水資源是人類生存和發(fā)展不可或缺的，雖然大部分地球表面覆蓋有水資源，然而其中 96.5% 是海水，無(wú)法直接使用，僅有 0.26%的地下水、湖水與河水等淡水資源可以被人們直接利用。
從全球需求來(lái)看，目前全球淡水資源不足， 氣溫不斷上升導(dǎo)致冰川正在迅速融化，過(guò)度抽取也使地下蓄水層正在干涸。據(jù)估計(jì)，目前全球有五分之一的人口無(wú)法獲得安全飲用水，而且這一比例還在增加。據(jù)世界銀行公布的數(shù)據(jù)，到 2025 年，將有超過(guò) 10 億人生活在缺水地區(qū)，多達(dá) 35 億人可能面臨缺水問(wèn)題。
就國(guó)內(nèi)需求而言，我國(guó)是世界上 13 個(gè)最缺水的國(guó)家之一，人均淡水資源僅為世界平均水平的四分之一。我國(guó)水資源分布不均衡，大城市缺水現(xiàn)象普遍，全國(guó) 660 多座城市有 400 多座城市缺水，其中 110 座左右嚴(yán)重缺水。淡水資源缺乏已成為制約城市發(fā)展的重要因素，嚴(yán)重影響城鎮(zhèn)化進(jìn)程。
淡水短缺是未來(lái)主要的威脅之一，是各國(guó)關(guān)注的全球性問(wèn)題。我國(guó)應(yīng)結(jié)合加強(qiáng)能源應(yīng)急能力建設(shè)，加快發(fā)展核能海水淡化產(chǎn)業(yè)，搶占全球核能新應(yīng)用的制高點(diǎn)，服務(wù)全球能源資源應(yīng)急能力建設(shè)，服務(wù)人類健康生活。
沒(méi)有絕對(duì)正確的工藝，只有更適合的工藝
16 世紀(jì)，人們開(kāi)始嘗試在海水中提取淡水，起初是將海水加熱產(chǎn)生水蒸氣，冷卻凝結(jié)就可以得到純水，這是海水淡化技術(shù)的開(kāi)始。目前，海水淡化技術(shù)主要分為兩類，一類是通過(guò)加熱得到蒸汽，再使蒸汽冷凝得到蒸餾水;另一類是使用壓力泵給水通過(guò)半透膜，過(guò)濾得到淡水。常用的海水淡化技術(shù)主要有三種。
多級(jí)閃蒸(MSF)，是將海水加熱到一定溫度后使其依次流經(jīng)若干個(gè)壓力逐漸降低的閃蒸室，熱鹽水自身溫度降低，從而使所產(chǎn)生的蒸汽冷凝成為所需的淡水。
低溫多效蒸餾(MED)，是用一定量的蒸汽輸入，通過(guò)多次的蒸發(fā)和冷凝，從而得到多倍于加熱蒸汽量的蒸餾水。具有可利用低溫?zé)嵩础⒛芎牡偷葍?yōu)點(diǎn)。
反滲透(SWRO)，是在外加壓力作用下使海水的水分子通過(guò)半透性能的薄膜而不允許海水中的鹽分透過(guò)，從而淡化海水。隨著反滲透膜材料的不斷改進(jìn)，以及膜元件價(jià)格的下降，反滲透海水淡化技術(shù)越來(lái)越引起人們的關(guān)注。
由于核電站同時(shí)提供電能和蒸汽，以上三種技術(shù)都可以與核電站耦合。多級(jí)閃蒸與低溫多效蒸餾可以使用核電站產(chǎn)生的蒸汽，反滲透技術(shù)可使用核電站提供的電能。將蒸餾法和反滲透法結(jié)合起來(lái)還可以降低海水淡化的成本。
利用熱電聯(lián)產(chǎn)模式，提升海水淡化的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保優(yōu)勢(shì)
核能海水淡化可以利用現(xiàn)有在運(yùn)核電站， 配套建設(shè)海水淡化設(shè)施，以熱電聯(lián)產(chǎn)模式運(yùn)行; 也可以研發(fā)建造適用于海水淡化等領(lǐng)域的多用途先進(jìn)核能系統(tǒng)。先進(jìn)核能系統(tǒng)因體積小、靈活性強(qiáng)、功率比大、適應(yīng)性好、應(yīng)用領(lǐng)域廣等綜合優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用于海水淡化領(lǐng)域前景廣闊。
根據(jù)國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)的報(bào)告，核能海水淡化形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模后 ，成 本約為 0.47 美元/ 立方米~0.5 美元/ 立方米 ，而 對(duì)應(yīng)使用化石能源海水淡化，成 本約為 0.77 美元/ 立方米~0.8 美元/ 立方米，核能海水淡化具有顯著的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)和清潔無(wú)污染的環(huán)保優(yōu)勢(shì)。
哈薩克斯坦、印度、日本等國(guó)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，已經(jīng)積累了 150 余堆?年的核能海水淡化經(jīng)驗(yàn)，證實(shí)了核電站熱電聯(lián)產(chǎn)用于海水淡化的可行性與可靠性。
日本有 10 余座海水淡化設(shè)施與壓水堆核電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目，可生產(chǎn) 14000 立方米/天的淡水， 已積累 100 多堆?年的核能海水淡化生產(chǎn)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。2002 年，印度在卡培坎建造了一項(xiàng)核能海水淡化示范工程，利用兩座 170MWe 的加壓重水堆(PHWR)進(jìn)行海水淡化，配套建設(shè)產(chǎn)能為 1800 立方米/天的反滲透海水淡化設(shè)施和4500 立方米/天的多效蒸餾海水淡化設(shè)施。
2010 年，巴基斯坦卡拉奇壓水堆核電站海水淡化聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目投產(chǎn)，產(chǎn)能為 4800 立方米/天，哈薩克斯坦BN-350 快中子反應(yīng)堆曾采用熱電聯(lián)產(chǎn)模式運(yùn)行 ，將 60% 的電能用于海水淡化和供熱。俄羅斯利用羅斯托夫核電站配套建設(shè) 8 座海水淡化設(shè)施，淡水產(chǎn)能為 9600 立方米/天。
2018 年，俄羅斯曾探討與埃及在埃合作建造一座雙機(jī)組 AES-2006 核電站，并配套建設(shè)海水淡化設(shè)施，淡水產(chǎn)能為 34 萬(wàn)立方米/天。
同時(shí)，俄羅斯、韓國(guó)等國(guó)正研發(fā)適用于核能海水淡化的先進(jìn)核能系統(tǒng)，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)格局正逐步形成。
俄羅斯研發(fā)的KLT-40S 先進(jìn)核能系統(tǒng)，技術(shù)源自破冰船反應(yīng)堆，適用于海水淡化、供熱等領(lǐng)域，裝機(jī)容量為 85MWe，海水淡化設(shè)計(jì)產(chǎn)能24 萬(wàn)立方米/天。2019 年，裝載兩個(gè) KLT-40S核能系統(tǒng)的改進(jìn)“羅蒙諾索夫院士”號(hào)浮動(dòng)核電站，正式投入使用。
韓國(guó)研發(fā)的 SMART 先進(jìn)核能系統(tǒng)，功率為 330MWt，裝機(jī)容量為 90MWe，適用于海水淡化和熱電聯(lián)產(chǎn)等，淡水產(chǎn)能為 4 萬(wàn)立方米/天 。 2019 年 9 月 ，韓 國(guó) 與 沙 特 阿 拉 伯 簽 署SMART 反應(yīng)堆商業(yè)化合作協(xié)議，并擬建造首臺(tái) SMART 反應(yīng)堆。
阿根廷研發(fā)的 CAREM 先進(jìn)核能系統(tǒng)，功率為 100MWt，適用于海水淡化和熱電聯(lián)產(chǎn)。
2014 年，阿根廷在阿圖查附近開(kāi)始建造一座CAREM 原型堆，預(yù)計(jì) 2021 年開(kāi)始運(yùn)行。
我國(guó)核能海水淡化領(lǐng)域取得進(jìn)展
我國(guó)遼寧省紅沿河核電廠已實(shí)現(xiàn)利用核電站余熱進(jìn)行海水淡化，為核電機(jī)組提供冷卻水， 產(chǎn)能為 10080 立方米/天。我國(guó)一直緊跟世界前沿研發(fā)多用途先進(jìn)核能系統(tǒng)，目前已成功研發(fā)“ 燕龍”“ 玲龍一號(hào)”等先進(jìn)核能系統(tǒng)，適用于海水淡化、供熱等領(lǐng)域。
雖然我國(guó)在核能海水淡化領(lǐng)域已有成功實(shí)踐，但筆者建議，我國(guó)核能海水淡化發(fā)展還應(yīng)從如下幾方面繼續(xù)推進(jìn)。
一是積極開(kāi)發(fā)核能海水淡化示范工程項(xiàng)目。將核能海水淡化項(xiàng)目作為我國(guó)加強(qiáng)能源應(yīng)急能力建設(shè)、應(yīng)對(duì)重大突發(fā)事件的優(yōu)先選項(xiàng)。優(yōu)先在山東、浙江等條件較好的地區(qū)建設(shè)核能海水淡化示范工程，積累建造運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)造新商業(yè)模式。
二是加快推進(jìn)先進(jìn)核能系統(tǒng)的研發(fā)。充分利用我國(guó)在核反應(yīng)堆設(shè)計(jì)、建造方面的科研優(yōu)勢(shì)，動(dòng)員國(guó)內(nèi)的科研隊(duì)伍，加快組織對(duì)國(guó)內(nèi)先進(jìn)核能系統(tǒng)的研發(fā)，并用于海水淡化項(xiàng)目。開(kāi)發(fā)建設(shè)先進(jìn)核能系統(tǒng)應(yīng)用于海水淡化的示范工程，推廣商業(yè)化。
三是推動(dòng)核能海水淡化項(xiàng)目“ 走出去”，盡早占領(lǐng)核能海水淡化市場(chǎng)。隨著地球淡水資源的缺乏，中東、北非等淡水資源稟賦不足的國(guó)家對(duì)海水淡化的需求不斷增加，應(yīng)當(dāng)充分整合我國(guó)在核電海水淡化等多方面的現(xiàn)有資源，考慮在淡水資源缺乏但能源資源豐富的國(guó)家，推動(dòng)核能海水淡化項(xiàng)目與本地能源、資源置換，推動(dòng)核能海水淡化項(xiàng)目“走出去”。
（作者：孫小凱 李林蔚 劉達(dá) 王鵬飛 石安琪 劉洪軍
中核戰(zhàn)略規(guī)劃研究總院）
