核能海水淡化的應用分析

□劉宏帥 鄭超穎 李 丹 于竹芹

我國的水資源相對短缺，北方城市的用水問題更是日益嚴峻。本文一方面將清潔的核電與海水淡化的規模化生產相結合，以求解決部分缺水地區的用水問題；另一方面在核電站面臨電力消納困難，核電機組面臨電網調峰的背境下，使用核電進行海水淡化，可保證核電機組的利用小時數，避免國有資產閑置，促進相關企業增加效益。

一、海水淡化在我國的應用前景

(一)我國水資源現狀。淡水資源總量在我國并不充足，據了解，2016年我國淡水資源總量為3.25×1012立方米，人均占有量僅為世界人均水平的25%。另外，還存在各地區水資源分布不均、水土資源不匹配以及年內分配不勻的特點，導致旱澇災害頻繁，連續豐水或枯水現象明顯。我國有16個省(區、市)人均水資源量低于嚴重缺水線，寧夏、河北、山東、河南、山西和江蘇6省(區)的人均水資源量低于500立方米，為極度缺水地區。

(二)核電機組面臨電網調峰的壓力。目前，國際能源發展呈現市場寬松化、格局多極化、結構低碳化、系統智能化、競爭復雜化等一系列新特征，國內呈現能源消費增速回落，消費方式進入油氣替代煤炭、非化石能源替代化石能源的雙重更替期，能源發展動力向科技和體制創新轉變，能源系統形態向集中式供能與分布式供能并重的系統形態轉變，能源供需由賣方市場向買方市場轉變，能源結構從高碳轉向低碳綠色化。

核能作為一種清潔、可靠、高效的能源，有潛力在一定程度上規模性替代化石能源，有利于全球能源結構調整、能源安全保障和綠色減排。但是，隨著能源供應從供不應求向總體寬松轉變，用電需求整體放緩，使得電力能源運行矛盾日益突出，全額消納電力已面臨著一系列困難，各類電源運行矛盾也日益突出。在此背景下，核電機組同樣面臨著較大的電網調峰壓力。

(三)海水淡化的前景預測。在電力市場電能存在供大于求的背景下，建在海水資源豐富的沿海核電站通過核能產生的電力進行海水淡化不僅可保證核電機組的穩定功率運行，同時，也可解決我國北部沿海城市或某些南部城市枯水季節存在吃水難的問題。可見，基于沿海商用核電站的水電聯產，不僅可提高水資源的可持續性，在電力消納困難的情況下，還可發揮其獨特優勢，合理利用國有資產創造社會價值，為企業創造新的增長點，同時也避免了國有資產的閑置浪費。

二、核電站海水淡化的技術路線

目前，海水淡化技術主要有多級閃蒸法、低溫多效蒸餾法和反滲透法三種。其中，多極閃蒸法和低溫多效蒸餾法屬于熱法，而反滲透法卻是膜法的主要代表。

(一)多級閃蒸法的工藝特點。多級閃蒸法是經加熱海水進行多級閃蒸的海水淡化技術。其工藝特點主要包括：易于大型化、設備簡單可靠、防垢性能好、操作彈性大以及出水品質好等，但由于多級閃蒸裝置的操作溫度高達約110℃，為防腐蝕，與海水接觸部分的材質必須采用價格昂貴的銅鎳合金、特制不銹鋼及鈦材，因此，設備造價較高。

(二)低溫多效蒸餾法的工藝特點。低溫多效蒸餾法是最高蒸發溫度約70℃的海水淡化技術。相對于多級閃蒸法，低溫多效蒸餾法的工藝特點是：可利用低溫熱源，蒸發器傳熱系數高，熱交換效率高，傳熱面積小，設備占地面積小，動力消耗低，比投資低，使用壽命長以及運行靈活等特點。

(三)反滲透法的工藝特點。反滲透法是一種壓力驅動的海水分離淡化技術，相較于熱法，反滲透法具有能耗低、周期短、投資少、用地面積小的特點。反滲透膜元件是反滲透海水淡化設備的核心部件，隨著反滲透膜材料的不斷研制改進，使反滲透膜元件價格逐年下降，因此，海水反滲透技術也日益受到業界的關注。

(四)核電站海水淡化工藝的選取。由于核電站既可以生產符合海水淡化工藝要求的熱蒸汽又可以發電，因此，從原理上講與上述三種主流海水淡化方法均可以結合，但在考慮實際工藝特點后，如核電站采用熱法進行海水淡化，存在著淡化水被放射性污染的風險。

而反滲透法與核電站結合則不存在淡化水放射性污染問題，采取單套或多套裝置靈活運行，啟停時間可以小于1小時。因此，從飲用水安全和調峰能力兩方面考慮，反滲透法在現有技術狀況下更適合與核電站進行聯合進行海水淡化。

如在核電站周邊或工業園區內同時規劃建設大規模反滲透海水淡化項目，形成水電聯產基地，利用電網低谷時期富余的電能進行海水淡化，將廉價的、不易存儲的電能轉化為短缺的、易存儲的淡水，不僅能保證核電機組長期穩定功率運行，提高核電機組的安全性，同時還可以生產淡水供向缺水地區，以緩解缺水地區的缺水問題。

三、核電站發展海水淡化的成本優勢

公認的海水淡化成本主要由運轉費用、維修費以及確定比例下的年投資回收分攤組成。其中，運轉費用和維修費用主要包括：人員工資、管理費用、燃料動力費用、消耗品費用、年維修費用、借款利息等。對于反滲透法，還包括滲透膜更換費用。

每年投資回收分攤=總投資×年投資償還率

每t淡水的制水成本=(年運轉費+年維修費+年投資回收分攤)/淡水年產量

(一)可高效利用核電能源。將核電機組與海水淡化工藝統籌規劃、綜合建設，可實現核能的高效利用。核電的自產、自用，減少了電能在輸送過程中的消耗，在電能的源頭盡早地實現轉化，將存儲經濟性能較低的電能轉化為存儲經濟性能較高的淡水。同時，可避免占用電網的輸送載荷，減少了在長距離輸送電能過程中的能量損耗，具有綠色、環保、高效的優勢。

(二)淡化水成本具有較大優勢。調查顯示，在北方缺水城市(如：北京、天津、唐山等地)，居民用水價格在3.4～5元，工業用水均在5元以上，海水淡化已具有一定價格優勢。隨著水資源的進一步緊缺及海水淡化技術的進步，核能發電與海水淡化工藝的綜合應用將逐步體現出明顯的盈利性。

據了解，寧德核電站反滲透法海水淡化的制水成本約為4.31元/m3，其中固定資產折舊費0.67元/m3、單位運行成本3.64元/m3。由此可推斷，將商運核電站中的海水淡化系統進行規模化擴大后，反滲透法生產的淡水成本會進一步降低。即便為城市居民提供普通生活用水，該淡化水也存在著一定的盈利空間，如能得到政府的相關政策支持，未來將呈現出較好的市場前景。

四、結語

我國不僅水資源緊缺，而且分布不均，北方地區生產、生活的用水問題日益嚴重，南水北調工程的調水能力有限，通過海水淡化工藝利用豐富的海水資源，可以從根本上解決我國北方京、津、冀、魯、遼等地區的用水問題。因此，在目前電力消納日益嚴峻的情況下，順勢積極發展核能與海水淡化相結合的水電聯產，存在著諸多優勢，可使多方受益。

對國家而言，不僅可以避免國有資產的閑置浪費，而且在我國經濟增長較緩的情況下，還具有拉動經濟增長、擴大就業的積極意義。

對社會而言，發展規模化的海水淡化產業，可有效利用豐富的海水資源，解決我國缺水地區的居民和工業生產的用水困難，從根本上緩解沿海地區淡水短缺的問題。

對企業而言，核電與反滲透海水淡化工藝相結合，建成大型水電聯產基地后，可以根據電網需求靈活調整核電機組的上網電量，即：在用電高峰時段，機組以向電網供電為主；而在用電低谷時段，以生產淡水為主，進而使核電機組在額定功率下穩定運行，保證核安全。同時，通過資源互補，還可以促進企業的收獲增長。