核能海水淡化的应用分析

□刘宏帅 郑超颖 李 丹 于竹芹

我国的水资源相对短缺，北方城市的用水问题更是日益严峻。本文一方面将清洁的核电与海水淡化的规模化生产相结合，以求解决部分缺水地区的用水问题；另一方面在核电站面临电力消纳困难，核电机组面临电网调峰的背境下，使用核电进行海水淡化，可保证核电机组的利用小时数，避免国有资产闲置，促进相关企业增加效益。

一、海水淡化在我国的应用前景

(一)我国水资源现状。淡水资源总量在我国并不充足，据了解，2016年我国淡水资源总量为3.25×1012立方米，人均占有量仅为世界人均水平的25%。另外，还存在各地区水资源分布不均、水土资源不匹配以及年内分配不匀的特点，导致旱涝灾害频繁，连续丰水或枯水现象明显。我国有16个省(区、市)人均水资源量低于严重缺水线，宁夏、河北、山东、河南、山西和江苏6省(区)的人均水资源量低于500立方米，为极度缺水地区。

(二)核电机组面临电网调峰的压力。目前，国际能源发展呈现市场宽松化、格局多极化、结构低碳化、系统智能化、竞争复杂化等一系列新特征，国内呈现能源消费增速回落，消费方式进入油气替代煤炭、非化石能源替代化石能源的双重更替期，能源发展动力向科技和体制创新转变，能源系统形态向集中式供能与分布式供能并重的系统形态转变，能源供需由卖方市场向买方市场转变，能源结构从高碳转向低碳绿色化。

核能作为一种清洁、可靠、高效的能源，有潜力在一定程度上规模性替代化石能源，有利于全球能源结构调整、能源安全保障和绿色减排。但是，随着能源供应从供不应求向总体宽松转变，用电需求整体放缓，使得电力能源运行矛盾日益突出，全额消纳电力已面临着一系列困难，各类电源运行矛盾也日益突出。在此背景下，核电机组同样面临着较大的电网调峰压力。

(三)海水淡化的前景预测。在电力市场电能存在供大于求的背景下，建在海水资源丰富的沿海核电站通过核能产生的电力进行海水淡化不仅可保证核电机组的稳定功率运行，同时，也可解决我国北部沿海城市或某些南部城市枯水季节存在吃水难的问题。可见，基于沿海商用核电站的水电联产，不仅可提高水资源的可持续性，在电力消纳困难的情况下，还可发挥其独特优势，合理利用国有资产创造社会价值，为企业创造新的增长点，同时也避免了国有资产的闲置浪费。

二、核电站海水淡化的技术路线

目前，海水淡化技术主要有多级闪蒸法、低温多效蒸馏法和反渗透法三种。其中，多极闪蒸法和低温多效蒸馏法属于热法，而反渗透法却是膜法的主要代表。

(一)多级闪蒸法的工艺特点。多级闪蒸法是经加热海水进行多级闪蒸的海水淡化技术。其工艺特点主要包括：易于大型化、设备简单可靠、防垢性能好、操作弹性大以及出水品质好等，但由于多级闪蒸装置的操作温度高达约110℃，为防腐蚀，与海水接触部分的材质必须采用价格昂贵的铜镍合金、特制不锈钢及钛材，因此，设备造价较高。

(二)低温多效蒸馏法的工艺特点。低温多效蒸馏法是最高蒸发温度约70℃的海水淡化技术。相对于多级闪蒸法，低温多效蒸馏法的工艺特点是：可利用低温热源，蒸发器传热系数高，热交换效率高，传热面积小，设备占地面积小，动力消耗低，比投资低，使用寿命长以及运行灵活等特点。

(三)反渗透法的工艺特点。反渗透法是一种压力驱动的海水分离淡化技术，相较于热法，反渗透法具有能耗低、周期短、投资少、用地面积小的特点。反渗透膜元件是反渗透海水淡化设备的核心部件，随着反渗透膜材料的不断研制改进，使反渗透膜元件价格逐年下降，因此，海水反渗透技术也日益受到业界的关注。

(四)核电站海水淡化工艺的选取。由于核电站既可以生产符合海水淡化工艺要求的热蒸汽又可以发电，因此，从原理上讲与上述三种主流海水淡化方法均可以结合，但在考虑实际工艺特点后，如核电站采用热法进行海水淡化，存在着淡化水被放射性污染的风险。

而反渗透法与核电站结合则不存在淡化水放射性污染问题，采取单套或多套装置灵活运行，启停时间可以小于1小时。因此，从饮用水安全和调峰能力两方面考虑，反渗透法在现有技术状况下更适合与核电站进行联合进行海水淡化。

如在核电站周边或工业园区内同时规划建设大规模反渗透海水淡化项目，形成水电联产基地，利用电网低谷时期富余的电能进行海水淡化，将廉价的、不易存储的电能转化为短缺的、易存储的淡水，不仅能保证核电机组长期稳定功率运行，提高核电机组的安全性，同时还可以生产淡水供向缺水地区，以缓解缺水地区的缺水问题。

三、核电站发展海水淡化的成本优势

公认的海水淡化成本主要由运转费用、维修费以及确定比例下的年投资回收分摊组成。其中，运转费用和维修费用主要包括：人员工资、管理费用、燃料动力费用、消耗品费用、年维修费用、借款利息等。对于反渗透法，还包括渗透膜更换费用。

每年投资回收分摊=总投资×年投资偿还率

每t淡水的制水成本=(年运转费+年维修费+年投资回收分摊)/淡水年产量

(一)可高效利用核电能源。将核电机组与海水淡化工艺统筹规划、综合建设，可实现核能的高效利用。核电的自产、自用，减少了电能在输送过程中的消耗，在电能的源头尽早地实现转化，将存储经济性能较低的电能转化为存储经济性能较高的淡水。同时，可避免占用电网的输送载荷，减少了在长距离输送电能过程中的能量损耗，具有绿色、环保、高效的优势。

(二)淡化水成本具有较大优势。调查显示，在北方缺水城市(如：北京、天津、唐山等地)，居民用水价格在3.4～5元，工业用水均在5元以上，海水淡化已具有一定价格优势。随着水资源的进一步紧缺及海水淡化技术的进步，核能发电与海水淡化工艺的综合应用将逐步体现出明显的盈利性。

据了解，宁德核电站反渗透法海水淡化的制水成本约为4.31元/m3，其中固定资产折旧费0.67元/m3、单位运行成本3.64元/m3。由此可推断，将商运核电站中的海水淡化系统进行规模化扩大后，反渗透法生产的淡水成本会进一步降低。即便为城市居民提供普通生活用水，该淡化水也存在着一定的盈利空间，如能得到政府的相关政策支持，未来将呈现出较好的市场前景。

四、结语

我国不仅水资源紧缺，而且分布不均，北方地区生产、生活的用水问题日益严重，南水北调工程的调水能力有限，通过海水淡化工艺利用丰富的海水资源，可以从根本上解决我国北方京、津、冀、鲁、辽等地区的用水问题。因此，在目前电力消纳日益严峻的情况下，顺势积极发展核能与海水淡化相结合的水电联产，存在着诸多优势，可使多方受益。

对国家而言，不仅可以避免国有资产的闲置浪费，而且在我国经济增长较缓的情况下，还具有拉动经济增长、扩大就业的积极意义。

对社会而言，发展规模化的海水淡化产业，可有效利用丰富的海水资源，解决我国缺水地区的居民和工业生产的用水困难，从根本上缓解沿海地区淡水短缺的问题。

对企业而言，核电与反渗透海水淡化工艺相结合，建成大型水电联产基地后，可以根据电网需求灵活调整核电机组的上网电量，即：在用电高峰时段，机组以向电网供电为主；而在用电低谷时段，以生产淡水为主，进而使核电机组在额定功率下稳定运行，保证核安全。同时，通过资源互补，还可以促进企业的收获增长。