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海阳核电核能综合利用再破题
发布时间: 2021-05-19

来源:中国能源报

5月11日,由国家电投山东核电与清华大学联合建设的“水热同产同送”技术示范工程在山东海阳投运,该技术通过抽取海阳核电机组的蒸汽,驱动水热同产装置,将海水直接变成95℃的高温高品质淡水,首次在源侧实现水、热同步产出与供给。

“十四五”规划在现代能源体系建设工程专栏中,明确提出“开展山东海阳等核能综合利用示范”。山东核电董事长吴放表示,该示范工程实现了核能先发电、后制水、再供热的三级高效利用,并首次实现了“零碳”供暖的同时“零能耗”制水,大幅提高能源资源利用效率,实现安全、环保、民生等多方受益,具有大规模推广应用价值。

“零能耗”制出高纯度淡水

据了解,海阳核电水热同产同送技术示范工程利用海阳核电机组的抽汽和余热驱动水热同产设备,每小时生产5吨满足饮用水标准的95℃高品质淡水,再通过一根管道输送到用户侧,并在此进行水热分离,热量进入热力系统,放热后的水进入供水系统使用。该示范工程供能面积1万平方米,每日可提供饮用水120吨。

在示范工程项目现场,工作人员用量杯盛出一杯经过海水淡化装置制备的淡水,检测仪器显示,这杯淡水的电导率在1到2μS/cm之间。

“生活用水的电导率标准是1000μS/cm,医疗、电子工业用水的电导率标准是20μS/cm。这一数据说明,这个项目产出的淡水水质非常好。”中国工程院院士、清华大学建筑节能研究中心主任江亿告诉记者。

不仅如此,这种品质远高于一般生活、工业用水标准的淡水,生产用能全部来源于核电站产生的用于供热的蒸汽,不需要额外消耗能源。

“传统的海水淡化需要输入电能或热能,供热则需要用蒸汽加热热网。通过水热同产装置,两个流程可以结合在一起,让高温蒸汽先作为海水淡化的热源,再去加热热网,实现水热同产,海水淡化过程也没有额外热耗。”清华大学教授付林介绍称,“同时,用一根管线输送热淡水实现水热同送,可以大幅降低输热成本,即便不考虑输水带来的收益,水热同送的输热成本也比传统长输供热低40%。”

“如果只考虑发电,目前核电站实际热效率不到40%,有大量热量被排放到海洋中,这些热量白白浪费的同时也对近海温度有所影响。水热同产不仅将本来要‘扔掉’的热量利用起来供热,还利用供热的热量制备了淡水,这一工艺流程的装置成本也比传统热法海水淡化的成本有所降低。”江亿说。

据了解,该示范工程采取了两种工艺流程来完成海水淡化和水热同产,分别是多级闪蒸和多效蒸馏,目前正在对两种工艺的技术指标、经济性、安全性等进行对比与验证。

为淡水紧缺提供新的可行方案

在核电站投资建设海水淡化装置,究竟有何意义?

“我国是世界上最缺水的13个国家之一,人均淡水资源占有量不到世界平均水平的1/3,北方地区缺水更严重。”中国工程院院士王浩从淡水资源缺乏的角度阐述了海水淡化的重要性,“大家可能想不到,从南到北,除了广州、上海之外,我国所有沿海城市都严重缺乏淡水资源。在沿海地区进行海水淡化,不是‘拆东墙补西墙’,是做加法、做增量的解决方案。”

水资源缺乏的北方地区,恰恰也是供热需求旺盛的地区,水热同产、同送的重要意义可见一斑。“水热同产同送”技术示范工程所在的山东省正是我国北方严重缺水省份之一,据介绍,山东人均水资源占有量仅为全国水平的1/6,尤其胶东半岛,淡水资源短缺危机隐现,向海取水、海水淡化已被列为该省解决缺水问题的重要手段。

“根据规划和展望,2030-2040年,连云港以北的北方沿海地区按照有1亿千瓦核电机组测算,水热同产同送技术可满足沿海至内陆200公里范围内50亿平方米供暖需求和40亿吨年淡水需求。”付林说。

规模化应用需多方统筹

水热同产同送技术为社会提供淡水、供热服务的同时,无疑也为国内其他核电站探索核能综合利用提供了更多参考。

“商用核电站供热的一大问题,在于核电站往往距离城市较远。水热同产同送技术的突破,在传统长距离供热的基础上,可以使供热经济半径进一步延长到200公里,解决核电厂址远离城市和热负荷集中在城市这种地理上的不匹配。”江亿直言,海阳示范工程的技术路径是可以复制的,但从工程实际的角度,想要实现有经济性的商业化推广,仍有许多现实问题待解。

“示范工程的单位造价低于传统模式,但要实现商业化应用、体现经济性,需要规模化建设,单个项目的投资总规模可能需要达到几十亿、上百亿,又由于涉及水资源、土地、发电、供热等多种要素,国土资源、能源、住建、环境等多部门都需要统筹,并非单纯依靠某个企业的力量可以推动,而应该从国家层面进行推动落实。”江亿直言。

江亿还指出,如何低成本地加入跨季节储热装置,以实现系统的高效利用,进一步增加系统经济效益和社会效益,避免巨额投资的设备在非供暖季的闲置,也是下一步需要研究突破的重要课题。而这种大型储热装置的建设落地,更加离不开各个主管部门之间的统筹推进。

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