核能是滿足能源供應(yīng)、保證國家安全的重要支柱之一。核能發(fā)電在技術(shù)成熟性、經(jīng)濟(jì)性、可持續(xù)性等方面具有很大的優(yōu)勢，同時(shí)相較于水電、光電、風(fēng)電具有無間歇性、受自然條件約束少等優(yōu)點(diǎn)，是可以大規(guī)模替代化石能源的清潔能源。目前核能主要用于發(fā)電，只有少數(shù)反應(yīng)堆應(yīng)用于核能供熱和海水淡化。隨著技術(shù)的發(fā)展，尤其是第四代核能系統(tǒng)技術(shù)逐漸成熟和應(yīng)用，核能有望超脫出僅僅提供電力的角色。
核能利用國內(nèi)外現(xiàn)狀及優(yōu)勢
核能是滿足能源供應(yīng)、保證國家安全的重要支柱之一。全球發(fā)電總量中，核能發(fā)電比例為 10.4%，截至 2019 年 3 月，全球有 449 座商用核動力反應(yīng)堆在 30 個(gè)國家運(yùn)行，總裝機(jī)容量達(dá) 396 GW，在建核電機(jī)組 55 座，在建核電機(jī)組裝機(jī)容量 57 GW。此外，還有大約 240 座研究堆運(yùn)行在 56 個(gè)國家，180 座動力堆為大約 140 艘艦船、潛艇提供著動力。
核能發(fā)電在技術(shù)成熟性、經(jīng)濟(jì)性、可持續(xù)性等方面具有很大的優(yōu)勢，同時(shí)相較于水電、光電、風(fēng)電，具有無間歇性、受自然條件約束少等優(yōu)點(diǎn)，是可以大規(guī)模替代化石能源的清潔能源。根據(jù)中國核能行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計(jì)，截至 2018 年 12 月31日，我國投入商業(yè)運(yùn)行的核電機(jī)組 44 臺（不含我國臺灣地區(qū)），總裝機(jī)容量 44.6 GW，在建的核電機(jī)組 11 臺，總裝機(jī)容量 11 GW。
2018 年 1—12 月，我國核電機(jī)組累計(jì)發(fā)電量為 2 865.11 億千瓦時(shí)，占總發(fā)電量的 4.22%。核電設(shè)備平均利用小時(shí)數(shù)為 7 499.22 小時(shí)，設(shè)備平均利用率為 85.61%。與燃煤發(fā)電相比，核能發(fā)電相當(dāng)于減少燃燒標(biāo)準(zhǔn)煤 7 646.8 萬噸，減少排放二氧化碳 20 034.6 萬噸，減少排放二氧化硫 65.0 萬噸，減少排放氮氧化物 56.6 萬噸。
在確保安全的基礎(chǔ)上高效發(fā)展核電，是當(dāng)前我國能源建設(shè)的一項(xiàng)重要政策，對保障能源供應(yīng)與安全、保護(hù)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。國家發(fā)展改革委、國家能源局在《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中明確了“十三五”時(shí)期我國能源發(fā)展的路徑和重點(diǎn)任務(wù)，提出努力構(gòu)建清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系。國家發(fā)展改革委、國家能源局《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計(jì)劃（2016—2030 年）》也明確提出我國將繼續(xù)深入實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，完善核能領(lǐng)域科技研發(fā)體系，支持小型模塊化堆、第四代核能系統(tǒng)、核能制氫等領(lǐng)域的科研工作，使核能為建設(shè)“美麗中國”貢獻(xiàn)更多力量。
核能利用的優(yōu)勢
從能源效率的觀點(diǎn)來看，直接使用熱能是更為理想的一種方式，發(fā)電只是核能利用的一種形式。隨著技術(shù)的發(fā)展，尤其是第四代核能系統(tǒng)技術(shù)的逐漸成熟和應(yīng)用，核能有望超脫出僅僅提供電力的角色，通過非電應(yīng)用如核能制氫、高溫工藝熱、核能供暖、海水淡化等各種綜合利用形式，在確保全球能源和水安全的可持續(xù)性發(fā)展方面發(fā)揮巨大的作用。
核能制氫與化石能源制氫相比具有許多優(yōu)勢，除了降低碳排放之外，由于第四代核反應(yīng)堆可以提供更高的輸出溫度，生產(chǎn)氫氣的電能消耗也更少。目前，工業(yè)生產(chǎn)中約 20% 的能源消耗用于工藝熱應(yīng)用，高溫工藝熱在冶金、稠油熱采、煤液化等應(yīng)用市場的開發(fā)將很大程度上影響核能發(fā)展。用核熱取代化石燃料供暖，在保證能源安全、減少碳排放、價(jià)格穩(wěn)定性等方面具有巨大的優(yōu)勢，也是一個(gè)重要的選項(xiàng)。
目前，全球飲用水需求日益增長，而核能用于海水淡化已被證明是滿足該需求的一個(gè)可行選擇，這為缺少淡水的地區(qū)提供了希望。核能海水淡化還可用于核電廠的有效水管理，提供運(yùn)行和維護(hù)所有階段的定期供水。
第四代先進(jìn)核能系統(tǒng)的特點(diǎn)及國際研究現(xiàn)狀
未來核能的發(fā)展趨勢之一是小型模塊化反應(yīng)堆（SMR），其電功率通常為數(shù)十兆瓦到百兆瓦，建設(shè)周期短、布置靈活、適應(yīng)性強(qiáng)、選址成本低。此外，SMR 還可以節(jié)約資金成本，并降低環(huán)境和金融風(fēng)險(xiǎn)。
第四代先進(jìn)核能系統(tǒng)主要包括高溫氣冷堆、鈉冷快堆、熔鹽堆、超臨界水堆和鉛冷快堆，而顛覆傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的小型模塊化第四代核反應(yīng)堆，因其具備固有安全性高、核燃料可循環(huán)、物理防止核擴(kuò)散和更優(yōu)越的經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn)，成為核能研發(fā)和投資的熱點(diǎn)。例如，美國和加拿大近年陸續(xù)成立了十幾家新型核能公司，包括加拿大地球能源（Terrestrial Energy）、美國泰拉能源（TerraPower）等，并已經(jīng)開始與電力公司和國立研究機(jī)構(gòu)合作，推進(jìn)小型模塊化第四代核反應(yīng)堆的示范應(yīng)用。
第四代核能系統(tǒng)主要特征是經(jīng)濟(jì)性高、安全性好、廢物產(chǎn)生量小，并能防止核擴(kuò)散。而核能制氫、高溫工藝熱利用、核能供暖、海水淡化等非電應(yīng)用則是第四代核能系統(tǒng)的主要應(yīng)用目標(biāo)。
作為下一代先進(jìn)核能系統(tǒng)，針對第四代核能技術(shù)的發(fā)展，第一屆“第四代核能系統(tǒng)國際論壇（Generation IV International Forum，GIF）”于 2002 年提出了第四代核電的 6 種堆型和研究開發(fā)路線圖。2012 年 11 月在圣地亞哥、2015 年 5 月在日本分別舉辦了第二、三屆研討會。第四屆 GIF 研討會于 2018 年 10 月16—17 日在法國巴黎舉行，議題包括第四代核能系統(tǒng)發(fā)展的驅(qū)動因素、第四代核能系統(tǒng)演示和部署的創(chuàng)新和研發(fā)支持、從研究到項(xiàng)目示范、從示范到市場化 4 個(gè)方面。GIF 也與國際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）保持著長期的合作關(guān)系。第 11 屆 GIF-IAEA 創(chuàng)新型反應(yīng)堆項(xiàng)目（INPRO）對接會議于 2017 年 2 月在奧地利維也納舉行，議題涵蓋了核能經(jīng)濟(jì)、安全、物理保護(hù)、防止擴(kuò)散評估方法、通用先進(jìn)反應(yīng)堆技術(shù)信息交換等方面的合作，預(yù)計(jì)未來將擴(kuò)展到其他領(lǐng)域，如先進(jìn)反應(yīng)堆的特殊安全要求，先進(jìn)反應(yīng)堆的未來市場條件/要求（如與可再生能源的整合）等。
釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)
釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)（TMSR）是第四代先進(jìn)核能系統(tǒng) 6 個(gè)候選之一，包括釷基核燃料、熔鹽堆、核能綜合利用 3 個(gè)子系統(tǒng)。釷基核燃料儲量豐富、防擴(kuò)散性能好、產(chǎn)生核廢料更少，是解決長期能源供應(yīng)的一種技術(shù)方案。
熔鹽堆分為液態(tài)燃料熔鹽堆（MSR-LF）和固態(tài)燃料熔鹽堆（MSR-SF），后者也被稱為氟鹽冷卻高溫堆（FHR）。熔鹽堆使用高溫熔鹽作為冷卻劑，具有高溫、低壓、高化學(xué)穩(wěn)定性、高熱容等熱物特性，并且無須使用沉重而昂貴的壓力容器，適合建成緊湊、輕量化和低成本的小型模塊化反應(yīng)堆；熔鹽堆采用無水冷卻技術(shù)，只需少量的水即可運(yùn)行，可用于干旱地區(qū)實(shí)現(xiàn)高效發(fā)電。熔鹽堆輸出的 700℃ 以上高溫核熱可用于高效發(fā)電，同時(shí)由于其使用高化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定的無機(jī)熔鹽作為傳蓄熱介質(zhì)，非常適合長距離的熱能傳輸，從而大幅度降低對于核能綜合利用的安全性顧慮，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的核能制氫，同時(shí)為合成氨等重要化工領(lǐng)域提供高品質(zhì)的工藝熱，進(jìn)而有效緩解碳排放和環(huán)境污染問題。
保證反應(yīng)堆的安全可靠運(yùn)行是核能發(fā)展中最重要的先行目標(biāo)。作為第四代核能系統(tǒng)，熔鹽堆具有很高的固有安全性，堆內(nèi)工作環(huán)境為近常壓，極大地降低了主容器、堆內(nèi)構(gòu)件及安全殼等的承壓需求，一些在水堆內(nèi)發(fā)生的事故將可以得到避免，如大破口及雙端斷裂事故、管道破口導(dǎo)致的冷卻劑閃蒸噴發(fā)現(xiàn)象等。熔鹽的沸點(diǎn)高至 1 400℃ 左右，而堆內(nèi)運(yùn)行溫度在 700℃，安全閾值很高：當(dāng)溫度超過設(shè)定值時(shí)，反應(yīng)堆底部的冷凍塞會因過高溫自動熔化，摻混了核燃料的熔鹽流入應(yīng)急儲存罐與中子反應(yīng)區(qū)分離，核反應(yīng)隨即終止。熔鹽可作為反應(yīng)堆的一層安全屏障，溶解滯留大部分裂變產(chǎn)物，特別是氣態(tài)裂變產(chǎn)物（如 Cs-137、I-131 等）；熔鹽化學(xué)穩(wěn)定性高，不與其他物質(zhì)作用，防止了新的衍生事故發(fā)生，可在很大程度上降低事故后的環(huán)境影響。熔鹽堆可以在線后處理，是能夠高效利用釷的唯一堆型。熔鹽堆可靈活地進(jìn)行多種燃料循環(huán)方式，如一次利用、廢物處理、燃料生產(chǎn)等，不需要特別處理而直接利用鈾、釷和钚等所有核燃料，也可利用其他反應(yīng)堆的乏燃料。
核能利用研究現(xiàn)狀
對于高運(yùn)行溫度的第四代先進(jìn)核能系統(tǒng)，現(xiàn)階段較為成熟的熱功轉(zhuǎn)換系統(tǒng)主要包括蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)（基于朗肯循環(huán)）以及閉式循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)（基于閉式布雷頓循環(huán)）。相比較傳統(tǒng)蒸汽循環(huán)，高溫條件下的熱循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，能夠更充分地利用 700℃ 以上核能系統(tǒng)的高品質(zhì)熱量，實(shí)現(xiàn)高效發(fā)電。蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展已有百年以上，成熟度最高，但其系統(tǒng)較為龐大和復(fù)雜，在運(yùn)行維護(hù)過程中需要不斷補(bǔ)充循環(huán)水，因此在水資源匱乏的地區(qū)不宜采用。
目前，火力發(fā)電常用的蒸汽輪機(jī)功率等級均在 300 MW 以上，多采用超臨界及超超臨界機(jī)組，溫度范圍 538℃—610℃，壓力范圍 24—32 Mpa，效率約41%—44%。700℃ 超臨界是蒸汽輪機(jī)現(xiàn)階段發(fā)展的瓶頸，因耐高溫高壓材料問題很難在短時(shí)間內(nèi)突破且成本昂貴。
閉式循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)特別適用于中高溫?zé)嵩矗M(jìn)而獲得較高的熱功轉(zhuǎn)換效率，具有熱源靈活、工質(zhì)多樣性的技術(shù)優(yōu)勢。相比蒸汽輪機(jī)，閉式循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)功率密度大，因而尺寸小、投資少；并且由于可以少用水，在選址上具有很大靈活性。20 世紀(jì)中期，以空氣為工質(zhì)的閉式循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)曾廣泛應(yīng)用于發(fā)電領(lǐng)域，技術(shù)成熟度較高。后隨著高溫核能概念的興起，氦氣輪機(jī)獲得了極大的重視，并完成了非核領(lǐng)域的工業(yè)示范。
針對出口溫度為 700℃ 以上的第四代先進(jìn)核能系統(tǒng)，常用工質(zhì)閉式布雷頓循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)性能比較如下：氣體工質(zhì)（氦氣、氮?dú)狻⒖諝饣蚧旌瞎べ|(zhì)）閉式循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)熱效率可接近 40%，超臨界二氧化碳工質(zhì)效率可接近 50%。但從技術(shù)成熟度來看，超臨界二氧化碳輪機(jī)目前還處于中試階段，缺乏工業(yè)示范驗(yàn)證，而且其高溫材料問題也是技術(shù)難點(diǎn)。
核能制氫
第四代核能反應(yīng)堆制氫方面的研究，其核心都是基于高溫堆的工藝熱。從核反應(yīng)堆的角度來看，熔鹽堆、超高溫氣冷堆等出口溫度都超過 700℃，所提供的工藝熱都可以滿足高溫制氫過程，其系統(tǒng)效率和反應(yīng)堆能提供的熱能溫度有很大的相關(guān)性。目前核能制氫主要有兩種途徑：熱化學(xué)循環(huán)制氫和高溫電解制氫。
熱化學(xué)循環(huán)制氫
熱化學(xué)循環(huán)制氫是通過水蒸氣熱裂解的高溫?zé)峄瘜W(xué)循環(huán)過程來制備氫氣。這一過程中主要利用反應(yīng)堆提供的高溫?zé)幔谏习贄l熱化學(xué)循環(huán)路線中，主要有 I-S 循環(huán)、Cu-Cl 循環(huán)、Ca-Br 循環(huán)、U-C 循環(huán)等可以與四代堆相匹配的技術(shù)路線。 I-S 循環(huán)制氫效率受溫度影響較大，在 900℃ 以上效率可超 50%，但隨著溫度降到 800℃ 以下，效率急劇下降。同時(shí)也需指出的是，熱化學(xué)循環(huán)是一個(gè)典型的化工過程，其工藝的規(guī)模化放大還存在一定風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，高溫下的強(qiáng)腐蝕性對材料和設(shè)備也提出了較高的要求，生產(chǎn)廠房的占地面積也較大。因此，熱化學(xué)循環(huán)制氫技術(shù)主要挑戰(zhàn)在于優(yōu)化技術(shù)路線、提高整個(gè)過程的效率、解決反應(yīng)器腐蝕等問題。
目前日本原子能機(jī)構(gòu)完成 I-S 循環(huán)制氫中試，制氫速率達(dá)到 150 L/h；清華大學(xué)建立了實(shí)驗(yàn)室規(guī)模 I-S 循環(huán)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（60 L/h），并已實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的長期運(yùn)行。
高溫電解制氫
高溫電解水蒸氣制氫氣（HTSE）以固體氧化物電解池（SOEC）為核心反應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)水蒸氣高效分解制備氫氣。由于高溫電解制氫技術(shù)具有高效、清潔、過程簡單等優(yōu)點(diǎn)，近年來受到國內(nèi)外研究者及企業(yè)的重視，已經(jīng)成為與核能、風(fēng)能、太陽能等清潔能源聯(lián)用來制氫的重要技術(shù)。
因高溫電解制氫技術(shù)可與核能或可再生能源結(jié)合，用于清潔燃料的制備和二氧化碳的轉(zhuǎn)化，在新能源領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。此外，由于可再生能源（如風(fēng)能、太陽能、水能等）有很大的波動性，并且受地域的限制，在傳輸上遇到很大困擾，而利用高溫電解制氫技術(shù)為可再生能源的能源轉(zhuǎn)化和儲存提供了重要途徑，是未來新型能源網(wǎng)絡(luò)中不可或缺的重要組成。
高溫電解制氫技術(shù)主要包括電解質(zhì)與電極材料、電解池、電解堆和系統(tǒng) 4 個(gè)層面。目前高溫電解制氫技術(shù)面臨的主要挑戰(zhàn)包括電解池長期運(yùn)行過程中的性能衰減問題、電解池的高溫連接密封問題、輔助系統(tǒng)優(yōu)化問題、大規(guī)模制氫系統(tǒng)集成問題。SOEC 是 HTSE 技術(shù)中的核心反應(yīng)器。電解池（堆）中的電極/電解質(zhì)材料在運(yùn)行中存在著諸多分層、極化、中毒等問題，是導(dǎo)致系統(tǒng)衰減的重要原因。因此，需要針對 SOEC 工藝的特性，重點(diǎn)攻關(guān)電解池材料在高溫和高濕環(huán)境下的長期穩(wěn)定性問題；同時(shí)提升 SOEC 單電池生產(chǎn)裝備的集成化和自動化水平，提高單電池良品率和一致性。大力發(fā)展千瓦級SOEC 制氫模塊的低成本和輕量化設(shè)計(jì)，提高規(guī)模化集成技術(shù)水平，開發(fā)電解池堆的分級集成技術(shù)。解決了這些問題，就可以使其在經(jīng)濟(jì)上具備一定的競爭力，從而更快進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域。
目前，美國、德國、丹麥、韓國、日本和中國等國家都在積極開展相關(guān)方面的研究工作。德國 Sunfire 公司和美國波音公司合作，建成了國際規(guī)模最大的 150 kW 高溫電解制氫示范裝置，其制氫速率達(dá)到 40 Nm3/h。中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所在 2015 年研制 5 kW 高溫電解制氫系統(tǒng)基礎(chǔ)上，以及中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)的支持下，于 2018 年開展了 20 kW 高溫電解制氫中試裝置的研制，并計(jì)劃于 2021 年建成國際首個(gè)基于熔鹽堆的核能制氫驗(yàn)證裝置，設(shè)計(jì)制氫速率達(dá)到 50 Nm3/h。
海水淡化
淡水和能源資源對于人類社會生存和發(fā)展至關(guān)重要，是不可或缺的必須條件。海水淡化是獲取淡水資源的一種重要途徑，規(guī)模化的海水淡化需要大量的能量消耗。因此未來從環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展等角度考慮，基于核能的海水淡化技術(shù)將占有越來越重要的位置。
海水淡化技術(shù)是利用蒸發(fā)、膜分離等手段，將海水中的鹽分分離出來，獲得含鹽量低的淡水技術(shù)。其中反滲透法（RO）、多效蒸餾法（MED）、熱壓縮多效蒸餾法（MED—VC）和多級閃蒸法（MSF）是經(jīng)過多年實(shí)踐后認(rèn)為適用于大規(guī)模海水淡化的成熟技術(shù)。上述幾種海水淡化技術(shù)都是利用熱能或者電能來驅(qū)動，因此在技術(shù)上都可以實(shí)現(xiàn)并適用于與核反應(yīng)堆耦合。在核反應(yīng)堆和海水淡化工廠的耦合過程中，需要重點(diǎn)考慮以下 3 個(gè)問題：
如何避免淡化后的水被放射性元素影響
如何避免海水淡化系統(tǒng)給核反應(yīng)堆帶來額外的影響
如何將兩者的規(guī)模更合理的匹配起來
過去十幾年來，許多國家對核能海水淡化的技術(shù)給予越來越多的關(guān)注，IAEA 也在推進(jìn)核能海水淡化的過程中起到了重要的組織和協(xié)調(diào)作用。包括中國在內(nèi)的許多成員國參加了由 IAEA 組織的國際合作研究計(jì)劃，提出了各自不同的高安全性核反應(yīng)堆方案以應(yīng)用于海水淡化系統(tǒng)。
目前，我國已建和在建的海水淡化系統(tǒng)累計(jì)海水淡化能力約為 600 000 噸/天，成本大約為 4—5 元/噸。海水淡化技術(shù)正在逐漸走向成熟，隨著成本的不斷降低，其經(jīng)濟(jì)性也在不斷提升。國內(nèi)核電站大多建于沿海地區(qū)，為推動基于核能海水淡化建設(shè)提供了更多便利。其中，紅沿河核電站、寧德核電站、三門核電站、海陽核電站、徐大堡核電站、田灣核電站，以及未來的山東榮成示范核電站均采用海水淡化技術(shù)為廠區(qū)提供可用淡水。在海水淡化的主流技術(shù)中，反滲透法具有顯著的節(jié)能性，在我國被廣泛推廣和使用。
核能供熱
我國 60% 以上的地區(qū)、50% 以上的人口需要冬季供熱。目前的供熱方式主要為集中供熱和分布式供熱；其中，集中供熱主要來自于燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)或者燃煤鍋爐，每年需要消耗 5 億噸煤炭。為了緩解用煤導(dǎo)致的嚴(yán)重環(huán)境污染和霧霾天氣，我國部分地區(qū)率先開始“煤改氣”“煤改電”的工程，但這也導(dǎo)致了天然氣資源稀缺、電網(wǎng)負(fù)擔(dān)加重等困難。
核能作為清潔能源，在未來會成為重要的供熱資源。核能供熱的一大優(yōu)勢就是低碳、清潔、規(guī)模化。以一座 400 MW 的供熱堆為例，每年可替代 32 萬噸燃煤或 1.6 億立方米燃?xì)猓c燃煤供熱相比，可減少排放二氧化碳 64 萬噸、二氧化硫 5 000 噸、氮氧化物 1 600 噸、煙塵顆粒物 5 000 噸。
目前核能供熱主要有兩種方式：低溫核供熱和核熱電聯(lián)產(chǎn)。20 世紀(jì) 80 年代，瑞典的核動力反應(yīng)堆 Agesta 已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了連續(xù)供熱，是世界上第一個(gè)民用核能供熱核電站的示范。此后，俄羅斯、保加利亞、瑞士等國也開始研發(fā)、建造核能供熱系統(tǒng)。我國于 20 世紀(jì) 80 年代也開始了核能供熱反應(yīng)堆的研發(fā)；1983 年，清華大學(xué)在池式研究堆上實(shí)現(xiàn)我國首次核能低溫供熱實(shí)驗(yàn)。
經(jīng)過多年的研究和發(fā)展，在低溫核供熱技術(shù)層面已經(jīng)逐漸形成了池式供熱堆和殼式供熱堆兩種主流類型。池式供熱堆以游泳池實(shí)驗(yàn)堆為原型，殼式供熱堆由目前主流壓水堆核電站技術(shù)演進(jìn)而來。核熱電聯(lián)產(chǎn)的最大優(yōu)勢是節(jié)能，實(shí)現(xiàn)了能源資源的優(yōu)化配置，熱電聯(lián)產(chǎn)的綜合能源利用率可以達(dá)到 80%，具有較高的綜合能源利用率；其缺點(diǎn)是熱電不能同時(shí)兼顧，因此需要同核供熱協(xié)同形成優(yōu)勢互補(bǔ)。
近年，核能供熱產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)獲得極大的關(guān)注。2017 年，由國家發(fā)改委、國家能源局、環(huán)保部等十部門共同制定的《北方地區(qū)冬季清潔取暖規(guī)劃（2017—2021 年）》就明確提出，研究探索核能供熱，推動現(xiàn)役核電機(jī)組向周邊供熱，安全發(fā)展供暖示范。中核集團(tuán)推出了“燕龍”泳池式低溫供熱堆，中廣核集團(tuán)和清華大學(xué)推出了殼式低溫供熱堆，國家電投提出了微壓供熱堆，上述核能供熱試點(diǎn)目前已經(jīng)在黑龍江、吉林、遼寧、河北、山東、寧夏、青海等多個(gè)省區(qū)開展了相關(guān)廠址普選和產(chǎn)業(yè)推廣工作。
核能供熱戰(zhàn)略布局可以有效解決我國北方多地的缺熱情況。另外，引入大溫差長途輸熱技術(shù)后，我國核能供熱將不再受困于遠(yuǎn)距離輸熱的限制，核反應(yīng)堆因此可以安置在核安全距離以外，并為城市提供安全、穩(wěn)定的熱能。
核能高溫工藝熱利用
合成氨、煤氣化和甲烷蒸氣重整等化工過程都需要 700℃ 以上的高溫?zé)幔@些傳統(tǒng)化工行業(yè)的能耗巨大，而對于合成氨、煤液化以及石油裂解產(chǎn)物（如乙烯）的需求正在逐漸增長。面對越來越嚴(yán)苛的碳排放要求以及傳統(tǒng)能源資源的日益匱乏，探索新的工業(yè)能源供給和耦合十分重要。如果能夠直接利用反應(yīng)堆產(chǎn)生的高溫?zé)幔梢詫?shí)現(xiàn)節(jié)能 30% 左右，在降低能源消耗總量的同時(shí)，提高了核能的經(jīng)濟(jì)性。
以熔鹽堆為代表的第四代核反應(yīng)堆，其出口溫度可以達(dá)到 700℃ 以上。未來可使用反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱可直接作為工業(yè)生產(chǎn)過程的熱源，用于天然氣的蒸汽重整、煤的氣化和液化、合成氨、乙烯生產(chǎn)等高耗能領(lǐng)域，而節(jié)約下來的化石燃料可以用作化工原料。
高溫工藝熱利用面臨的一個(gè)重要挑戰(zhàn)是安全防護(hù)及管理和許可問題，需要消除管理者和公眾對于核能和化工耦合利用的擔(dān)憂；同時(shí)，對于不同類型的工藝熱利用，需要執(zhí)行新的管理規(guī)定，申請新的許可。
展望
2019年5月在日本召開的第27屆國際核工程大會（ICONE27）核能-可再生能源復(fù)合能源系統(tǒng)分會上，與會科學(xué)家提出基于先進(jìn)核能系統(tǒng)，結(jié)合核能綜合利用技術(shù)，打通核能和可再生能源的壁壘，構(gòu)建面向未來的多能融合新能源體系。
面對未來的能源低碳化需求，核能和可再生能源是實(shí)現(xiàn)零碳排放的重要途徑。可再生能源具有資源豐富、清潔、可再生等優(yōu)點(diǎn)，但是可再生能源的波動性或間歇性導(dǎo)致其與目前的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施缺乏良好的兼容性，大規(guī)模使用時(shí)，需要提供穩(wěn)定的基荷能源調(diào)控電力輸出。核能由于其可持續(xù)、高效、可靠，是唯一能夠提供可調(diào)度基荷電力的清潔能源。因而構(gòu)建核能-可再生能源融合的復(fù)合能源系統(tǒng)（HES）是實(shí)現(xiàn)能源低碳清潔高效利用的重要解決方案。
對于第四代核能系統(tǒng)，可以通過熔鹽傳蓄熱和高溫制氫技術(shù)，將核能和可再生能源的優(yōu)勢充分發(fā)揮，協(xié)同利用。因此，需要從經(jīng)濟(jì)和能源安全的角度來評估各種清潔能源在全國乃至全球能源體系中的份額，制定合理的技術(shù)路線，開展多能融合的核能-可再生能源復(fù)合能源系統(tǒng)示范，并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。解決并克服這兩種技術(shù)耦合使用時(shí)的問題，對于經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展進(jìn)步具有重要意義，也是目前核能綜合利用發(fā)展的重要趨勢。
當(dāng)前，以華龍一號、AP1000、EPR 等為代表的第三代核能系統(tǒng)已經(jīng)開始大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用，可滿足當(dāng)前和今后一段時(shí)期核電發(fā)展的基本需要。建議加快以熔鹽堆為代表的第四代核能系統(tǒng)及相關(guān)的核能制氫、高溫?zé)崂玫染C合利用技術(shù)研發(fā)，充分調(diào)動國內(nèi)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)的優(yōu)勢力量，加大政策支持和投入保障力度，將相關(guān)任務(wù)列入國家科技重大專項(xiàng)，落實(shí)并建設(shè)核能制氫、核能供熱等綜合利用示范項(xiàng)目的建設(shè)。