解決人類的渴望 – 核能海水淡化技術

一、 我國淡水資源匱乏

台灣地區的年降雨量約2500公厘，是全球平均的3倍多；但由於人口稠密、地形限制，每人平均分配量卻不及全球平均的1/6，而且雨量過度集中於5至10月，只靠颱風梅雨幫忙(約佔80%)，枯水期長達6個月。此外，台灣河川短而陡，存蓄力差，需要以水庫涵蓄水源、調節供求。

　 台灣現有水庫約40座，總有效蓄水量約20億噸，而每年總用水量約為180億噸，除自河川引水80億噸及抽用地下水60億噸外，每年尚需40億噸由水庫供應。因此海水淡化是補充匱乏水資源的重要方案。

二、 海水淡化技術

目前成熟的海水淡化技術，包括：多級閃沸(MSF)、多效蒸發(MED)、蒸汽壓縮(VC)、電透析(ED)與逆滲透(RO)等。其中多級閃沸法(MSF)發展最早，需要大量熱蒸氣，規模也最大。逆滲透法(RO)只需要電力，能量消耗最小，運作最有彈性，是目前成長最快速的淡化技術。

因此，海水淡化的經濟效益取決於能否提供穩定、價廉的電力或蒸氣。因為核能的發電成本遠低於其他發電方式，是逆滲透法最佳拍檔；因為核能可以穩定提供大量蒸氣，所以用於多級閃沸法也相當適宜。

三、核能用於大規模海水淡化的展望

1. 核能海水淡化的歷史
   
   早在20世紀60年代，國際原子能機構（IAEA）就曾調查利用核反應堆進行海水淡化的可行性，並且發表了一些有關這個主題的技術和經濟方面的報告，並在1968年召開了核能海水淡化的國際會議。
   
   1967年夏季，美國ORNL對農業－工業聯合企業的技術與經濟可行性進行過一般化的研究。研究表明：只有在大規模發電的雙重目的工廠中才能最經濟地實現大規模的海水脫鹽。
   
   核能海水淡化在哈薩克和日本實現，而且成果非凡。哈薩克斯坦阿克套用快滋生反應器BN350?熱電廠與附近居民提供每天80,000噸淡水，而且成功運行了26年後，才於1999年初關閉。
   
   日本所有核電廠都在海邊。有些核電廠有海水淡化系統，用核電廠的產熱或電，供應蒸汽產生器給水和廠區飲用水。淡化技術包括：多效蒸發(MED)、多級閃沸(MSF)和逆滲透(RO)。產量每天1,000 - 3,000 噸不等，核能海水淡化經驗都很令人鼓舞。
   
   此外，在核-熱應用方面，到現在有60座核反應器、超過500爐年的運轉經驗。核熱應用包括區域供熱、工業工藝過程用熱和海水淡化。核熱應用系統不存在主要的技術和安全問題。
   
   為防止放射性轉入熱網或淡水中而採取的設計措施已被證明是有效的，這些結論對將來用核熱進行海水淡化十分重要。
2. 近期發展
   
   儘管有以上核-熱研究和應用，但是核能應用的主要興趣還在發電、區域供暖和工業過程用熱。因此IAEA的核能海水淡化計畫在1977年中斷、卻因為水資源日漸匱乏，於1989年又重燃興趣。
   
   這是因為：核能在缺乏廉價水電或化石燃料的地區具有競爭性、能源供應多樣化、保護化石燃料資源消耗和避免空氣污染和溫室氣體的產生。
   
   1991年北非5國向IAEA提出請求，希望協助進行選定地區核能海水淡化的可行性研究。該研究於1995年完成，主要結論是：
   
   (1) 核能在滿足日益增長的地區能源需求方面越來越重要，它可以供電，更可以向淡化廠提供的熱和/或電。在用核反應器?淡化工廠提供能源方面不存在技術困難。
   
   (2) 根據分析：使用核能與最經濟的化石燃料的淡化成本相同。而且，燃料價格越高與利率越低，將使核能更經濟。最經濟的淡化方法是預熱給水的RO廠。
   
   埃及在1995 - 1997年就地中海邊的3個廠址進行評估。結果也證實IAEA研究結論。
   
   摩洛哥在1997 -1998年與大陸合作進行核能海淡示範工廠。該工廠將建在摩洛哥的坦坦，採用10 MWt的小型反應器。以多效蒸發(MED)，每天8, 000噸飲水。未來該區將建設以200 MWt的反應器，每天生?140, 000 噸的大型海淡廠。
   
   巴基斯坦一直對卡拉奇附近的核能海水淡化技術非常感興趣。該國評估方案包括：將海水淡化與現有的137 MWe卡拉奇核電廠相聯；或設計研究規模更大的兩用核電/淡化廠。
3. 現代技術示範和研發活動
   
   IAEA在1994年開始了一個2年選擇鑒定計劃（OLP）。OLP的目標是確定未來應用的反應器和淡化技術，選擇方案包括：
   
   (1) 結合小型反應器與逆滲透淡化技術，提供日產量30,000 – 40,000噸的示範廠，還包括給水預熱和系統設計的最佳化。
   
   (2) 結合小型反應器與多效蒸發(MED)淡化技術，提供日產量80,000噸的淡化廠。
   2001年，歐盟開始推動EURODESAL計畫，，由法國、意大利、西班牙、葡萄牙、加拿大和IAEA參加，目的在解決南歐缺水。該項目考慮海水淡化（MED 和RO）與新的中型反應器（GT-MHR，AP-600，IRIS）結合的技術可行性示範、最佳的結合流程。

四、解決人類的渴望

根據以上分析，使用核能做為熱源或電源進行海水淡化，有以下非常明顯的優點：

1. 沒有技術風險或困難，因為已經有大量成熟案例佐證。
2. 因為核能供應的電力或熱能價格低廉、品質穩定，實在是最好的海淡能源供應者。
3. 第四代核反應器原本就以多功能、彈性化應用為設計理念，配合淡化設備，並不需要大幅修改設備，可以節省成本。
4. 根據分析，一座1,000 MWe的標準電廠，大概可以提供2,000 MWt的額外熱能，即便只使用其中1,000 MWt，每天都可以產生700,000噸淡水，足供300萬人使用。不但可以滿足我們的「渴望」，更可以減少很多溫排水，減少環境衝擊，實為一舉兩得的聰明抉擇。