海水淡化

淡水和能源資源對于人類社會生存和發(fā)展至關(guān)重要，是不可或缺的必須條件。海水淡化是獲取淡水資源的一種重要途徑，規(guī)?；暮Ｋ枰罅康哪芰肯?。因此未來從環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展等角度考慮，基于核能的海水淡化技術(shù)將占有越來越重要的位置。

海水淡化技術(shù)是利用蒸發(fā)、膜分離等手段，將海水中的鹽分分離出來，獲得含鹽量低的淡水技術(shù)。其中反滲透法（RO）、多效蒸餾法（MED）、熱壓縮多效蒸餾法（MED—VC）和多級閃蒸法（MSF）是經(jīng)過多年實(shí)踐后認(rèn)為適用于大規(guī)模海水淡化的成熟技術(shù)。上述幾種海水淡化技術(shù)都是利用熱能或者電能來驅(qū)動，因此在技術(shù)上都可以實(shí)現(xiàn)并適用于與核反應(yīng)堆耦合。在核反應(yīng)堆和海水淡化工廠的耦合過程中，需要重點(diǎn)考慮以下?3?個問題：①如何避免淡化后的水被放射性元素影響；②如何避免海水淡化系統(tǒng)給核反應(yīng)堆帶來額外的影響；③如何將兩者的規(guī)模更合理的匹配起來。

過去十幾年來，許多國家對核能海水淡化的技術(shù)給予越來越多的關(guān)注，IAEA?也在推進(jìn)核能海水淡化的過程中起到了重要的組織和協(xié)調(diào)作用。包括中國在內(nèi)的許多成員國參加了由?IAEA?組織的國際合作研究計劃，提出了各自不同的高安全性核反應(yīng)堆方案以應(yīng)用于海水淡化系統(tǒng)。

目前，我國已建和在建的海水淡化系統(tǒng)累計海水淡化能力約為?600?000?噸／天，成本大約為?4—5?元／噸。海水淡化技術(shù)正在逐漸走向成熟，隨著成本的不斷降低，其經(jīng)濟(jì)性也在不斷提升。國內(nèi)核電站大多建于沿海地區(qū)，為推動基于核能海水淡化建設(shè)提供了更多便利。其中，紅沿河核電站、寧德核電站、三門核電站、海陽核電站、徐大堡核電站、田灣核電站，以及未來的山東榮成示范核電站均采用海水淡化技術(shù)為廠區(qū)提供可用淡水。在海水淡化的主流技術(shù)中，反滲透法具有顯著的節(jié)能性，在我國被廣泛推廣和使用。

核能供熱

我國?60％?以上的地區(qū)、50％?以上的人口需要冬季供熱。目前的供熱方式主要為集中供熱和分布式供熱；其中，集中供熱主要來自于燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)或者燃煤鍋爐，每年需要消耗?5?億噸煤炭。為了緩解用煤導(dǎo)致的嚴(yán)重環(huán)境污染和霧霾天氣，我國部分地區(qū)率先開始“煤改氣”“煤改電”的工程，但這也導(dǎo)致了天然氣資源稀缺、電網(wǎng)負(fù)擔(dān)加重等困難。

核能作為清潔能源，在未來會成為重要的供熱資源。核能供熱的一大優(yōu)勢就是低碳、清潔、規(guī)?；?。以一座?400?MW?的供熱堆為例，每年可替代?32?萬噸燃煤或?1．6?億立方米燃?xì)?，與燃煤供熱相比，可減少排放二氧化碳?64?萬噸、二氧化硫?5?000?噸、氮氧化物?1?600?噸、煙塵顆粒物?5?000?噸。

目前核能供熱主要有兩種方式：低溫核供熱和核熱電聯(lián)產(chǎn)。20?世紀(jì)?80?年代，瑞典的核動力反應(yīng)堆?Agesta?已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了連續(xù)供熱，是世界上第一個民用核能供熱核電站的示范。此后，俄羅斯、保加利亞、瑞士等國也開始研發(fā)、建造核能供熱系統(tǒng)。我國于?20?世紀(jì)?80?年代也開始了核能供熱反應(yīng)堆的研發(fā)；1983?年，清華大學(xué)在池式研究堆上實(shí)現(xiàn)我國首次核能低溫供熱實(shí)驗。經(jīng)過多年的研究和發(fā)展，在低溫核供熱技術(shù)層面已經(jīng)逐漸形成了池式供熱堆和殼式供熱堆兩種主流類型。池式供熱堆以游泳池實(shí)驗堆為原型，殼式供熱堆由目前主流壓水堆核電站技術(shù)演進(jìn)而來。核熱電聯(lián)產(chǎn)的最大優(yōu)勢是節(jié)能，實(shí)現(xiàn)了能源資源的優(yōu)化配置，熱電聯(lián)產(chǎn)的綜合能源利用率可以達(dá)到?80％，具有較高的綜合能源利用率；其缺點(diǎn)是熱電不能同時兼顧，因此需要同核供熱協(xié)同形成優(yōu)勢互補(bǔ)。

近年，核能供熱產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)獲得極大的關(guān)注。2017?年，《北方地區(qū)冬季清潔取暖規(guī)劃（2017—2021?年）》發(fā)布，明確提出，研究探索核能供熱，推動現(xiàn)役核電機(jī)組向周邊供熱，安全發(fā)展供暖示范。中核集團(tuán)推出了“燕龍”泳池式低溫供熱堆，中廣核集團(tuán)和清華大學(xué)推出了殼式低溫供熱堆，國家電投提出了微壓供熱堆，上述核能供熱試點(diǎn)目前已經(jīng)在黑龍江、吉林、遼寧、河北、山東、寧夏、青海等多個省區(qū)開展了相關(guān)廠址普選和產(chǎn)業(yè)推廣工作。

核能供熱戰(zhàn)略布局可以有效解決我國北方多地的缺熱情況。另外，引入大溫差長途輸熱技術(shù)后，我國核能供熱將不再受困于遠(yuǎn)距離輸熱的限制，核反應(yīng)堆因此可以安置在核安全距離以外，并為城市提供安全、穩(wěn)定的熱能。

核能高溫工藝熱利用

合成氨、煤氣化和甲烷蒸氣重整等化工過程都需要?700^oC?以上的高溫?zé)?，這些傳統(tǒng)化工行業(yè)的能耗巨大，而對于合成氨、煤液化以及石油裂解產(chǎn)物（如乙烯）的需求正在逐漸增長。面對越來越嚴(yán)苛的碳排放要求以及傳統(tǒng)能源資源的日益匱乏，探索新的工業(yè)能源供給和耦合十分重要。如果能夠直接利用反應(yīng)堆產(chǎn)生的高溫?zé)?，可以?shí)現(xiàn)節(jié)能?30％?左右，在降低能源消耗總量的同時，提高了核能的經(jīng)濟(jì)性。以熔鹽堆為代表的第四代核反應(yīng)堆，其出口溫度可以達(dá)到?700℃?以上。未來可使用反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱可直接作為工業(yè)生產(chǎn)過程的熱源，用于天然氣的蒸汽重整、煤的氣化和液化、合成氨、乙烯生產(chǎn)等高耗能領(lǐng)域，而節(jié)約下來的化石燃料可以用作化工原料。

高溫工藝熱利用面臨的一個重要挑戰(zhàn)是安全防護(hù)及管理和許可問題，需要消除管理者和公眾對于核能和化工耦合利用的擔(dān)憂；同時，對于不同類型的工藝熱利用，需要執(zhí)行新的管理規(guī)定，申請新的許可。

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