核能的多用途產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用時(shí)代正在到來(lái)。在山東省海陽(yáng)市，核電站除了為城市供電供熱，還“投身”于海水淡化，已實(shí)現(xiàn)淡水資源和熱資源的聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供，這為解決我國(guó)北方城市清潔取暖和淡水需求提供了新的方案選擇，也為利用核能應(yīng)對(duì)氣候變化開(kāi)辟了新的路徑。
近日，由國(guó)家電投集團(tuán)山東核電有限公司與清華大學(xué)聯(lián)合建設(shè)的“水熱同產(chǎn)同送”科技示范工程在山東海陽(yáng)投運(yùn)，該技術(shù)通過(guò)抽取海陽(yáng)核電機(jī)組的蒸汽和余熱，驅(qū)動(dòng)水熱同產(chǎn)裝置，將海水直接變成滿足飲用水標(biāo)準(zhǔn)的95攝氏度淡水，首次實(shí)現(xiàn)了源側(cè)的水、熱同步產(chǎn)出與供給。該示范工程供能面積1萬(wàn)平方米，每日可提供飲用水120噸。
什么是“零能耗”制水？
澎湃新聞了解到，海陽(yáng)核電水熱同產(chǎn)同送示范工程利用海陽(yáng)核電機(jī)組的抽汽和余熱驅(qū)動(dòng)水熱同產(chǎn)設(shè)備，通過(guò)多級(jí)閃蒸、多效蒸餾工藝，每小時(shí)生產(chǎn)5噸滿足飲用水標(biāo)準(zhǔn)的高溫高品質(zhì)淡水，再通過(guò)一根管道輸送到用戶側(cè)，并在此進(jìn)行水熱分離，熱量進(jìn)入熱力系統(tǒng)，放熱后的水進(jìn)入供水系統(tǒng)使用。目前，核電專(zhuān)家村已用上該工程產(chǎn)出的熱和淡水。
面對(duì)全球性的淡水危機(jī)，單一的核能海水淡化探索已經(jīng)持續(xù)了幾十年。
自1987年開(kāi)始，國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）便關(guān)注到核能海水淡化技術(shù)的發(fā)展，并組織有關(guān)國(guó)家對(duì)其技術(shù)與經(jīng)濟(jì)可行性進(jìn)行研究。技術(shù)上可行并得到實(shí)踐驗(yàn)證的核能海水淡化技術(shù)主要有兩種：其一是低溫供熱核反應(yīng)堆，這種堆型的主要功能是為城市提供熱源，在此基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步提高能源利用效率，用于海水淡化；另一種，是依托現(xiàn)有核電站作為海水淡化的能量來(lái)源。
國(guó)內(nèi)的遼寧紅沿河核電站、浙江三門(mén)核電站、山東海陽(yáng)核電站、江蘇田灣核電站等均配套有用膜法制水的海水淡化項(xiàng)目，但主要目的是用于解決廠區(qū)生產(chǎn)用水。
目前國(guó)際上海水淡化的主流技術(shù)包括多級(jí)閃蒸（MSF）、多效蒸餾（MED）以及反滲透（RO）。其中，多級(jí)閃蒸、多效蒸餾統(tǒng)稱(chēng)為蒸餾法（熱法）；反滲透又稱(chēng)為膜法，即通過(guò)給海水加壓，使水分子通過(guò)納米膜而鹽份擋在膜外，從而得到淡水。
無(wú)論是哪種海水淡化技術(shù)，都需要消耗大量能源。能源成本在淡化水成本中占了大半。核能海水淡化的優(yōu)勢(shì)在于利用的是既有的能源，可以理解為“完成主業(yè)同時(shí)從事副業(yè)”，不新增碳排放。
近年來(lái)，海陽(yáng)核電是國(guó)內(nèi)開(kāi)展核能綜合利用最為積極的核電基地，其抽汽供熱已連續(xù)兩個(gè)供暖季為當(dāng)?shù)毓帷５呛穗娬境姾蜔嶂獾男隆案碑a(chǎn)品”。
海陽(yáng)核電“水熱同產(chǎn)同送”科技示范工程
山東核電黨委書(shū)記、董事長(zhǎng)吳放對(duì)澎湃新聞介紹稱(chēng)，“水熱同產(chǎn)同送”示范工程屬于世界首創(chuàng)，通過(guò)對(duì)核能進(jìn)行先發(fā)電、后制水、再供暖的三級(jí)利用，首次實(shí)現(xiàn)了在“零碳”供熱的同時(shí)“零能耗”制水。“水熱同產(chǎn)同送與傳統(tǒng)（核能）供熱的耗能相當(dāng)，但可以生產(chǎn)副產(chǎn)品淡水，所以水熱同產(chǎn)裝置可以說(shuō)是‘零能耗’制水。與傳統(tǒng)熱法海水淡化裝置相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單運(yùn)行穩(wěn)定可靠、水泵少電耗低、占地少節(jié)約土地資源。”
據(jù)測(cè)算，一座百萬(wàn)千瓦的核電機(jī)組在完成發(fā)電“主業(yè)”的情況下，采用水熱同產(chǎn)同送技術(shù)供熱供水，一個(gè)供暖季能在為3000萬(wàn)平方米居民供熱的同時(shí)，在不額外增加能耗的情況下，生產(chǎn)高品質(zhì)淡水3000萬(wàn)噸。
緩解北方地區(qū)淡水危機(jī)
人口、耕地和經(jīng)濟(jì)總量分別占全國(guó)的7%、6%、9%左右的山東，水資源總量?jī)H占全國(guó)1%左右，人均水資源占有量不足全國(guó)平均水平1/6，屬極度缺水地區(qū)。這使得山東成為全國(guó)最早開(kāi)展海水綜合利用、最早規(guī)劃海水淡化產(chǎn)業(yè)的省份。
向海取水、海水淡化已被列為山東省解決缺水問(wèn)題的重要手段。
山東核電有限公司提出，“力爭(zhēng)成為膠東半島重要的清潔熱源生產(chǎn)基地和戰(zhàn)略儲(chǔ)備水源基地，為地方供應(yīng)清潔熱源的同時(shí)，提供高品質(zhì)飲用水、工業(yè)用水，減少對(duì)引黃、引長(zhǎng)水的依賴(lài)，間接減輕黃河非生態(tài)用水量。”
水熱同產(chǎn)同送可覆蓋的面積，主要取決于核電廠遠(yuǎn)距離供熱供水的經(jīng)濟(jì)距離。根據(jù)山東核電測(cè)算，目前技術(shù)條件下，100公里熱損失可以做到很小，一些已經(jīng)建成的長(zhǎng)距離輸熱熱損失優(yōu)于設(shè)計(jì)，100公里乃至更長(zhǎng)距離都是可行的。
海陽(yáng)核電基地
中國(guó)工程院院士、清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心主任江億在去年一場(chǎng)水熱聯(lián)供專(zhuān)家研討會(huì)上提出，從連云港到大連沿海地區(qū)的1億千瓦火電和核電，可滿足這一地區(qū)40億平米建筑冬季供熱需求，占我國(guó)北方城鎮(zhèn)未來(lái)供熱建筑總量的四分之一；在供暖期產(chǎn)生的35億噸淡水，還能滿足這一地區(qū)20%的淡水供應(yīng)。
不可忽視的是，除了經(jīng)濟(jì)性因素外，核能水熱同產(chǎn)同送技術(shù)要大面積推廣、獲得廣泛接受，如何確保裝置安全性最為關(guān)鍵。
澎湃新聞2019年到訪海陽(yáng)核電站時(shí)曾了解到，核能供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，核電站與供熱用戶之間設(shè)置了多道回路進(jìn)行隔離，只存在熱量的交換，不涉及介質(zhì)的摻混。“除了用多道隔離以及壓差設(shè)計(jì)來(lái)保障供熱安全外，我們還在出廠前設(shè)置了輻射監(jiān)測(cè)裝置，進(jìn)一步確保安全可靠。”一位該廠工程師對(duì)澎湃新聞解釋稱(chēng)。今年3月底，海陽(yáng)核電抽汽供熱第二個(gè)供暖季收官，去冬今春持續(xù)為該市70萬(wàn)平方米居民用戶供暖137天。
水熱同產(chǎn)同送技術(shù)制出的生活水和直飲水安全性如何保障？吳放回應(yīng)澎湃新聞稱(chēng)，海水淡化海水與熱系統(tǒng)是物理隔離的，僅有熱量交換，沒(méi)有物質(zhì)交換。“熱法淡化海水幾乎能100％清除水中雜質(zhì)，因此水質(zhì)很好。另外，廠內(nèi)及用戶側(cè)都有水質(zhì)監(jiān)測(cè)檢測(cè)，水質(zhì)安全有保障。”
利用淡化技術(shù)從海水中提取淡水后，留下的是濃鹽水。若不經(jīng)處理將濃鹽水直排入海，勢(shì)必會(huì)影響海洋生態(tài)環(huán)境。
對(duì)此，山東核電有限公司向澎湃新聞解釋稱(chēng)，將把濃鹽水排入電廠原有的循環(huán)冷卻海水排放渠，與循環(huán)冷卻海水混合稀釋后排放至大海，對(duì)海洋生態(tài)的影響可控。“單臺(tái)百萬(wàn)千瓦核電機(jī)組循環(huán)冷卻海水量高達(dá)每小時(shí)20萬(wàn)噸以上，而日產(chǎn)能30萬(wàn)噸的海水淡化產(chǎn)生的濃鹽水為每小時(shí)1.25萬(wàn)噸，濃鹽水鹽度為自然海水的2倍，濃鹽水與十余倍水量的循環(huán)海水混合后，其鹽度較自然海水僅有略微升高，對(duì)周邊海洋環(huán)境影響很小。”
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