引海止渴:山東海陽核電站首創利用海水同時為城市供熱供淡水
2021年05月17日18:57

原標題:引海止渴:山東海陽核電站首創利用海水同時為城市供熱供淡水

核能的多用途產業化應用時代正在到來。在山東省海陽市,核電站除了為城市供電供熱,還“投身”於海水淡化,已實現淡水資源和熱資源的聯產聯供,這為解決我國北方城市清潔取暖和淡水需求提供了新的方案選擇,也為利用核能應對氣候變化開闢了新的路徑。

近日,由國家電投集團山東核電有限公司與清華大學聯合建設的“水熱同產同送”科技示範工程在山東海陽投運,該技術通過抽取海陽核電機組的蒸汽和餘熱,驅動水熱同產裝置,將海水直接變成滿足飲用水標準的95攝氏度淡水,首次實現了源側的水、熱同步產出與供給。該示範工程供能面積1萬平方米,每日可提供飲用水120噸。

什麼是“零能耗”製水?

澎湃新聞瞭解到,海陽核電水熱同產同送示範工程利用海陽核電機組的抽汽和餘熱驅動水熱同產設備,通過多級閃蒸、多效蒸餾工藝,每小時生產5噸滿足飲用水標準的高溫高品質淡水,再通過一根管道輸送到用戶側,並在此進行水熱分離,熱量進入熱力系統,放熱後的水進入供水系統使用。目前,核電專家村已用上該工程產出的熱和淡水。

面對全球性的淡水危機,單一的核能海水淡化探索已經持續了幾十年。

自1987年開始,國際原子能機構(IAEA)便關注到核能海水淡化技術的發展,並組織有關國家對其技術與經濟可行性進行研究。技術上可行並得到實踐驗證的核能海水淡化技術主要有兩種:其一是低溫供熱核反應堆,這種堆型的主要功能是為城市提供熱源,在此基礎上,可進一步提高能源利用效率,用於海水淡化;另一種,是依託現有核電站作為海水淡化的能量來源。

國內的遼寧紅沿河核電站、浙江三門核電站、山東海陽核電站、江蘇田灣核電站等均配套有用膜法製水的海水淡化項目,但主要目的是用於解決廠區生產用水。

目前國際上海水淡化的主流技術包括多級閃蒸(MSF)、多效蒸餾(MED)以及反滲透(RO)。其中,多級閃蒸、多效蒸餾統稱為蒸餾法(熱法);反滲透又稱為膜法,即通過給海水加壓,使水分子通過納米膜而鹽份擋在膜外,從而得到淡水。

無論是哪種海水淡化技術,都需要消耗大量能源。能源成本在淡化水成本中占了大半。核能海水淡化的優勢在於利用的是既有的能源,可以理解為“完成主業同時從事副業”,不新增碳排放。

近年來,海陽核電是國內開展核能綜合利用最為積極的核電基地,其抽汽供熱已連續兩個供暖季為當地供熱。淡水,是核電站除電和熱之外的新“副產品”。

海陽核電“水熱同產同送”科技示範工程
海陽核電“水熱同產同送”科技示範工程

海陽核電“水熱同產同送”科技示範工程

山東核電黨委書記、董事長吳放對澎湃新聞介紹稱,“水熱同產同送”示範工程屬於世界首創,通過對核能進行先發電、後製水、再供暖的三級利用,首次實現了在“零碳”供熱的同時“零能耗”製水。“水熱同產同送與傳統(核能)供熱的耗能相當,但可以生產副產品淡水,所以水熱同產裝置可以說是‘零能耗’製水。與傳統熱法海水淡化裝置相比,結構簡單運行穩定可靠、水泵少電耗低、占地少節約土地資源。”

據測算,一座百萬千瓦的核電機組在完成發電“主業”的情況下,採用水熱同產同送技術供熱供水,一個供暖季能在為3000萬平方米居民供熱的同時,在不額外增加能耗的情況下,生產高品質淡水3000萬噸。

緩解北方地區淡水危機

人口、耕地和經濟總量分別占全國的7%、6%、9%左右的山東,水資源總量僅占全國1%左右,人均水資源占有量不足全國平均水平1/6,屬極度缺水地區。這使得山東成為全國最早開展海水綜合利用、最早規劃海水淡化產業的省份。

向海取水、海水淡化已被列為山東省解決缺水問題的重要手段。

山東核電有限公司提出,“力爭成為膠東半島重要的清潔熱源生產基地和戰略儲備水源基地,為地方供應清潔熱源的同時,提供高品質飲用水、工業用水,減少對引黃、引長水的依賴,間接減輕黃河非生態用水量。”

水熱同產同送可覆蓋的面積,主要取決於核電廠遠距離供熱供水的經濟距離。根據山東核電測算,目前技術條件下,100公里熱損失可以做到很小,一些已經建成的長距離輸熱熱損失優於設計,100公里乃至更長距離都是可行的。

海陽核電基地
海陽核電基地

海陽核電基地

中國工程院院士、清華大學建築節能研究中心主任江億在去年一場水熱聯供專家研討會上提出,從連雲港到大連沿海地區的1億千瓦火電和核電,可滿足這一地區40億平米建築冬季供熱需求,占我國北方城鎮未來供熱建築總量的四分之一;在供暖期產生的35億噸淡水,還能滿足這一地區20%的淡水供應。

不可忽視的是,除了經濟性因素外,核能水熱同產同送技術要大面積推廣、獲得廣泛接受,如何確保裝置安全性最為關鍵。

澎湃新聞2019年到訪海陽核電站時曾瞭解到,核能供熱系統設計上,核電站與供熱用戶之間設置了多道回路進行隔離,只存在熱量的交換,不涉及介質的摻混。“除了用多道隔離以及壓差設計來保障供熱安全外,我們還在出廠前設置了輻射監測裝置,進一步確保安全可靠。”一位該廠工程師對澎湃新聞解釋稱。今年3月底,海陽核電抽汽供熱第二個供暖季收官,去冬今春持續為該市70萬平方米居民用戶供暖137天。

水熱同產同送技術製出的生活水和直飲水安全性如何保障?吳放回應澎湃新聞稱,海水淡化海水與熱系統是物理隔離的,僅有熱量交換,沒有物質交換。“熱法淡化海水幾乎能100%清除水中雜質,因此水質很好。另外,廠內及用戶側都有水質監測檢測,水質安全有保障。”

利用淡化技術從海水中提取淡水後,留下的是濃鹽水。若不經處理將濃鹽水直排入海,勢必會影響海洋生態環境。

對此,山東核電有限公司向澎湃新聞解釋稱,將把濃鹽水排入電廠原有的循環冷卻海水排放渠,與循環冷卻海水混合稀釋後排放至大海,對海洋生態的影響可控。“單台百萬千瓦核電機組循環冷卻海水量高達每小時20萬噸以上,而日產能30萬噸的海水淡化產生的濃鹽水為每小時1.25萬噸,濃鹽水鹽度為自然海水的2倍,濃鹽水與十餘倍水量的循環海水混合後,其鹽度較自然海水僅有略微升高,對周邊海洋環境影響很小。”

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