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江亿:水热联供为海水淡化、零碳供暖提供新方向

中国发展网  随着城镇化建设带来的人口聚集和社会经济飞速发展,生产、生活和生态用水量持续增加,导致我国北方沿海地区淡水资源愈发匮乏。目前,海水淡化是解决淡水资源短缺的主要途径,但由于节能和低碳发展要求,使得我国很难通过大规模蒸馏法进行海水淡化。

为此,清华大学建筑节能研究中心提出“水热联供”概念,即利用北方东部沿海地区火电与核电余热为动力,采用新的蒸馏方式,将海水制取为温度为100℃-120℃的热淡水。这些热淡水可通过单管长途输送,不仅能用于建筑供暖,还能在终端分离出常温淡水,满足城市淡水的需求。

中国工程院院士、清华大学教授 江亿

中国工程院院士、清华大学教授 江亿

水热联供技术主要由水热联产、水热同送、水热分离三个关键环节构成。

——水热联产:利用核电厂或火电厂的余热通过蒸馏方式制备热淡水。1兆瓦130℃蒸汽余热可制备7.5吨/时的120℃热淡水;一台30万千瓦燃煤火电机组产生的余热,可以把6000吨/时3%盐份、5℃的海水分离为2300吨、温度为120℃的热淡水和3700吨、盐份约为5%、温度为8℃的浓海水。

——水热同送:利用单管即可长途输送热淡水,其功能相当于通过循环水输送热量的两根热水管道和一根输送常温淡水的管道。“三管变一管,管道初投资可降低到原来的一半以下,驱动水泵的耗电量则降低到原来的1/3。这样一来,输送热量的经济距离就从原来的50-80公里增加到150-200公里。

——水热分离:在城市热网接入处通过换热器可以把热淡水的热量传递给城市集中供热网的循环水。城市热网循环水供回水温度为115/40℃时,淡水温度通过换热后可降低到45℃。此时再通过电动热泵进一步把淡水温度降低到10℃-15℃,所获取的热量同样可以作为供热热源。若城市热网采用了低回水温度技术,供回水温度为115/15℃的话,则在城市热网接入处直接换热就可以把淡水温度降低到20℃。通过安装少量热泵还可进一步把水温降低到10-15℃,从而再多提取10%的热量。

我国北方地区东部沿海从丹东到连云港的长达1500公里的海岸线上,目前已建成装机容量为8000万kW的核电和火电。根据规划,未来将建成约1亿kW的核电和调峰火电。如果全部按照水热联供方式回收这些电厂的发电余热,则可形成1.2亿kW的供热能力和日产淡水2246万吨/日的海水淡化能力。冬季平均供暖100天,则在供暖期可生产淡水22.5亿吨,相当于这一地区用水总量的30%以上。而1.2亿kW的热量则可以为40亿平米建筑提供冬季供暖的基础负荷,基本满足这一地区城镇建筑供暖的需要。由于解决了40亿平米建筑的供暖热源问题,替代了目前这一地区大量的供暖用锅炉,实现了真正的清洁供暖,即使把全部投资都计入清洁供暖热源改造投资,也仅相当于150元每平米,低于目前广泛推广的地源热泵、水源热泵等清洁热源方式,而运行能耗仅为这些电厂改为“热电水联产”后比原来纯发电方式减少的发电量和系统各种水泵的电耗。

经初步分析计算,按照这种方式每提供1MWh的热量对应的电耗不到200kWh,远低于采用各类热泵时的电耗。同时,在每个供暖季可在城市入口处获得22.5亿吨优质淡水。

核能综合利用是近年来能源领域重点关注的问题。利用核电余热制备的蒸馏水,到达城市入口分离出常温淡水后,通过麦饭石等添加矿物质处理,就可以成为优质饮用水。

海水淡化虽然是利用核电余热,但核岛热量是在其输出后经过三个换热环节后才接触到所处理的海水,并且海水侧处于接近真空态的低压,无任何污染,因此,即使在事故状况下,也不会对所制备的淡水造成任何放射性污染。(张建佩 张爱美)

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