在全球水資源日益緊張的當(dāng)下，海水淡化技術(shù)正成為解決淡水短缺問(wèn)題的關(guān)鍵力量。隨著2025年的到來(lái)，該行業(yè)技術(shù)不斷革新，傳統(tǒng)以化石能源驅(qū)動(dòng)的海水淡化模式逐漸式微，而清潔、低碳能源與海水淡化的結(jié)合成為發(fā)展主流。小型模塊化核反應(yīng)堆(SMR)憑借其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在海水淡化領(lǐng)域嶄露頭角，為行業(yè)發(fā)展帶來(lái)新的機(jī)遇與變革。

  一、核能發(fā)展為海水淡化帶來(lái)新機(jī)遇

  (一)能源轉(zhuǎn)型中的核能優(yōu)勢(shì)凸顯

  能源轉(zhuǎn)型朝著電氣化、低碳發(fā)電、熱電聯(lián)產(chǎn)、低碳制氫與能源結(jié)構(gòu)多元化方向發(fā)展，這為核能發(fā)展創(chuàng)造了良好環(huán)境。全球核反應(yīng)堆已擁有200多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，400 余座核裂變電站穩(wěn)定運(yùn)行超半個(gè)世紀(jì)。核電站反應(yīng)堆產(chǎn)生的大量 “廢” 蒸汽，能滿足海水淡化對(duì)熱源的需求，通過(guò)熱電聯(lián)產(chǎn)耦合海水淡化，能量利用效率可超 80%，遠(yuǎn)高于熱轉(zhuǎn)化為凈電的 30% - 33%。與風(fēng)能、太陽(yáng)能和波浪能等其他低碳能源相比，核能供電連續(xù)穩(wěn)定，在 “雙碳” 目標(biāo)下，其能源價(jià)值將逐步提升，成為化石燃料的首選替代能源。預(yù)計(jì)到 2060 年，我國(guó)波動(dòng)性可再生能源發(fā)電量雖將占總電力供應(yīng)的 58%，但僅占峰值容量的 8% 左右，核電的穩(wěn)定供電特性愈發(fā)重要。

  (二)小型模塊化核反應(yīng)堆的突破性優(yōu)勢(shì)

  SMR模塊功率低于300MW，組件和系統(tǒng)可工廠制造、模塊運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)安裝，相比傳統(tǒng)大型核反應(yīng)堆，具有顯著優(yōu)勢(shì)。我國(guó)長(zhǎng)達(dá) 32647km 的海岸線為 SMR 提供了廣闊布局空間，其分散式布置能滿足不同規(guī)模沿海工業(yè)區(qū)的能源需求，還可結(jié)合海水淡化技術(shù)，為沿海、海島乃至近海 100 - 200km 缺水地區(qū)提供穩(wěn)定淡水資源。模塊化部署具有高度可擴(kuò)展性，制造 54 個(gè)以上模塊后，效益最大化，模塊成本可降低 40%，還能避免現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)浪費(fèi)和返工，降低 20% 的間接成本，最終成本預(yù)計(jì)可降低 40%。在安全方面，SMR 配備自動(dòng)關(guān)閉系統(tǒng)、多備用發(fā)電機(jī)和安全殼建筑等安全設(shè)施，非能動(dòng)安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)、較低功率輸出以及較小堆芯等特點(diǎn)，有助于縮小場(chǎng)外應(yīng)急區(qū)域，提高社會(huì)接受度，同時(shí)核廢料可回收再利用。截至2022年，世界各地開(kāi)發(fā)了80多種 SMR 概念與設(shè)計(jì)，中國(guó)、俄羅斯和阿根廷處于研發(fā)領(lǐng)先階段，多種 SMR 項(xiàng)目正在建設(shè)或已投入運(yùn)營(yíng)，SMR 在替代燃煤發(fā)電廠和非電力應(yīng)用方面潛力巨大。

  二、海水淡化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

  (一)海水淡化規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大與發(fā)展趨勢(shì)

  《2025-2030年中國(guó)海水淡化市場(chǎng)專題研究及市場(chǎng)前景預(yù)測(cè)評(píng)估報(bào)告》指出，隨著全球水資源需求增加和海水淡化技術(shù)進(jìn)步，海水淡化工程向大型化發(fā)展。全球運(yùn)營(yíng)中的海水淡化規(guī)模從 1969 年的 2.725×10?m3/d 增長(zhǎng)至 2020 年底的 1.1×10?m3/d。海水淡化屬于能源密集型技術(shù)，市場(chǎng)增長(zhǎng)使能源需求相應(yīng)增加，傳統(tǒng)海水淡化能耗大、成本高、碳排放高，濃鹽水排放還會(huì)損害海洋生態(tài)系統(tǒng)，因此清潔或低碳能源的應(yīng)用以及鹵水資源化是未來(lái)發(fā)展方向。

  (二)海水淡化工藝分類與特點(diǎn)

  海水淡化工藝可根據(jù)目標(biāo)物質(zhì)、分離工藝和能量類型分類。其中，多級(jí)閃蒸(MSF)、多效蒸餾(MED)和反滲透(RO)技術(shù)最為成熟且廣泛應(yīng)用。MSF 裝置核心是閃蒸室，工作溫度 90 - 110℃，適用于需要較高溫度的場(chǎng)景;MED 在加熱管外表面蒸發(fā)，能源利用效率更高，操作溫度 70℃，適合與可再生能源結(jié)合;RO 通過(guò)壓力驅(qū)動(dòng)半透膜分離鹽水，適用于大規(guī)模海水淡化，但需對(duì)海水預(yù)處理，膜易堵塞。三種工藝各有優(yōu)劣，適用于不同應(yīng)用場(chǎng)景，RO 因能耗低、效率高、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，成為近 20 年來(lái)工程應(yīng)用最多的海水淡化技術(shù)。

  (三)海水淡化能耗與成本分析

  海水淡化的能源成本在總成本中占比最高可達(dá) 30%。MSF 和 MED 需同時(shí)消耗電能和熱能，總能耗和制水成本高于僅消耗電能的 RO。MSF 總能耗(總電當(dāng)量)為 13.5 - 25.5kW?h/m3，制水成本為 3.72 - 12.52 元 /m3;MED 總能耗(總電當(dāng)量)為 6.5 - 11.0kW?h/m3，制水成本為 3.72 - 7.22 元 /m3;RO 能耗為 2 - 5kW?h/m3，制水成本為 2.00 - 4.00 元 /m3。最新技術(shù)顯示，海水淡化最低能耗已達(dá) 2kW?h/m3，制水成本低至 2 元 /m3，相比國(guó)內(nèi)南水北調(diào)不低于 10 元 /m3 的調(diào)水成本，具有更強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

  三、SMR 耦合海水淡化的顯著優(yōu)勢(shì)

  (一)降低制水成本

  在海水淡化項(xiàng)目中，建設(shè)成本占比達(dá) 52%，是制約發(fā)展的主要因素。對(duì)比 SMR 海水淡化、超超臨界火電(USC)海水淡化和大型核反應(yīng)堆(LR)海水淡化的建設(shè)與運(yùn)營(yíng)成本，SMR 海水淡化投資需求最低。在碳稅價(jià)格為 140 元 /t 時(shí)，低碳能源海水淡化可降低近 20% 運(yùn)行成本，在歐洲碳稅標(biāo)準(zhǔn)下，成本優(yōu)勢(shì)更突出。

  (二)高效利用低碳能源

  SMR 同時(shí)耦合熱脫鹽工藝與 RO 工藝，能量利用率超 80%，通過(guò)多工藝集成可顯著降低整體制水成本。利用 MSF 排出的鹵水作為 MED 熱源，將兩者產(chǎn)生的優(yōu)質(zhì)淡水作為反應(yīng)堆冷卻劑和蒸發(fā)器的給水，RO 給水可通過(guò)熱脫鹽系統(tǒng)排放的鹵水預(yù)熱，RO 排出的鹵水可作為 MSF 或 MED 的給水，RO 產(chǎn)水與熱脫鹽系統(tǒng)產(chǎn)水混合可改善水質(zhì)、降低成本。

  (三)錯(cuò)峰滿載制氫

  SMR 所有機(jī)組模塊可滿負(fù)荷運(yùn)行，在夜間 / 谷電期間，通過(guò)切換部分機(jī)組工作模式，可實(shí)現(xiàn)全功率和最大轉(zhuǎn)換效率工作，進(jìn)行錯(cuò)峰滿載制氫。核電作為低碳能源，利用 SMR 谷電電解水制氫(綠氫)具有成本優(yōu)勢(shì)。電解水制氫成本受電價(jià)影響大，電費(fèi)占總成本 70% 以上，當(dāng)電價(jià)低于 0.3 元 /(kW?h) 時(shí)，成本接近傳統(tǒng)化石能源制氫成本。核電電價(jià)成本僅為 0.212 元 /(kW?h)，合理利用 SMR 錯(cuò)峰谷電制氫，成本可達(dá) 13 元 /kgH，可與煤炭氣化制氫(12 元 /kgH)和天然氣重整制氫(14.6 元 /kgH)技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)。

  (四)鹵水資源化利用

  海水中富含多種化學(xué)資源，將鹵水轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的副產(chǎn)品潛力巨大。從鹵水中提取鎂、鋰等金屬，可滿足歐洲等地區(qū)對(duì)關(guān)鍵原材料的需求;提取氫氧化鈉可用于平衡海水淡化進(jìn)水口酸度，防止膜污染。海水中鈾含量豐富，隨著技術(shù)進(jìn)步，有望從海水中提取鈾滿足核電需求;海水中氘濃度約 30mg/L，可作為核聚變反應(yīng)原料，核聚變?nèi)魧?shí)現(xiàn)，將徹底改變能源和水的生產(chǎn)方式。鹵水提取物兼具資源回收和作為海水淡化處理藥劑與能量來(lái)源的雙重價(jià)值。

  (五)環(huán)境影響較小

  SMR海水淡化對(duì)環(huán)境影響較小。在大氣影響方面，使用化石燃料進(jìn)行海水淡化會(huì)產(chǎn)生大量溫室氣體和有毒排放物，每增加 1000×10?m3/d 規(guī)模，CO?、SO?、NO?等排放量將大幅增加。而核能海水淡化可避免 GHG 排放問(wèn)題，以 RO 工藝為例，核能海水淡化向大氣中釋放的 CO? - eq 約 10 - 60g/m3，遠(yuǎn)低于天然氣和煤炭海水淡化。在海洋影響方面，SMR 核能海水淡化廠海水取水量較少，可采用間接進(jìn)水系統(tǒng)，降低對(duì)水生生物的撞擊和夾帶現(xiàn)象;對(duì)于濃鹵水排放，可通過(guò)鹵水資源化利用或合理排放，減輕對(duì)海洋環(huán)境的影響。

  綜上所述，2025年海水淡化行業(yè)技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)出向清潔、低碳能源轉(zhuǎn)型的趨勢(shì)，小型模塊化核反應(yīng)堆與海水淡化的耦合技術(shù)具有諸多優(yōu)勢(shì)。SMR 海水淡化可降低制水成本、減少碳排放、實(shí)現(xiàn)錯(cuò)峰滿載制氫，同時(shí)對(duì)環(huán)境影響較小，鹵水資源化利用還能提升海水利用的綜合價(jià)值。盡管 SMR 技術(shù)仍存在一些需要解決的問(wèn)題，但隨著技術(shù)不斷進(jìn)步和完善，其有望替代傳統(tǒng)化石能源海水淡化技術(shù)，為沿海、海島及近海缺水地區(qū)提供穩(wěn)定、低價(jià)的淡水資源，在海水淡化領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，開(kāi)啟海水淡化行業(yè)低碳高效發(fā)展的新征程。

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