來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)

　　作者：李惠鈺

　　隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)帶來(lái)的人口聚集和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，生產(chǎn)、生活和生態(tài)用水量持續(xù)增加，導(dǎo)致我國(guó)北方沿海地區(qū)淡水資源愈發(fā)匱乏。

　　目前，海水淡化是解決淡水資源短缺的主要途徑。然而，由于節(jié)能和低碳發(fā)展的要求，使得我國(guó)很難通過(guò)大規(guī)模蒸餾法進(jìn)行海水淡化。

　　對(duì)此，清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心提出“水熱聯(lián)供”的概念，即利用北方東部沿海地區(qū)火電與核電余熱為動(dòng)力，采用新的蒸餾方式，將海水制取為溫度為100℃~120℃的熱淡水。

　　這些熱淡水可通過(guò)單管長(zhǎng)途輸送，不僅能用于建筑供暖，還能在終端分離出常溫淡水，滿足城市淡水的需求。

　　“由于該技術(shù)消耗的余熱量與供熱熱量相同，所以實(shí)現(xiàn)了零能耗海水淡化?！?/p>

　　中國(guó)工程院院士、清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心主任江億告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，從連云港到大連沿海地區(qū)的1億千瓦火電和核電，可滿足這一地區(qū)40億平方米建筑冬季供熱需求，占我國(guó)北方城鎮(zhèn)未來(lái)供熱建筑總量的四分之一；在供暖期產(chǎn)生的35億噸淡水，還能滿足這一地區(qū)20%的淡水供應(yīng)需求。

　　不久前，清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心針對(duì)水熱聯(lián)供組織了一場(chǎng)專家研討會(huì)。

　　會(huì)上，中國(guó)工程院院士張建云、王浩、馬軍等專家一致認(rèn)為，我國(guó)沿海城市基本均為缺水城市，水熱聯(lián)供項(xiàng)目可有效利用沿?；痣姾秃穗娪酂幔㈤_(kāi)辟出非常規(guī)水資源，對(duì)節(jié)能減排、低碳發(fā)展、提高供水安全性、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展都有重要作用。

　　北方沿海地區(qū)供水供能困境

　　上世紀(jì)八九十年代，為了滿足日益增長(zhǎng)的水需求，超采地下水導(dǎo)致一些地區(qū)地下水位持續(xù)下降，生態(tài)環(huán)境遭受不同程度的破壞。

　　進(jìn)入本世紀(jì)，南水北調(diào)、引黃濟(jì)冀等工程使得地下水超采有所緩解，但江億認(rèn)為，完全依靠調(diào)水并不能實(shí)現(xiàn)淡水供應(yīng)的長(zhǎng)治久安，只有多源頭供水才能有效應(yīng)對(duì)各種自然和人為災(zāi)害導(dǎo)致的供水安全問(wèn)題。

　　當(dāng)前，全球很多缺水地區(qū)都把海水淡化作為解決水資源不足問(wèn)題的重要途徑。在中東地區(qū)，海水淡化占其淡水來(lái)源的40%以上。然而，我國(guó)海水淡化提供的淡水量還不足南水北調(diào)的2%。

　　“原因之一就是，我國(guó)沿海海水中硼含量較高，采用膜分離法很難去除這些有害成分，所制備的淡水無(wú)法滿足生活用水，尤其是飲用水的要求?！苯瓋|告訴記者，若采用真空加熱蒸餾的方法制取蒸餾水，雖然可有效去除海水中各類有害物質(zhì)，得到高質(zhì)量淡水，但卻需要消耗大量熱能，也難以滿足國(guó)內(nèi)低碳發(fā)展的要求。

　　實(shí)際上，在我國(guó)北方東部沿海地區(qū)，從吉林丹東沿渤海、黃海至連云港，布滿了核電和火電。

　　這些發(fā)電廠通過(guò)海水冷卻方式在生產(chǎn)8000萬(wàn)千瓦電力的同時(shí)，也向海水排放了超過(guò)12000萬(wàn)千瓦的低品位余熱量。僅有部分電廠在冬季回收其排放的余熱，為周邊城鎮(zhèn)建筑供暖。

　　不過(guò)，江億表示，由于熱量輸送的經(jīng)濟(jì)距離為50~80公里，而北方東部沿海地區(qū)的很多電廠，尤其是核電廠，大多與建筑密集的城鎮(zhèn)距離超過(guò)100~150公里，因此就很難利用這些電廠的余熱在冬季為遠(yuǎn)距離的城鎮(zhèn)供熱。

　　水熱聯(lián)供的創(chuàng)新

　　三年前，清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心就提出“水熱聯(lián)供”的概念。該技術(shù)主要由水熱聯(lián)產(chǎn)、水熱同送、水熱分離三個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)構(gòu)成。

　　水熱聯(lián)產(chǎn)是利用核電廠或火電廠發(fā)電后的蒸汽余熱，通過(guò)蒸餾方式用海水制備熱淡水。

　　江億給出的數(shù)據(jù)顯示，1兆瓦130℃蒸汽余熱可制備7.5噸/時(shí)的120℃熱淡水；一臺(tái)30萬(wàn)千瓦燃煤火電機(jī)組產(chǎn)生的余熱，可以把6000噸/時(shí)3%鹽分、5℃的海水分離為2300噸、溫度為120℃的熱淡水和3700噸、鹽分約為5%、溫度為8℃的濃海水。

　　水熱同送，即利用單管實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)途輸送熱淡水，其功能相當(dāng)于通過(guò)循環(huán)水輸送熱量的兩根熱水管道和一根輸送常溫淡水的管道。

　　“三管變一管，管道初投資可降低到原來(lái)的一半以下，驅(qū)動(dòng)水泵的耗電量則降低到原來(lái)的1/3。這樣一來(lái)，輸送熱量的經(jīng)濟(jì)距離就從原來(lái)的50~80公里增加到150~200公里。”江億說(shuō)，我國(guó)北方東部沿海地區(qū)大型、超大型城市，與附近沿海的核電或火電廠的距離，正好處于這一范圍之內(nèi)。

　　水熱分離，即在城市熱網(wǎng)接入處通過(guò)換熱器把熱淡水的熱量傳遞給城市集中供熱網(wǎng)的循環(huán)水。

　　據(jù)江億介紹，城市熱網(wǎng)循環(huán)水供回水溫度為115/40℃時(shí)，淡水溫度通過(guò)換熱后可降低到45℃。

　　此時(shí)，再通過(guò)電動(dòng)熱泵進(jìn)一步把淡水溫度降低到10℃~15℃，所獲取的熱量同樣可以作為供熱熱源。若城市熱網(wǎng)采用了低回水溫度技術(shù)，供回水溫度為115/15℃的話，則在城市熱網(wǎng)接入處直接換熱就可以把淡水溫度降低到20℃。

　　通過(guò)安裝少量熱泵，還可進(jìn)一步把水溫降低到10~15℃，從而再多提取10%的熱量。

　　江億告訴記者，若進(jìn)入系統(tǒng)的海水溫度為5℃，排出的濃海水為8℃，最終在城市終端輸出的淡水溫度是10℃，則系統(tǒng)的熱效率為92%，同時(shí)在水熱分離處熱泵還要消耗總熱量3%左右的電力。

　　這就意味著，系統(tǒng)的用能水平與常規(guī)熱電聯(lián)產(chǎn)相當(dāng)。如果所消耗的熱能全部計(jì)入供暖能耗的話，則相當(dāng)于實(shí)現(xiàn)了零能耗的蒸餾法海水淡化。

　　社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益顯著

　　在我國(guó)北方東部沿海長(zhǎng)達(dá)1500公里的海岸線上，目前已建成裝機(jī)容量為8000萬(wàn)千瓦的核電和火電。

　　根據(jù)規(guī)劃，未來(lái)將建成約1億千瓦的核電和調(diào)峰火電。如果全部按照水熱聯(lián)供方式回收這些電廠的發(fā)電余熱，則可形成1.2億千瓦的供熱能力和日產(chǎn)淡水2246萬(wàn)噸/日的海水淡化能力。

　　需要強(qiáng)調(diào)的是，“海水淡化盡管是利用核電余熱，但核島熱量是在其輸出后又經(jīng)過(guò)三個(gè)換熱環(huán)節(jié)才接觸到所處理的海水，且海水側(cè)接近真空態(tài)的低壓，因此，即使在事故狀況下，也不會(huì)對(duì)所制備的淡水造成任何放射性污染。”江億說(shuō)。

　　從節(jié)能減排的角度，根據(jù)初步分析計(jì)算，大規(guī)模推廣水熱聯(lián)供技術(shù)，每年可減少二氧化碳排放1.7億噸，接近我國(guó)目前化石能源燃燒所造成的二氧化碳排放總量的2%。

　　同時(shí)，每提供1兆瓦的熱量對(duì)應(yīng)的電耗不到200千瓦時(shí)，遠(yuǎn)低于采用各類熱泵時(shí)的電耗。

　　1.2億千瓦的熱量就可以為40億平方米建筑提供冬季供暖的基礎(chǔ)負(fù)荷，基本滿足這一地區(qū)城鎮(zhèn)建筑供暖的需要。

　　而從投資成本的角度來(lái)講，水熱聯(lián)供的供熱能耗和熱電聯(lián)產(chǎn)相同，初投資與熱法海水淡化制水相同，制水相當(dāng)于零能耗。即使把輸送成本全部攤?cè)胼敓?，水熱同送輸熱成本也比傳統(tǒng)長(zhǎng)輸供熱低40%。

　　北方沿海地區(qū)若實(shí)施水熱聯(lián)供項(xiàng)目，總投資約6700億元，其中裝備投資4200億元（主要是鋼鐵材料，可消納鋼鐵過(guò)剩產(chǎn)能），土建安裝投資1500億元。

　　與會(huì)專家一致認(rèn)為，項(xiàng)目的實(shí)施，不僅可作為經(jīng)濟(jì)內(nèi)循環(huán)的新增長(zhǎng)點(diǎn)，也將成為擴(kuò)大有效投資、拉動(dòng)就業(yè)、保障國(guó)計(jì)民生的重要舉措。

　　目前水熱聯(lián)供技術(shù)已經(jīng)具備示范條件，為促進(jìn)該技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，張建云等人建議，該項(xiàng)目應(yīng)作為疫情后的“新基建”內(nèi)容列入國(guó)家相關(guān)計(jì)劃，“十四五”期間盡快建成1個(gè)示范項(xiàng)目，以示范工程拉動(dòng)工程技術(shù)研發(fā)應(yīng)用，并進(jìn)一步在北方沿海地區(qū)推廣建成2~3個(gè)重點(diǎn)工程，到2035年全面實(shí)現(xiàn)北方沿海城市35億噸水資源供應(yīng)和40億平方米的建筑清潔供熱。

　　此外，專家們還建議由科技部、國(guó)家發(fā)展改革委等部委牽頭，設(shè)立國(guó)家科技重大專項(xiàng)，針對(duì)技術(shù)實(shí)施的關(guān)鍵問(wèn)題展開(kāi)聯(lián)合科研攻關(guān)，推動(dòng)示范項(xiàng)目，促進(jìn)技術(shù)推廣。