核能海水淡化

摘 要:我國被聯合國認定為13個最貧水的國家之一，核能海水淡化是應對將來可能出現的全國大范圍水危機的重要途徑。在競爭性方面，核能海水淡化在環保，緩解交通運輸等方面，有很強的競爭能力;在經濟性方面，其成本仍比國內水價高出2.8到9.97倍。在環保、緩解交通運輸負擔等方面，其競爭能力強。

關鍵詞:核能海水淡化競爭性

中圖分類號:TL3文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)07(c)-0119-01

我國人均水資源占有量僅為世界的109位，被聯合國列為世界13個缺水國之一。目前，我國解決缺水問題的途徑主要有實施區域性調水、蓄水工程、節水以及污水回用等。這些途徑只能解決區域性缺水和季節性缺水問題，而不能從根本上解決資源性缺水問題。另外，投資和成本問題也是要考慮的重要因素。據專家預測，僅南水北調中線工程投資就將達1000億元。工程實施后，長江水流到北京按現行不變成本計算，綜合成本將在5元/m3以上，甚至更高。有的資料認為，遠程調水40km，其成本將超過海水淡化[1]。

海水淡化僅需要低品質的熱源，利用核能生產這種熱源比采用化石燃料具有更高的能源利用率。因此，積極發展核能海水淡化，是解決我國部分地區缺水，以及應對將來可能出現的淡水資源危機的重要途徑。

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以下的工藝過程。目前，工業規模的海水淡化技術分為兩類:一類是利用膜技術的耗電工藝，即反滲透法(RO)，消耗的能量主要來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，通過蒸發—— 冷凝物理過程生產淡水，包括低溫多效蒸餾(LT—MED)和多級閃蒸技術(MSF)[2]。

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

閃發式造水原理是將海水加熱到一定溫度后，送到一個壓力較低的容器(稱為閃發室)內，由于海水溫度高于閃發室壓力所對應的飽和水溫度，一部分海水會在閃法室內因過熱而汽化，這一過程稱為閃發或閃蒸。

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-電聯產”，核電站在發電的同時與海水淡化裝置耦合，生產淡水[3];另一種是為海水淡化提供熱源的核供熱堆[4]，此類堆芯不發電，只提供蒸汽，運行壓力溫度低，安全性能高，投資較小，比高溫核反應堆更具有優勢。

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、排水設施及其他公用設施，從而降低海水淡化廠得造價。由于核電站同時提供電能和蒸汽，將蒸餾法與反滲透海水淡化結合起來，將更加降低造水成本[6]。

蒸餾法中的多級閃蒸與低溫多效蒸餾都可以與核電站耦合。反滲透法對海水淡化與核電站進行耦合時，需要核電站提供淡化過程所需的電能。由于電廠自用電的價格優勢，與使用電網電相比，其造水成本較低。

由于核電站同時能提供電能和蒸汽，將蒸餾法與反滲透海水淡化結合起來可以降低反滲透海水淡化的成本[7]。與核電站相比，低溫核供熱反應堆不發電，僅提供蒸汽。低溫核供熱反應堆具有投資少、建設周期短，且機動靈活等特點[8]。

3核能海水淡化的競爭性

在我國的能源消費結構中，煤和石油的消費占到96.4%。這些化石燃料的燃燒，造成了嚴重的環境污染，一些城市的大氣污染程度已經達到了發達國20世紀五六十年代污染最嚴重時的程度。與常規能源海水淡化相比，核能海水淡化在環保方面優勢明顯的體現出來。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。

從能量轉化過程來講，核能海水淡化是將核能轉化為熱能，再將該熱能轉化為海水內能實現海水的淡化，從能量品質角度來看，是從熱能轉化為熱能，在這個過程中，沒有能量品質的降低。而常規能源海水淡化是將化石燃料的化學能轉化為內能，再去加熱海水。這個過程中，化學能變為內能，從熱力學角度來講，能量品質降低。

4結語

(1)在“水-電聯產”的海水淡化方式中，核電站進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合能夠達到最低的造水成本;在以低溫供熱堆為熱源的海水淡化中，由于沒有電能產生，所以反滲透造水方案不能與之耦合。

(2)目前，核能海水淡化在國內經濟性上沒有競爭實力，但隨著環境問題的加劇，特別是淡水資源的減少、化石燃料的日益消耗、以及工業的發展、人口增加，常規制水工藝水價會有所提高，再加上核能海水淡化技術的改進，可以預見核能海水淡化在經濟性上與常規制水工藝差別定能縮小到可接受范圍內，甚至比常規工藝更經濟，而且利用清潔能源的海水淡化方式勢必將成為未來人類獲取淡水的一個重要手段;同時，利用核能進行海水淡化為保護環境、緩解交通運輸負擔、提高化石燃料利用率等方面也會起到重要作用。

參考文獻

[1]楊崎.關于利用核能進行海水淡化的建議.中國核工業.2007(4).13.

[2]彭敏俊.船舶核動力裝置.北京:原子能出版社，2010.152～156.

[3]韓基文.核能海水淡化.鍋爐制造.2010年3月第2期.42～45.

[4]B.M.Misra . Seawater desalination using nuclear heat/electricity –Prospects and challenges.Desalination .205(2007).269 ～278.

[5]Ibrahim S.Al-Mutaz .Coupling of a nuclear to hybrid RO-MSF plants desalination.Desalination.157(2003).259～268.

[6]馬昌文，徐文輝.先進核動力反應堆.北京:原子能出版社，2001.163～203.

[7]趙河立，初喜章，阮國嶺.核能在海水淡化中的應用.海洋技術.2002年12月第21卷第4期.17～21.

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