核能海水淡化

摘 要:我國(guó)被聯(lián)合國(guó)認(rèn)定為13個(gè)最貧水的國(guó)家之一，核能海水淡化是應(yīng)對(duì)將來(lái)可能出現(xiàn)的全國(guó)大范圍水危機(jī)的重要途徑。在競(jìng)爭(zhēng)性方面，核能海水淡化在環(huán)保，緩解交通運(yùn)輸?shù)确矫妫泻軓?qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)能力;在經(jīng)濟(jì)性方面，其成本仍比國(guó)內(nèi)水價(jià)高出2.8到9.97倍。在環(huán)保、緩解交通運(yùn)輸負(fù)擔(dān)等方面，其競(jìng)爭(zhēng)能力強(qiáng)。

關(guān)鍵詞:核能海水淡化競(jìng)爭(zhēng)性

中圖分類號(hào):TL3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)07(c)-0119-01

我國(guó)人均水資源占有量?jī)H為世界的109位，被聯(lián)合國(guó)列為世界13個(gè)缺水國(guó)之一。目前，我國(guó)解決缺水問(wèn)題的途徑主要有實(shí)施區(qū)域性調(diào)水、蓄水工程、節(jié)水以及污水回用等。這些途徑只能解決區(qū)域性缺水和季節(jié)性缺水問(wèn)題，而不能從根本上解決資源性缺水問(wèn)題。另外，投資和成本問(wèn)題也是要考慮的重要因素。據(jù)專家預(yù)測(cè)，僅南水北調(diào)中線工程投資就將達(dá)1000億元。工程實(shí)施后，長(zhǎng)江水流到北京按現(xiàn)行不變成本計(jì)算，綜合成本將在5元/m3以上，甚至更高。有的資料認(rèn)為，遠(yuǎn)程調(diào)水40km，其成本將超過(guò)海水淡化[1]。

海水淡化僅需要低品質(zhì)的熱源，利用核能生產(chǎn)這種熱源比采用化石燃料具有更高的能源利用率。因此，積極發(fā)展核能海水淡化，是解決我國(guó)部分地區(qū)缺水，以及應(yīng)對(duì)將來(lái)可能出現(xiàn)的淡水資源危機(jī)的重要途徑。

1海水淡化方法

海水淡化是將含鹽濃度為35000mg/L的海水淡化至500mg/L以下的工藝過(guò)程。目前，工業(yè)規(guī)模的海水淡化技術(shù)分為兩類:一類是利用膜技術(shù)的耗電工藝，即反滲透法(RO)，消耗的能量主要來(lái)自于高壓泵所需的電能;另一類是耗熱工藝，即利用熱能加熱海水，通過(guò)蒸發(fā)—— 冷凝物理過(guò)程生產(chǎn)淡水，包括低溫多效蒸餾(LT—MED)和多級(jí)閃蒸技術(shù)(MSF)[2]。

低溫蒸餾的造水裝置是將加熱管放于海水蒸發(fā)器體內(nèi)，并浸于海水之中，加熱蒸汽(稱為一次蒸汽)在加熱管內(nèi)流動(dòng)，將管外海水加熱并蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸汽(稱為二次汽)在冷凝器中冷凝成蒸餾水。蒸發(fā)器內(nèi)的壓力為較高的真空。為了提高造水比，可以采用多級(jí)蒸發(fā)系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，第一級(jí)蒸發(fā)器產(chǎn)生二次汽，直接送入下一級(jí)蒸發(fā)器中作加熱蒸汽之用。這樣，第一級(jí)中的加熱水所產(chǎn)生的蒸汽量為各級(jí)產(chǎn)生蒸汽量之和，級(jí)數(shù)越多，產(chǎn)生的蒸汽也越多，因此造水比大大提高。這種造水方式稱為低溫高效蒸餾。

閃發(fā)式造水原理是將海水加熱到一定溫度后，送到一個(gè)壓力較低的容器(稱為閃發(fā)室)內(nèi)，由于海水溫度高于閃發(fā)室壓力所對(duì)應(yīng)的飽和水溫度，一部分海水會(huì)在閃法室內(nèi)因過(guò)熱而汽化，這一過(guò)程稱為閃發(fā)或閃蒸。

2核能與海水淡化的耦合方式

核能海水淡化一般有兩種方案:一種是“水-電聯(lián)產(chǎn)”，核電站在發(fā)電的同時(shí)與海水淡化裝置耦合，生產(chǎn)淡水[3];另一種是為海水淡化提供熱源的核供熱堆[4]，此類堆芯不發(fā)電，只提供蒸汽，運(yùn)行壓力溫度低，安全性能高，投資較小，比高溫核反應(yīng)堆更具有優(yōu)勢(shì)。

核電站與海水淡化的耦合方式比較靈活[5]。核電站可以為海水淡化工程提供淡化需要的廉價(jià)能源，如蒸汽和電力;另外，海水淡化裝置可以使用核電站的海水取水、排水設(shè)施及其他公用設(shè)施，從而降低海水淡化廠得造價(jià)。由于核電站同時(shí)提供電能和蒸汽，將蒸餾法與反滲透海水淡化結(jié)合起來(lái)，將更加降低造水成本[6]。

蒸餾法中的多級(jí)閃蒸與低溫多效蒸餾都可以與核電站耦合。反滲透法對(duì)海水淡化與核電站進(jìn)行耦合時(shí)，需要核電站提供淡化過(guò)程所需的電能。由于電廠自用電的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，與使用電網(wǎng)電相比，其造水成本較低。

由于核電站同時(shí)能提供電能和蒸汽，將蒸餾法與反滲透海水淡化結(jié)合起來(lái)可以降低反滲透海水淡化的成本[7]。與核電站相比，低溫核供熱反應(yīng)堆不發(fā)電，僅提供蒸汽。低溫核供熱反應(yīng)堆具有投資少、建設(shè)周期短，且機(jī)動(dòng)靈活等特點(diǎn)[8]。

3核能海水淡化的競(jìng)爭(zhēng)性

在我國(guó)的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，煤和石油的消費(fèi)占到96.4%。這些化石燃料的燃燒，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，一些城市的大氣污染程度已經(jīng)達(dá)到了發(fā)達(dá)國(guó)20世紀(jì)五六十年代污染最嚴(yán)重時(shí)的程度。與常規(guī)能源海水淡化相比，核能海水淡化在環(huán)保方面優(yōu)勢(shì)明顯的體現(xiàn)出來(lái)。核能海水淡化中，幾乎不排除任何有害氣體和粉塵，核能是清潔能源。

從能量轉(zhuǎn)化過(guò)程來(lái)講，核能海水淡化是將核能轉(zhuǎn)化為熱能，再將該熱能轉(zhuǎn)化為海水內(nèi)能實(shí)現(xiàn)海水的淡化，從能量品質(zhì)角度來(lái)看，是從熱能轉(zhuǎn)化為熱能，在這個(gè)過(guò)程中，沒(méi)有能量品質(zhì)的降低。而常規(guī)能源海水淡化是將化石燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，再去加熱海水。這個(gè)過(guò)程中，化學(xué)能變?yōu)閮?nèi)能，從熱力學(xué)角度來(lái)講，能量品質(zhì)降低。

4結(jié)語(yǔ)

(1)在“水-電聯(lián)產(chǎn)”的海水淡化方式中，核電站進(jìn)行海水淡化的靈活性很高，能高于反滲透法、閃蒸法、低溫蒸餾法中的任一淡化方法組合。其中，將蒸餾法與反滲透法相結(jié)合能夠達(dá)到最低的造水成本;在以低溫供熱堆為熱源的海水淡化中，由于沒(méi)有電能產(chǎn)生，所以反滲透造水方案不能與之耦合。

(2)目前，核能海水淡化在國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)性上沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，但隨著環(huán)境問(wèn)題的加劇，特別是淡水資源的減少、化石燃料的日益消耗、以及工業(yè)的發(fā)展、人口增加，常規(guī)制水工藝水價(jià)會(huì)有所提高，再加上核能海水淡化技術(shù)的改進(jìn)，可以預(yù)見(jiàn)核能海水淡化在經(jīng)濟(jì)性上與常規(guī)制水工藝差別定能縮小到可接受范圍內(nèi)，甚至比常規(guī)工藝更經(jīng)濟(jì)，而且利用清潔能源的海水淡化方式勢(shì)必將成為未來(lái)人類獲取淡水的一個(gè)重要手段;同時(shí)，利用核能進(jìn)行海水淡化為保護(hù)環(huán)境、緩解交通運(yùn)輸負(fù)擔(dān)、提高化石燃料利用率等方面也會(huì)起到重要作用。

參考文獻(xiàn)

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[8]王喜鵬，傅學(xué)起.核能反滲透海水淡化緩解華北水資源危機(jī)的作用分析.資源科學(xué).2004年11月26卷第6期.47～54.