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利用核能淡化海水
日期:2016-10-18
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本文导读:

世界的水资源短缺问题一直存在:占世界水资源7%和世界人口20%的中国对于严重干旱并不陌生;区域性干旱影响着美国西南部和中东地区;随着赤道区域扩张造成亚热带地区日趋干旱和贫瘠,南澳大利亚也正在变得干旱,不仅影响着农业,也影响到饮用水。

  有关水的统计数据已经达到骇人的程度。据估计,1/5的世界人口没有安全饮用水来源,而且随着世界人口的增长,这一比例也将增长。超过10亿人成为水资源缺乏的受害者,有30个国家1/3以上的水资源依靠从国外进口——这显然会引起争端和不稳定,并最终导致战争。

  目前的海水淡化技术有两类:

  1.反渗透技术

  渗透描述了水在生态系统中细胞半透膜间的扩散过程。在反渗透技术中,通过电泵施加的高压迫使海水流过人工膜,从而达到盐类和水分离的作用。这一过程消耗大量电能——每生产1立方米的淡水,就要消耗3-6千瓦时电能。

  2.利用发电废热实现多效蒸馏和多级闪蒸。这一蒸馏过程需要70-130℃品位的热量,每发25-200千瓦时的电能就可生产1立方米的水。同反渗透技术相比,这听上去似乎没有竞争力,但它只是一个涉及可利用热能和电能(通常来自燃烧化石燃料)的问题。据报道,一种新的多效蒸馏技术(MED-MVC)生产1吨水只需10千瓦时电能所产生的废热,这同反渗透技术相比是有竞争力的。

  作为一种新技术,核能海水淡化利用核反应堆,在综合性设备中将再生电能和海水淡化所用的热能结合起来。核能海水淡化有两项独特的优势:1.海水淡化耗费电能,而来自核反应堆的电能不会产生温室气体;2.由于石油和天然气价格上涨,以核能淡化海水同以化石燃料能源淡化海水相比具有竞争力。

  按照惯例,核反应堆产生的大部分热能都浪费了,将其用在海水淡化上将是最佳选择。沿海小城市的小型和中型核反应堆也是海水淡化的好选择,它们可使用热电联产中的涡轮产生的低压蒸汽和最终冷却系统产生的高温海水。

  国际原子能机构(IAEA)已在多个国家进行了大量研究和数据汇编。在法国为突尼斯进行的一项研究中,将循环式燃气轮机和4种核能利用方式进行对比,发现核能海水淡化的成本约为燃气轮机的一半。

  综合性核能海水淡化装置的可行性已经得到了超过150反应堆年的实验证实——这主要是在哈萨克斯坦、印度和日本开展的。目前,世界范围内处于计划阶段的新设备还有50个,分布于韩国、俄罗斯、巴基斯坦、突尼斯、摩洛哥、埃及、阿尔及利亚、利比亚、伊朗、卡塔尔、约旦和阿根廷。这些设备在不同国家有不同的用途,例如日本将淡化后的海水用于冷却反应堆。

  另一个利用热电联产的策略是使反应堆最大限度运行以满足输电网需要,但当需求降低时,将其中的一部分用于启动反渗透技术海水淡化。

  根据国际原子能机构的说法,在中国,核能生产淡水同化石燃料生产淡水相比具有非常大的成本竞争力——约每立方米5.25元。中国计划在2012年每天生产250万立方米淡水。日本和中国在核能海水淡化方面有着最高的研发投入,将引领这一急速发展的未来市场。

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