核电站中约65%的热量会白白排入大海,为何不用来给南方供暖?

能源材料 2022-04-20

  出品:科普中国

  制作:寒木钓萌

  监制:中国科学院计算机网络信息中心

核电站中约65%的热量会白白排入大海,为何不用来给南方供暖?

  冷却塔,图片来自daily post.ng

  其实,不光核电站,传统火电站也基本如此。先来解答另一个问题,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这么低?

  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,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功,咱们拿农村的炒爆米花机来举例子。

核电站中约65%的热量会白白排入大海,为何不用来给南方供暖?

  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,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,也就是功。

  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,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。比如位于福建省福清市的福清核电站,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,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,看到核电和火电中有大约55%至65%的热都会排入空气和大海中,他们内心是惊讶的。

核电站中约65%的热量会白白排入大海,为何不用来给南方供暖?

  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。

  热电联产电站,希望南方也有,假如可以有的话。

核电站中约65%的热量会白白排入大海,为何不用来给南方供暖?

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