核能海水淡化

核能海水淡化

摘要：我国被联合国认定为13个最贫水的国家之一，核能海水淡化是应对将来可能出现的全国大范围水危机的重要途径。在竞争性方面，核能海水淡化在环保，缓解交通运输等方面，有很强的竞争能力；在经济性方面，其成本仍比国内水价高出2.8到9.97倍。在环保、缓解交通运输负担等方面，其竞争能力强。

关键词：核能海水淡化竞争性

引言

我国人均水资源占有量仅为世界的109位，被联合国列为世界13个缺水国之一。目前，我国解决缺水问题的途径主要有实施区域性调水、蓄水工程、节水以及污水回用等。这些途径只能解决区域性缺水和季节性缺水问题，而不能从根本上解决资源性缺水问题。另外，投资和成本问题也是要考虑的重要因素。据专家预测，仅南水北调中线工程投资就将达1000亿元。工程实施后，长江水流到北京按现行不变成本计算，综合成本将在5元/立方米以上，甚至更高。有的资料认为，远程调水40公里，其成本将超过海水淡化[1]。

海水淡化仅需要低品质的热源，利用核能生产这种热源比采用化石燃料具有更高的能源利用率。因此，积极发展核能海水淡化，是解决我国部分地区缺水,以及应对将来可能出现的淡水资源危机的重要途径。

1．海水淡化方法

海水淡化是将含盐浓度为35000mg/L的海水淡化至500mg/L以下的工艺过程。目前，工业规模的海水淡化技术分为两类：一类是利用膜技术的耗电工艺，即反渗透法（RO）,消耗的能量主要来自于高压泵所需的电能；另一类是耗热工艺,即利用热能加热海水，通过蒸发——冷凝物理过程生产淡水，包括低温多效蒸馏(LT—MED)和多级闪蒸技术(MSF)[2]。

低温蒸馏的造水装置是将加热管放于海水蒸发器体内，并浸于海水之中，加热蒸汽（称为一次蒸汽）在加热管内流动，将管外海水加热并蒸发，产生的蒸汽（称为二次汽）在冷凝器中冷凝成蒸馏水。蒸发器内的压力为较高的真空。为了提高造水比，可以采用多级蒸发系统。在这种系统中，第一级蒸发器产生二次汽，直接送入下一级蒸发器中作加热蒸汽之用。这样，第一级中的加热水所产生的蒸汽量为各级产生蒸汽量之和，级数越多，产生的蒸汽也越多，因此造水比大大提高。这种造水方式称为低温高效蒸馏。

闪发式造水原理是将海水加热到一定温度后，送到一个压力较低的容器（称为闪发室）内，由于海水温度高于闪发室压力所对应的饱和水温度，一部分海水会在闪法室内因过热而汽化，这一过程称为闪发或闪蒸。

2．核能与海水淡化的耦合方式

核能海水淡化一般有两种方案：一种是―水-电联产‖，核电站在发电的同时与海水淡化装置耦合，生产淡水[3]；另一种是为海水淡化提供热源的核供热堆[4]，此类堆芯不发电，只提供蒸汽，运行压力温度低，安全性能高，投资较小，比高温核反应堆更具有优势。

核电站与海水淡化的耦合方式比较灵活[5]。核电站可以为海水淡化工程提供淡化需要的廉价能源，如蒸汽和电力；另外，海水淡化装置可以使用核电站的海水取水、排水设施及其他公用设施，从而降低海水淡化厂得造价。由于核电站同时提供电能和蒸汽，将蒸馏法与反渗透海水淡化结合起来，将更加降低造水成本[6]。

蒸馏法中的多级闪蒸与低温多效蒸馏都可以与核电站耦合。反渗透法对海水淡化与核电站进行耦合时，需要核电站提供淡化过程所需的电能。由于电厂自用电的价格优势，与使用电网电相比，其造水成本较低。

由于核电站同时能提供电能和蒸汽，将蒸馏法与反渗透海水淡化结合起来可以降低反渗透海水淡化的成本[7]。与核电站相比，低温核供热反应堆不发电，仅提供蒸汽。低温核供热反应堆具有投资少、建设周期短，且机动灵活等特点[8]，

3．核能海水淡化的竞争性

在我国的能源消费结构中，煤和石油的消费占到96.4%。这些化石燃料的燃烧，造成了严重的环境污染，一些城市的大气污染程度已经达到了发达国20世纪五六十年代污染最严重时的程度。与常规能源海水淡化相比，核能海水淡化在环保方面优势明显的体现出来。核能海水淡化中，几乎不排除任何有害气体和粉尘，核能是清洁能源。

从能量转化过程来讲，核能海水淡化是将核能转化为热能，再将该热能转化为海水内能实现海水的淡化，从能量品质角度来看，是从热能转化为热能，在这个过程中，没有能量品质的降低。而常规能源海水淡化是将化石燃料的化学能转化为内能，再去加热海水。这个过程中，化学能变为内能，从热力学角度来讲，能量品质降低。

4．结语

（1）在―水-电联产‖的海水淡化方式中，核电站进行海水淡化的灵活性很高，能高于反渗透法、闪蒸法、低温蒸馏法中的任一淡化方法组合。其中，将蒸馏法与反渗透法相结合能够达到最低的造水成本；在以低温供热堆为热源的海水淡化中，由于没有电能产生，所以反渗透造水方案不能与之耦合。

（2）目前，核能海水淡化在国内经济性上没有竞争实力，但随

着环境问题的加剧，特别是淡水资源的减少、化石燃料的日益消耗、以及工业的发展、人口增加，常规制水工艺水价会有所提高，再加上核能海水淡化技术的改进，可以预见核能海水淡化在经济性上与常规制水工艺差别定能缩小到可接受范围内，甚至比常规工艺更经济，而且利用清洁能源的海水淡化方式势必将成为未来人类获取淡水的一个重要手段；同时，利用核能进行海水淡化为保护环境、缓解交通运输负担、提高化石燃料利用率等方面也会起到重要作用。

参考文献

[1]杨崎.关于利用核能进行海水淡化的建议.中国核工业.2007（4）.13

[2]彭敏俊.船舶核动力装置.北京：原子能出版社，2010.152～156

[3]韩基文.核能海水淡化.锅炉制造.2010年3月第2期.42～45

[4]B.M.Misra.Seawaterdesalinationusingnuclearheat/electricity–Pros pectsandchallenges.Desalination.205(2007).269～278

[5]IbrahimS.Al-Mutaz.CouplingofanucleartohybridRO-MSFplantsde salination.Desalination.157(2003).259～268

[6]马昌文徐文辉.先进核动力反应堆.北京：原子能出版社，2001.163～203