利用热泵回收核电站余热进行采暖的研究

利用热泵回收核电站余热进行采暖的研究

王安荣

王安荣

（福建福清核电有限公司福建省福清市三山镇前薛村350318）

摘要：核电站运行所产生的循环水中含有相当多的低温热能，通过热泵回收处理技术能够将这些低温热能转化为高温热能。本文主要论述了如何运用热泵的技术手段处理核电站产生的低温热能循环水，从而回收核电站运行过程中产生的余热用于日常采暖。这种技术手段的优势主要体现在其节能、环保的双重效应，本文在论述通过热泵来收集低温热能技术可行性的基础上以小区供暖为例进行了分析，为核电站利用热泵回收余热提供了可行性建议。

关键词：热泵；余热；循环水；核电站；采暖

核电作为一种高科技清洁能源，越来越受到国际社会的关注与重视，而且目前我国正在大力地推行节能减排政策，核电站的能源循环利用引起了有关部门专家和社会人士的普遍关注。核电站在运行的过程中产生了大量的清洁电能，但是核反应之后产生大量的低温热能循环水，而从目前核电站的运营来看60%以上的低温热能都散失到了环境，造成了很大程度上的能源浪费。

目前来说，国内核电站主要是通过海水循环排放运行中所产生的余热，长期以来核电站工作人员和社会环保人士一直对于核电站对的余热排放重视程度不高，原因在于其温度低，利用价值并不高，对居民的生产和生活作用也不是太大，所以一直以来并没有受到核电站科研人员以及环保人士的重视。而这些核电站运营中所产生的低温热能往往来说是直接地排放到了环境中，会在很大程度上造成能源的浪费和环境污染，产生温室效应。目前科技人员正在尝试通过热泵来收集核电站运营过程中所产生的低温热能，经过技术处理，服务于居民采暖，最大程度地利用核电站的能源，把核电站的运营对于环境造成的影响降到最低程度。

1.核电站热泵系统性能分析和设计方案

1.1.核电站热泵系统工作原理

核电站可以采用水源热泵，即通过对核电站运行所产的大量的低温热能进行收集，经过技术处理，达到向居民和建筑物进行供热取暖的目的。其工作原理从本质上来说即通过消耗一部分质能如：机械能等等，通过热泵的热力循环功能，把核电站运行过程中所产生的大量的低温热能进行发掘、利用热泵的集中处理，进行能源的二次利用，它的主要特点在于可以利用热泵将核电站的低质能量转化为日常生产生活所用的高质能量。具有清洁、污染小、经济节约、环境保护等多方面的优势。

1.2.核电站热泵系统性能分析

核电站采用热泵需要考虑其系统能否具有明显的节能效果，主要在于其热泵的性能系数，国际上称为COP。一般如果对于核电站中采用热泵，主要要关注其性能系数。从技术角度来讲，一般热泵的性能系数主要来源是其两种热源的温度差，也就是冷凝温度和蒸发温度之间的差值。如果这个差值很大的话其性能系数就会很高，反之，如果其差值较低的话，其性能系数则较低，即产生大量的低品位热能。

1.3.核电站热泵系统设计方案构想

核电站热泵系统按照其所处位置的不同，分为分布式和集中式两种。分布式是指热泵系统分别位于城市各热力站中，通过热泵技术将核电站反应所产生的循环水从核电站输送到各个热力站；集中式是指将热泵在一个核电站集中设立，通过对该核电站运行所产生的循环水进行技术提取，发掘其余热，通过热泵的技术手段产生的热水输送到热力站中，进而提供居民日常的生产生活使用。从核电站的安全运营和城市规划要减少地下官网的角度考虑，建议采用分布式的方式。

从技术上来讲，核电站可以采用分布式热泵的方式。方案如图1、2所示。先将核电站产生的低温热水经过管网送达到各个热力站，热力站内安装电动压缩式热泵。然后通过热泵机组将核电站的循环水放热。将放热降温后的循环水返回到核电站的凝汽器中，通过技术手段进行吸热升温，将吸热升温后的循环水输送到热力站，循环往复。其适用范围一般是，市政规划中蒸汽或者天然气没有到达同时还要要求当地的电力容量不受限。电动压缩式热泵的优势主要在于占地空间小、设置灵活，随着技术手段的不断完善和发展，很多的热力站甚至都能安装到住户的家中，从而很好地实现设备的供暖功能，相对来说也降低了设备的初期投资。

2.核电站热泵系统的适用范围

2.1.与常规热电厂供热的比较

从目前的热电厂供热方式我们了解，如果热电厂抽气参数合适，而且管网的热损失不大，通过热电厂直接供热还是通过将核电站运行产生的低温热水，通过热泵处理后供热所产生的效果是明显不同的，因为热电厂供热是直接的热力输送，是热对热的转换，而通过热泵系统工作产生的热量，先经过了核电站中热对热的转换，然后又经过了热泵的转换，这两次转换都不可避免的存在着热能损失的情况。而且核电站采用热泵回收余热，其安全性也是相当重要的。因此，如果仅从能源的利用效率方面来看，如果现有热电厂的供热能力可以满足需求，或者可以建设新的热电厂，那么从整体上来看使用热电厂的供暖方式要更加节能。但是要注意：通过热泵回收核电站运行所产生的低温循环水有如下两点必要：（一）目前已有热电厂运行中产生的循环水中所含有的余热被白白浪费掉；（二）现有热电厂的供热能力不足以满足目前城市发展的需要。通过热泵将核电站运行过程中所产生的低温热能进行技术处理，可以在不增加热电厂现有容量、不增加污染的情况下，有效地提高电厂的供热能力。

2.2热泵系统的适用范围

经过热泵处理后的核电站循环水中含有较大的余热量，但其热能的品味并不高，想要规模化地利用这些热能，需要考虑3个方面的制约：首先是供热所相隔的距离问题。由于核电站的辐射性以及安全性，要求供热目标必须与核电站保持一定的距离。而且由于循环水供、回的水温差较小，因此其输送距离就会受到限制。既不能太远又不能太近，所以在整个项目的实施之前要有严格的考量，既要考虑到安全问题，又要考虑到热能的流失问题。其次接受供热地对于热量的需求。如果能收回整个项目的投资，又想要大规模利用热泵技术产生的循环水余热，需要核电站附近一定距离内有相应的供热需求。从当前城镇供暖的主要需求来看，主要集中在：居民采暖需求，以及一部分特殊的热量需求。

2.3核电站热泵系统设计案例

本文通过查阅大量资料构想设计，距离某核电站一定距离处新建了一座建筑面积20万平方米的住宅小区，通过上文所提到的热泵供热方式，通过循环水的利用，实现热对热的循环，而且在该小区的建筑材料上，采用新型的节能材料，保温墙面以及双层钢窗，最大限度的进行保温。核电站运行产生的循环水一般平温度为9～11℃之间，在热泵的运行温度区间内，因此冬季可以采用水源热泵承担居民供热，利用核电站运行中所产生的低品位热能，达到节能减排、循环利用的要求。

结束语：

通过热泵回收核电站运行所产生的低品位循环水热能，可以有效地减少因为循环水的蒸发所造成的能源浪费和经济损失。而且循环水的蒸发会造成对核电站周边环境的热污染，通过热泵处理的技术手段实现能源的二次利用，不仅从技术上来说是可行的，而且对于温度条件适宜的地区，通过热泵系统循环水产生的热能可以满足居民冬季的取暖需求，而且除了初期的投资以外，其整个运行的费用较低、不仅经济而且安全，适合为核电站及其周边地区供热，整个系统安全而且稳定可靠、舒适性较高，体现了热泵系统经济性、节能性、环保性的优点，在化石燃料日益匮乏的今天，应该在有条件的地区大力推广这一技术。

参考文献：

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[2]郁永章.热泵原理与应用[M].北京：机械工业出版社，1989：1250.

[3]吴建中，李宝林.水源热泵在电厂中的应用分析[J].建筑热能通风空调，2005，24（1）：61263.