。然而它又的確有幾分特別，在北半球的這個(gè)冬天，它成了全中國(guó)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(zhēng)奪，它們彼此給予——海陽(yáng)核電站的兩個(gè)機(jī)組每年發(fā)電量200億千瓦時(shí)，足夠滿足青島、煙臺(tái)、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(shí)都在進(jìn)行。核電站外幾百米處是幾個(gè)當(dāng)?shù)氐淖匀淮�，和很多臨海的村子一樣，人們以捕魚(yú)為業(yè)，天沒(méi)亮就出門(mén)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(guó)大陸51座在運(yùn)行的核電站之一，海陽(yáng)核電站無(wú)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(wàn)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(shí)代。
一切順利的話，未來(lái)的某個(gè)冬天，這座核電站還將把熱量輸送到青島、煙臺(tái)、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(zhǎng)的日常工作，是和同事一起維護(hù)海陽(yáng)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(chǎng)霧霾，“抬頭看不見(jiàn)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�，幾乎不�?huì)帶來(lái)任何大氣污染。
當(dāng)前國(guó)內(nèi)供暖主要依靠燃燒煤炭和天然氣，會(huì)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(cè)算，中國(guó)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(guó)氣候變化框架公約》第26屆締約方大會(huì)上，多國(guó)政府都提出了碳中和的目標(biāo)。
人們能說(shuō)清霧霾的成分，但很顯然，人們更害怕核能。說(shuō)起“核”，多數(shù)人的第一反應(yīng)是武器和事故。如造成近10萬(wàn)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(gè)國(guó)家暫時(shí)停止了核電站的建設(shè)和新增計(jì)劃，德國(guó)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(duì)帶著這些關(guān)鍵詞的問(wèn)題。
在人類文明和戰(zhàn)爭(zhēng)的記憶里，與“核”有關(guān)的傷痕都太過(guò)深刻，“核”帶來(lái)的恐懼感是持久的。但在海陽(yáng)核電站，距離核反應(yīng)堆最近的人反而很安心。
據(jù)測(cè)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(shí)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(shí)大屏幕，截至中青報(bào)·中青網(wǎng)記者抵達(dá)時(shí)，核電站已經(jīng)持續(xù)517天18小時(shí)14分24秒沒(méi)有發(fā)生人因事件。
到底什么是安全？在吳放看來(lái)，安全是一個(gè)難以定義的詞，他更愿意用“符合標(biāo)準(zhǔn)”來(lái)衡量。“只要我們?cè)诮ㄔO(shè)、操作時(shí)符合標(biāo)準(zhǔn)，那我認(rèn)為它就是安全的�！笔聦�(shí)上，中國(guó)在核能開(kāi)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(shí)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(huì)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(dòng)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(shí)也能實(shí)現(xiàn)清潔能源供暖。
“這個(gè)想法從原理上說(shuō)很簡(jiǎn)單，很多人都能想到，實(shí)施起來(lái)卻是一個(gè)復(fù)雜的工程學(xué)問(wèn)題。而且前幾年核能供暖并不會(huì)比使用化石燃料便宜很多，因此很少有人愿意做這個(gè)嘗試�！眳欠沤忉�。
推進(jìn)研究的同時(shí)，他先在核電站員工宿舍區(qū)以及當(dāng)?shù)?0多個(gè)小區(qū)做試點(diǎn)，然后逐步擴(kuò)大范圍，直到覆蓋整個(gè)海陽(yáng)市城區(qū)。出人意料的是，不管是核電站建設(shè)和運(yùn)行時(shí)，還是推廣核能供暖時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)乩习傩詹](méi)有對(duì)安全性感到擔(dān)心。多數(shù)人最關(guān)心的問(wèn)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(méi)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(guò)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(zhǎng)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(yáng)核電站的8座反應(yīng)堆全部建成投入使用，能提供整個(gè)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(jí)”的，需要水蒸氣有較高的溫度和能量，在海陽(yáng)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(jí)”的能源，很難再得到利用。供暖則并不需要那么“高級(jí)”的能量，“我們的工作類似于拿出一部分‘高級(jí)’的能量?jī)度搿图?jí)’的能量，變成更多‘中級(jí)’的能量，也足夠用來(lái)供暖了�！眳欠沤忉�。
實(shí)現(xiàn)這個(gè)想法并不容易。核電站是一個(gè)設(shè)計(jì)精密的系統(tǒng)，取出一部分水蒸氣，勢(shì)必對(duì)整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。在海陽(yáng)核電站1號(hào)機(jī)組2018年投入商運(yùn)當(dāng)年，他們經(jīng)過(guò)大量前期理論論證后開(kāi)始立項(xiàng)，次年開(kāi)始試點(diǎn)供暖。范圍從核電站辦公區(qū)逐步擴(kuò)大到海陽(yáng)市的部分小區(qū)，直到今年，整個(gè)市區(qū)都用上了核能供暖。
而在這個(gè)過(guò)程中，用戶端的改變并不大。在核電站之外，除了替代了海陽(yáng)市的12臺(tái)燃煤鍋爐，其他的一切和燃煤供暖幾乎沒(méi)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(yáng)核電站提供熱水，在供熱中心將熱量傳遞給供暖水。
海陽(yáng)實(shí)現(xiàn)核能供暖引起了全球核領(lǐng)域同行的關(guān)注，國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)已經(jīng)派專員前來(lái)調(diào)研。這項(xiàng)嘗試在國(guó)內(nèi)也有了追隨者，今年，中國(guó)第一座核電站秦山核電站開(kāi)始對(duì)嘉興市的3個(gè)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(guó)家實(shí)施了限電停產(chǎn)措施，多地供暖費(fèi)用漲價(jià)，海陽(yáng)市卻做到了供暖費(fèi)不增反降，解決了燃“煤”之急。
對(duì)此，吳放算過(guò)一筆經(jīng)濟(jì)賬，長(zhǎng)期看來(lái)，核能供暖一定比燃燒化石燃料更實(shí)惠。他解釋，在煤炭?jī)r(jià)格平穩(wěn)時(shí)，使用核能供暖的價(jià)格僅略低于燃煤供暖，但未來(lái)化石能源的價(jià)格可能會(huì)因?yàn)楫a(chǎn)量、碳排放市場(chǎng)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(shí)，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(huì)對(duì)核電站的經(jīng)營(yíng)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(huì)受傳輸管道建設(shè)成本、傳輸過(guò)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(guó)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(yáng)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(yú)、蝦、海草被濾出，海水在海陽(yáng)核電站循環(huán)一周帶走“低級(jí)”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(jí)”的熱量沒(méi)有利用的價(jià)值和機(jī)會(huì)，但吳放卻想，是不是有辦法把這部分能量也利用起來(lái)呢？
他想到此前在新聞中看過(guò)的“南紅北移”工程。適合在南方溫暖潮濕環(huán)境生長(zhǎng)的紅樹(shù)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(guó)的“南紅北移”工程最北只開(kāi)展到北緯30度的浙江舟山。海陽(yáng)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(yíng)造適合紅樹(shù)林生長(zhǎng)的環(huán)境。吳放聯(lián)系了多所大學(xué)的專家開(kāi)展調(diào)研，并在今年6月開(kāi)始了這項(xiàng)工程，目標(biāo)是將紅樹(shù)林生長(zhǎng)的最北位置擴(kuò)展到北緯37度附近。
海陽(yáng)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(shí)，這3000噸水會(huì)自動(dòng)下沉用于冷卻核反應(yīng)堆，可以做到72小時(shí)不需要人工干預(yù)，保障機(jī)組安全�！暗谌夹g(shù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念就是，削弱‘人’的不穩(wěn)定因素�！眳欠耪f(shuō)。
中國(guó)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(shū)面或口頭的批準(zhǔn)才能進(jìn)行。一名海陽(yáng)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(wú)巨細(xì)地記錄每一步操作，最大程度避免人的失誤帶來(lái)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(jiǎn)單。還有人調(diào)侃，和做核電的人打交道，總會(huì)遭遇“靈魂三問(wèn)”：“你為什么這么做？你這么做有依據(jù)嗎？誰(shuí)告訴你這么做的？”大多數(shù)時(shí)候，反應(yīng)堆所在的核島內(nèi)并沒(méi)有人，具體的操作都由全自動(dòng)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(méi)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(yáng)核電站每一個(gè)有受到輻射風(fēng)險(xiǎn)的員工從入職起就會(huì)配備一枚專屬的核輻射檢測(cè)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(duì)核的恐懼，海陽(yáng)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(shuō)，民眾的接受度普遍很高，沒(méi)有人表現(xiàn)出恐懼，還有民眾說(shuō)：“你們比我們離核更近，你們都不怕，我們怕什么？”海陽(yáng)核電站2019年的一次街訪結(jié)果顯示，95%的市民對(duì)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(píng)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(jiàn)，沒(méi)有人表示反對(duì)。
一位工作人員解釋，居民完全不用擔(dān)心核能供暖會(huì)帶來(lái)核輻射�！扒也徽f(shuō)核加熱的水并不是用戶家中用來(lái)供暖的水，這中間經(jīng)過(guò)了5次換熱，每個(gè)換熱環(huán)節(jié)都有絕對(duì)的物理隔離，即使是用于冷卻的海水也是完全不含輻射的�！彼忉�，“這就像我們吃自熱小火鍋，只有熱量的傳遞，沒(méi)有物質(zhì)的交換。加熱層不會(huì)影響到食用層的安全性。”
在吳放的計(jì)劃中，未來(lái)核能的能量利用率還要提升。給海陽(yáng)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(cè)算，如果實(shí)現(xiàn)給煙臺(tái)、青島、威海供暖，單臺(tái)機(jī)組3000萬(wàn)平方米的供熱面積，這個(gè)數(shù)字將提升至約55.9%�！斑@相當(dāng)于一個(gè)核電站頂一個(gè)半核電站�！眳欠耪f(shuō)。
海陽(yáng)每年冬季供暖要消耗原煤10萬(wàn)噸，轉(zhuǎn)為核能供暖后，將少向大氣排放二氧化碳18萬(wàn)噸。相比全國(guó)因供暖產(chǎn)生的碳排放，這是一個(gè)微不足道的小數(shù)字，才0.03%，但這項(xiàng)嘗試如果能在中國(guó)大陸在運(yùn)行的51座和更多建設(shè)中的核電站鋪開(kāi)，這個(gè)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(duì)吳放這代核電人來(lái)說(shuō)，對(duì)核能的利用仍是一場(chǎng)沒(méi)有盡頭的探索。吳放期待，未來(lái)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(lái)源：中國(guó)青年報(bào)
