文 編輯室
已有許多科學研究顯示，未來全球共同面對的最重大困境將是水資源匱乏，人類對水的需求越來越多，近 150 年内全球人均可飲用水量減少了 4 倍。目前全球 80 個國家中有 20 億人依靠有限的飲用水生活，地下水正快速消耗。地表淡水資源分布不均匀，全球可利用水資源的 20% 都位於西伯利亞的貝加爾湖。針對這種情况，人們提出了多種解决途徑，其中之一就是對海水或地表其他鹽水進行淡化處理，海水淡化已經是一個穩定且快速發展的工業。
海水淡化技術於 1950 年代開始發展，目前全世界最大的海水淡化廠在沙烏地阿拉伯，由於海水淡化廠非常耗電，因此利用核能將海水淡化是一種成本低廉又無污染的選擇，採用核能比化石能源對環境更有好處，例如不會產生二氧化碳的排放、灰塵和爐渣等。因此許多國家致力於提升核能在海水淡化領域應用的經濟性和競爭力，許多小型反應爐如南韓的 SMART 都是用來進行海水淡化。
人類逐漸意識到，永續發展不是只有能源供應而已，水資源與氫能源的拓展更形重要，核能可大幅提高熱能轉換效率，取代燃煤電廠，將其產能應用在海水淡化、生產氫氣，且產生的熱能可供應給需要高溫應用的工業，及民生所需的暖氣需求。
20 多年來，國際原子能總署（IAEA）一再強調，人們應充分利用核能技術進行海水淡化，目前已經得到許多會員國的行動支持。現在全世界特別是在日本、印度和哈薩克，已擁有超過 200 個反應爐年的運轉經驗，核能淡化海水已被證明是非常重要的選項，可用以滿足人類日益增長的飲用水需求，並為許多短急流水區提供希望，解決許多乾旱與半乾旱地區飲用水短缺的困境。
為了支持成員國評估核能淡化海水的可行性，國際原子能總署開發「海水淡化經濟評估程式（Desalination Economic Evaluation Program, DEEP）」， 加強海水淡化廠的成本評估分析；以及「海水淡化熱力學優化程式（DEsalination Thermodynamic Op timization Program, DE-TOP）」，可應用在熱力學的分析與核電綜合發電系統 ( 與海水淡化以及區域供熱有關 ) 的優化。國際原子能總署還發表了多篇技術報告，以突顯關於最佳耦合的技術資訊，包括安全考慮因素、核能淡化海水的環境影響評估，以及利用核能進行海水淡化的潛在新技術。
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，實在是最好的海水淡化能源供應者。
3. 第四代核反應爐原本就以多功能、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 100萬瓩的標準核電廠，除了可生產電力之外，還可額外提供約2,000 百萬瓦熱單位（MWt）的熱能，即便只使用其中 1,000 MWt，每天都可以產生 70 萬噸淡水，足可供應 300 萬人使用。不但可以滿足我們的「渴望」，更可以減少很多溫水的排放，減少環境衝擊，實為一舉兩得的聰明抉擇。
核電廠使用海水作為冷卻水，不僅不會與民生搶水，還可將海水轉化為淡水，供給民眾使用。由此可見，核能發電廠不僅可以供電、供暖，還可以供應乾淨的民生用水。
世界各國都在興建海水淡化廠
美國最大的海水淡化廠在聖地牙哥， 2016 年興建完成後，每天能供應 5,000 萬加侖的水，規模也是西半球最大。加州魔鬼谷（Diablo Canyon）核電廠內設有一座海水淡化廠，平均可以每天生產 67.5萬加侖的淡水，除了供應電廠運轉所需的淡水之外，也是電廠員工的飲用水來源。由於加州面臨連續長達 4 年的乾旱之苦，於是希望能夠利用魔鬼谷的海水淡化設備來解決。
「別關閉核電廠！」這是前美國核能學會 (ANS) 理事長奎恩（Edward Quinn）的呼籲，由於加州缺水的情況非常嚴重，聖地牙哥市北方 35 英哩處的卡爾斯巴德（Carlsbad）也有座海水淡化廠，另外有 15 座海水淡化廠也在規劃中。不過自從2012 年聖歐諾菲（San Onofre）核電廠宣布關閉之後，這些海水淡化廠所需的電力供應，只有依賴天然氣發電廠來提供。奎恩以阿拉伯聯合大公國 (UAE) 為例， UAE 擁有石油，卻堅持要建設核電廠，用來供應海水淡化廠所需的電力，這是正確、永續的選擇，為什麼加州無法作到 ?
位于哈薩克阿科陶（Aktau）的 MAEK海水淡化廠於 20 世紀 70 年代投入運轉， 1999 年關閉，產能為每天 12 萬噸，該廠配合了 3 座大型供熱廠和一座核電廠，為周邊城市供水，也為一些工廠提供工業蒸餾水。在俄羅斯羅斯托夫核電廠，有 4 座海水淡化廠運轉，並且還有 4 座在建，每座工廠每天生產淡水 50 噸。日本目前主要的 3 種海水淡化技術都有研發計畫，第一座創建於 1978 年。印度也建有一座混合了多級閃蒸技術（MSF）和逆渗透技術（RO）的小型工廠，2002 年開始運轉。鑑於這些工廠已取得的經驗，以及在核電廠設計中考慮整合一座淡化設施，俄羅斯國家原子能公司（Rosatom）的核電綜合系統規劃也包括海水淡化。這個綜合系統將包括一座大型 VVER 反應爐（3,200MWt），採用多效蒸餾技術（MED），產能將可達到 17 萬噸 / 天。
2017 年 3 月 29 日約旦和沙烏地阿拉伯簽署了 15 項經貿協定，其中包含鈾礦探勘合作協議，並將在約旦建造兩部小型模組化反應爐 (SMR) 進行可行性研究，用於發電及海水淡化。早在 2014 年兩國即簽署關於核電廠及原料鈾開發、放射性廢棄物管理等合作計畫。沙烏地阿拉伯的核能計畫雖然剛起步，但計畫在 20 年內興建16 部反應爐，重點也是在於產水，而產電供民生之用反倒其次。核能海水淡化的產量與清潔度，遠高於使用阿拉伯自產的石油與油氣，其成本則遠低於石油和油氣。
核電廠海水淡化後產出的淡水是可生飲等級的蒸餾水或逆滲透水，比起透過都市老舊管線、在家中水龍頭流出的自來水還要潔淨，品質甚至高過自來水廠剛出廠的淨水。
我國淡水資源匱乏
預計到 2050 年時，全世界將有 1/3 人口沒有潔淨的飲用水。台灣地區的年降雨量約 2,500 公厘，雖然是世界平均值的 3倍，但是雨量過度集中於 5 至 10 月，只靠颱風與梅雨的幫忙 ( 約占 80%)，枯水期長達 6 個月。由於人口稠密、地形限制，台灣的每人平均分配到的降雨量卻只有世界的 1/6。此外，台灣河川短而陡，存蓄力差，需要以水庫積蓄水源、調節供需，所以我國水資源問題遠比其他國家嚴重。
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，每年尚需由水庫供應 40 億噸，但是我們實在沒有再增設大型水庫的本錢。目前看來，除了節約用水外，海水淡化是解決用水難題、補充匱乏水資源的重要方案。核能可以提供低廉、安全、無碳排放的大量熱能與電能，可說是發展海水淡化最主要資源。
可能很多人不知道，我國也有核能海水淡化廠。台電公司為穩定供應核三廠電廠用水，於民國 78 年投資 2.06 億元興建一座日產 2,271 噸蒸汽壓縮式海水淡化廠( 兩部機組合計 ) ，供應核三廠冷卻用水與小部分民生用水。核三廠用淡化後的純水製成冰棒，銷路非常好，已然成為台電南部展示館的招牌。而北台灣第一座海水淡化廠則位在核四龍門電廠內，未來核四廠若能順利啟封商轉，不僅可以供應北台灣的電，也能解我們的渴。
參考資料：
1. Nuclear desalination, IAEA
https://www.iaea.org/topics/non-electric-applications/nuclear-desalination
2. 核能海水淡化的新進展，何偉部落格
http://blog.udn.com/H101094880/25690736
3. 核能海水淡化技術，中華民國核能學會
http://archived.chns.org/s.php@id=47&id2=201.html
4. 台電核能月刊 391 期 / 2015 年 7 月號
5. 國內現有海水淡化廠，經濟部水利署永續公共工程專屬網站
http://eem.wra.gov.tw/ct.asp?xItem=22834&CtN ode=5344ᓠ
本文出自2019.02 NO.176
沒有留言:
張貼留言