□劉宏帥 鄭超穎 李 丹 于竹芹

我國(guó)的水資源相對(duì)短缺，北方城市的用水問(wèn)題更是日益嚴(yán)峻。本文一方面將清潔的核電與海水淡化的規(guī)模化生產(chǎn)相結(jié)合，以求解決部分缺水地區(qū)的用水問(wèn)題；另一方面在核電站面臨電力消納困難，核電機(jī)組面臨電網(wǎng)調(diào)峰的背境下，使用核電進(jìn)行海水淡化，可保證核電機(jī)組的利用小時(shí)數(shù)，避免國(guó)有資產(chǎn)閑置，促進(jìn)相關(guān)企業(yè)增加效益。

一、海水淡化在我國(guó)的應(yīng)用前景

(一)我國(guó)水資源現(xiàn)狀。淡水資源總量在我國(guó)并不充足，據(jù)了解，2016年我國(guó)淡水資源總量為3.25×1012立方米，人均占有量?jī)H為世界人均水平的25%。另外，還存在各地區(qū)水資源分布不均、水土資源不匹配以及年內(nèi)分配不勻的特點(diǎn)，導(dǎo)致旱澇災(zāi)害頻繁，連續(xù)豐水或枯水現(xiàn)象明顯。我國(guó)有16個(gè)省(區(qū)、市)人均水資源量低于嚴(yán)重缺水線，寧夏、河北、山東、河南、山西和江蘇6省(區(qū))的人均水資源量低于500立方米，為極度缺水地區(qū)。

(二)核電機(jī)組面臨電網(wǎng)調(diào)峰的壓力。目前，國(guó)際能源發(fā)展呈現(xiàn)市場(chǎng)寬松化、格局多極化、結(jié)構(gòu)低碳化、系統(tǒng)智能化、競(jìng)爭(zhēng)復(fù)雜化等一系列新特征，國(guó)內(nèi)呈現(xiàn)能源消費(fèi)增速回落，消費(fèi)方式進(jìn)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(fā)展動(dòng)力向科技和體制創(chuàng)新轉(zhuǎn)變，能源系統(tǒng)形態(tài)向集中式供能與分布式供能并重的系統(tǒng)形態(tài)轉(zhuǎn)變，能源供需由賣(mài)方市場(chǎng)向買(mǎi)方市場(chǎng)轉(zhuǎn)變，能源結(jié)構(gòu)從高碳轉(zhuǎn)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(guī)模性替代化石能源，有利于全球能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、能源安全保障和綠色減排。但是，隨著能源供應(yīng)從供不應(yīng)求向總體寬松轉(zhuǎn)變，用電需求整體放緩，使得電力能源運(yùn)行矛盾日益突出，全額消納電力已面臨著一系列困難，各類(lèi)電源運(yùn)行矛盾也日益突出。在此背景下，核電機(jī)組同樣面臨著較大的電網(wǎng)調(diào)峰壓力。

(三)海水淡化的前景預(yù)測(cè)。在電力市場(chǎng)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(guò)核能產(chǎn)生的電力進(jìn)行海水淡化不僅可保證核電機(jī)組的穩(wěn)定功率運(yùn)行，同時(shí)，也可解決我國(guó)北部沿海城市或某些南部城市枯水季節(jié)存在吃水難的問(wèn)題?？梢?jiàn)，基于沿海商用核電站的水電聯(lián)產(chǎn)，不僅可提高水資源的可持續(xù)性，在電力消納困難的情況下，還可發(fā)揮其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，合理利用國(guó)有資產(chǎn)創(chuàng)造社會(huì)價(jià)值，為企業(yè)創(chuàng)造新的增長(zhǎng)點(diǎn)，同時(shí)也避免了國(guó)有資產(chǎn)的閑置浪費(fèi)。

二、核電站海水淡化的技術(shù)路線

目前，海水淡化技術(shù)主要有多級(jí)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(jí)閃蒸法的工藝特點(diǎn)。多級(jí)閃蒸法是經(jīng)加熱海水進(jìn)行多級(jí)閃蒸的海水淡化技術(shù)。其工藝特點(diǎn)主要包括：易于大型化、設(shè)備簡(jiǎn)單可靠、防垢性能好、操作彈性大以及出水品質(zhì)好等，但由于多級(jí)閃蒸裝置的操作溫度高達(dá)約110℃，為防腐蝕，與海水接觸部分的材質(zhì)必須采用價(jià)格昂貴的銅鎳合金、特制不銹鋼及鈦材，因此，設(shè)備造價(jià)較高。

(二)低溫多效蒸餾法的工藝特點(diǎn)。低溫多效蒸餾法是最高蒸發(fā)溫度約70℃的海水淡化技術(shù)。相對(duì)于多級(jí)閃蒸法，低溫多效蒸餾法的工藝特點(diǎn)是：可利用低溫?zé)嵩?，蒸發(fā)器傳熱系數(shù)高，熱交換效率高，傳熱面積小，設(shè)備占地面積小，動(dòng)力消耗低，比投資低，使用壽命長(zhǎng)以及運(yùn)行靈活等特點(diǎn)。

(三)反滲透法的工藝特點(diǎn)。反滲透法是一種壓力驅(qū)動(dòng)的海水分離淡化技術(shù)，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(diǎn)。反滲透膜元件是反滲透海水淡化設(shè)備的核心部件，隨著反滲透膜材料的不斷研制改進(jìn)，使反滲透膜元件價(jià)格逐年下降，因此，海水反滲透技術(shù)也日益受到業(yè)界的關(guān)注。

(四)核電站海水淡化工藝的選取。由于核電站既可以生產(chǎn)符合海水淡化工藝要求的熱蒸汽又可以發(fā)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(jié)合，但在考慮實(shí)際工藝特點(diǎn)后，如核電站采用熱法進(jìn)行海水淡化，存在著淡化水被放射性污染的風(fēng)險(xiǎn)。

而反滲透法與核電站結(jié)合則不存在淡化水放射性污染問(wèn)題，采取單套或多套裝置靈活運(yùn)行，啟停時(shí)間可以小于1小時(shí)。因此，從飲用水安全和調(diào)峰能力兩方面考慮，反滲透法在現(xiàn)有技術(shù)狀況下更適合與核電站進(jìn)行聯(lián)合進(jìn)行海水淡化。

如在核電站周邊或工業(yè)園區(qū)內(nèi)同時(shí)規(guī)劃建設(shè)大規(guī)模反滲透海水淡化項(xiàng)目，形成水電聯(lián)產(chǎn)基地，利用電網(wǎng)低谷時(shí)期富余的電能進(jìn)行海水淡化，將廉價(jià)的、不易存儲(chǔ)的電能轉(zhuǎn)化為短缺的、易存儲(chǔ)的淡水，不僅能保證核電機(jī)組長(zhǎng)期穩(wěn)定功率運(yùn)行，提高核電機(jī)組的安全性，同時(shí)還可以生產(chǎn)淡水供向缺水地區(qū)，以緩解缺水地區(qū)的缺水問(wèn)題。

三、核電站發(fā)展海水淡化的成本優(yōu)勢(shì)

公認(rèn)的海水淡化成本主要由運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用、維修費(fèi)以及確定比例下的年投資回收分?jǐn)偨M成。其中，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用和維修費(fèi)用主要包括：人員工資、管理費(fèi)用、燃料動(dòng)力費(fèi)用、消耗品費(fèi)用、年維修費(fèi)用、借款利息等。對(duì)于反滲透法，還包括滲透膜更換費(fèi)用。

每年投資回收分?jǐn)?總投資×年投資償還率

每t淡水的制水成本=(年運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)+年維修費(fèi)+年投資回收分?jǐn)?/淡水年產(chǎn)量

(一)可高效利用核電能源。將核電機(jī)組與海水淡化工藝統(tǒng)籌規(guī)劃、綜合建設(shè)，可實(shí)現(xiàn)核能的高效利用。核電的自產(chǎn)、自用，減少了電能在輸送過(guò)程中的消耗，在電能的源頭盡早地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化，將存儲(chǔ)經(jīng)濟(jì)性能較低的電能轉(zhuǎn)化為存儲(chǔ)經(jīng)濟(jì)性能較高的淡水。同時(shí)，可避免占用電網(wǎng)的輸送載荷，減少了在長(zhǎng)距離輸送電能過(guò)程中的能量損耗，具有綠色、環(huán)保、高效的優(yōu)勢(shì)。

(二)淡化水成本具有較大優(yōu)勢(shì)。調(diào)查顯示，在北方缺水城市(如：北京、天津、唐山等地)，居民用水價(jià)格在3.4～5元，工業(yè)用水均在5元以上，海水淡化已具有一定價(jià)格優(yōu)勢(shì)。隨著水資源的進(jìn)一步緊缺及海水淡化技術(shù)的進(jìn)步，核能發(fā)電與海水淡化工藝的綜合應(yīng)用將逐步體現(xiàn)出明顯的盈利性。

據(jù)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(chǎn)折舊費(fèi)0.67元/m3、單位運(yùn)行成本3.64元/m3。由此可推斷，將商運(yùn)核電站中的海水淡化系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)?；瘮U(kuò)大后，反滲透法生產(chǎn)的淡水成本會(huì)進(jìn)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(guān)政策支持，未來(lái)將呈現(xiàn)出較好的市場(chǎng)前景。

四、結(jié)語(yǔ)

我國(guó)不僅水資源緊缺，而且分布不均，北方地區(qū)生產(chǎn)、生活的用水問(wèn)題日益嚴(yán)重，南水北調(diào)工程的調(diào)水能力有限，通過(guò)海水淡化工藝?yán)秘S富的海水資源，可以從根本上解決我國(guó)北方京、津、冀、魯、遼等地區(qū)的用水問(wèn)題。因此，在目前電力消納日益嚴(yán)峻的情況下，順勢(shì)積極發(fā)展核能與海水淡化相結(jié)合的水電聯(lián)產(chǎn)，存在著諸多優(yōu)勢(shì)，可使多方受益。

對(duì)國(guó)家而言，不僅可以避免國(guó)有資產(chǎn)的閑置浪費(fèi)，而且在我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)較緩的情況下，還具有拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、擴(kuò)大就業(yè)的積極意義。

對(duì)社會(huì)而言，發(fā)展規(guī)?；暮Ｋa(chǎn)業(yè)，可有效利用豐富的海水資源，解決我國(guó)缺水地區(qū)的居民和工業(yè)生產(chǎn)的用水困難，從根本上緩解沿海地區(qū)淡水短缺的問(wèn)題。

對(duì)企業(yè)而言，核電與反滲透海水淡化工藝相結(jié)合，建成大型水電聯(lián)產(chǎn)基地后，可以根據(jù)電網(wǎng)需求靈活調(diào)整核電機(jī)組的上網(wǎng)電量，即：在用電高峰時(shí)段，機(jī)組以向電網(wǎng)供電為主；而在用電低谷時(shí)段，以生產(chǎn)淡水為主，進(jìn)而使核電機(jī)組在額定功率下穩(wěn)定運(yùn)行，保證核安全。同時(shí)，通過(guò)資源互補(bǔ)，還可以促進(jìn)企業(yè)的收獲增長(zhǎng)。