1．项目目的和意义 1.1项目概述
1.1.1．核电循环水余热简介 热力发电与循环冷却水：
循环冷却水，也称电厂温排水，以蒸汽做为发电工作介质的燃气、燃煤电厂、核电厂等是这些电厂的工艺冷却用水。
这些电厂的发电机都是由蒸汽轮机驱动的。如下图：
汽机发电机锅炉循环水入口凝汽器循环水出口简单凝汽式发电厂循环系统图
锅炉（蒸汽发生器）产生的蒸汽进入汽轮机做功带动发电机发电后，成为乏汽进入凝汽器，乏汽温度在40～60℃之间，在凝汽器中将热量传递给循环冷却水后，多成凝结水再回到蒸汽发生器中进入下一个循环。从图中可以看出，循环冷却水是蒸汽热力循环中的不可缺少的一部分，它能使热力电厂的工作介质由乏汽变成水继续循环做功。因此，热力发电厂中，循环冷却水的热量
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排放是不可避免的。这是蒸汽热力循环的根本条件。在热力发电厂中，循环水带走的热量占全部热量的60～65%，一台1000MW的常规发煤机组，循环水余热4113GJ/H，相当于140吨/H标准煤发热量，而核电机组循环水带走的余热约7433GJ/H，相当于250吨标准煤发热量。
由于核电站机组蒸汽参数较低，在同样的发电能力情况下，所需蒸汽量大，排出的余热是常规电厂循环水冷却热量的1.5倍以上，所需的循环水量，排放区域容量很大，这也是核电站多建在海边的一个原因。
循环冷却水排放对环境影响
随着人们对环境保护认识的提高，和国家对环境保护力度的加大，常规火电厂烟气排放已出台了具体的严格标准，如《火力发电厂烟汽排放标准》等，但对于电厂循环冷却水所含的巨大热量弃置于环境可能带来的热污染的危害却很少研究。
对常规热力电厂的循环冷却塔，其蒸发散热，会使热量和水滴进入大气中，使空气局部温度、湿度升高，局部小气候发生改变。同时，蒸发过程中，宝贵的淡水蒸发，造成水资源浪费。 核电站循环冷却水
核电厂，1台100MW机组，蒸汽电力转换系统即二回路热力系统，接收来自核蒸汽供应系统的蒸汽并通过汽轮发电机组将热能转换成电能，主要包括主蒸汽供应系统、辅助蒸汽系统、汽水分离再热系统、凝结水系统、主给水系统、汽轮机抽汽系统、汽轮机旁路系统、汽轮机厂房闭式循环冷却水系统等利用海水进行冷却。投产后，循环水带出的热量将达到7433GJ/H全年相当于20万吨标准煤发热量排入周围海域。循环冷却水的设计排水（温排水）温度在20～30℃之间，温升10～15℃。循环水量一期工
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程55M/S，每小时19.8万M，相当于一条河流流量，若排入海里，与海水和大气进行热交换，使排水区域海水温度上升，涨潮时，随潮排向远区，落潮时，沿排水射流轴线方向排出1KM以外，其余热与大气进行热交换，水温降低，少数余热排入外海，随着核电站运行时间的增加排水局部海域水温升高，形成“热岛”。加速水中生物和藻类生长速度，影响生态平衡。
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1.2 项目的社会经济意义
在过去150年内，全球地表温度平均上升了0.6摄氏度，而在未来100年内，全球平均地表温度将升高1.4到5.8摄氏度。造成全球气候变暖的根源在于化石燃料的过度消耗，使温室气体特别是二氧化碳浓度剧增。若想使大气中二氧化碳浓度保持在目前水平，全球二氧化碳排放量必须削减60%。二氧化碳排放的实质就是能源消费，这会影响发展中国家的经济发展。为此，大力发展清洁能源、提高能源利用率的新技术是当务之急。核电作为不排放二氧化碳的清洁能源，已经成为我国电源结构调整中积极发展的重点，核电装机容量所占比由现在的1.6%上升到4.5%，让我们看到了减少经济发展对环境影响的希望。然而，任何蒸汽热能与电能的转换，都必须遵守热力学第一定律和朗肯循环的原理，核电也不例外。核电站在提供清洁能源的同时，有65%以上的热能通过冷源对周围环境散热。如何利用这部分余热服务于当地经济发展，须从理念、技术、管理、工程各领域内进行一场深刻的变革和深入的技术研究。
我国目前正处在经济加速发展的阶段，能源消耗量日益增加，同时，节能减排、余热利用、低碳经济也成为当前最热门的话题之一。组织各省市于2001年4月28日召开了专门的节能减排全国会议。6月11日，国家工业信息产业部再次召开了落实节能减排的专题会议。6月8日，在大连市节能宣传周启动仪式上，李万才对大连市节能减排做了专门的部署，通过节能减排来转变经济发展模式，是我市当前经济发展的重要内容。
当前，我国建筑耗能已经占到国内能源总消耗量的1/4左右，
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因此，推行建筑节能和寻找新型替代能源具有重要意义。城市建筑用热属于低端能源消耗，其温度要求较低（约70℃），温差小（约20-30℃），和自然能源接近。热电、火电、核电循环冷却水余热，提供了这种利用的可能性。100MW核电机组，每台机组凝汽量为29吨/小时，通过三回路循环冷却水（海水）排入海中，使周围1平方公里的海水温度上升1℃。如果将这部分余热利用到经济发展和居民生活，仅冬季采暖季节，每年可节约20万吨标准煤，如果能研究加以利用，节能潜力巨大。
1.3项目的技术可行性：
由于核电站循环冷却水温度只有20～30℃，这么低的品位很难利用。随着国家《节能法》等法律法规的实施和环境保护措施的加大，许多专家、学者都在以循环经济的理念研究提高能源利用率，其中循环冷却水余热的利用有了很大突破。对小型热电厂，采用降低凝汽真空的办法，使循环冷却水的出口温度（温排水）达到50～65℃直接向周边居民供暖，利用了这部分热量，降低了电厂的煤耗；对于中大型机组，由于汽轮机技术条件的，不能降低凝汽器真空运行，则采用水源热泵技术，使循环冷却水余热品位提升高，对周边居民采暖供热。
核电厂站三回路循环冷却水出口（温排水）温度设计平均为23℃，核电厂循环冷却水余热，可以利用成熟的热泵技术，从核电厂排水渠500～1000M之间适当位置取温排水，经水泵提升后进入海水源热泵将热量提出，再把降温后的温排水送入核电机组循环冷却水的入口，使循环冷却水入口温度降低提高凝汽器的冷却效果，提高真空，提高常规岛的循环效率。
热泵机组可以建在核电厂厂区附近，利用核电厂的发电，减
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少供电的送出距离，降低电成本和热泵的运行成本。
由于热泵机组还具备制冷功能，夏季，核电厂的空调可大幅减少电空调的用电和对环境的影响。
热泵机组将核电站循环冷却水余热提取后，可通过热水管网向周边地区居民采暖，海水养殖，疏菜大棚等供暖，形成一个能源的梯利用，实现循环利用。
日本在核电站循环冷却水余热已成功利用到海水养殖等方面多年，使核电站循环冷却水余热排放对环境的影响大大缓解，促进了当地的经济发展。
2.项目的基本原理及相关技术内容
低温能量转换技术及原理
水源热泵是利用低温水为热源，达到向建筑物供冷和供热的目的，实质上是一种以消耗一部分高质能（机械能、电能或高温热能等）作为补偿，通过热力循环，把环境介质中贮存的低品位能量加以发掘、利用的装置，因此它可以充分利用低质能量而节约高位能量。城市建筑用热属于低端能源消耗，其温度要求较低（约70℃），温差小（约20-30℃），和自然能源接近。如下图：
按照现有热泵机组参数，这一部分能源消耗完全可以利用热
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泵转换工业废热来承担，并且非常符合能源梯级利用的原则。热泵利用的是可再生能源，从能源利用的角度来讲，利用热泵机组供暖节约煤炭资源，热效率较高；从环保角度来讲，热泵利用电能和可再生的自然能源，几乎无污染，属于洁净供热。由于国家鼓励可再生能源的利用，近几年在我国水源热泵市场比较活跃，目前国内部分厂家经过国际合作已经能够生产出大型热泵机组，单台机组的供热能力已经达到18MW，利用大型热泵机组作为热源对规划区内进集中式冷热联供将成为热泵在我国的发展方向。
海水源热泵技术是利用海水吸收的太阳能形成的低位热能资源，采用热泵原理，通过少量的电能输入，实现低位热能向高位热能转移的一种技术。
海水源热泵系统就是利用海水作为低位热(冷)源，并通过热泵机组，加热热媒或冷却冷媒，最终为建筑提供热量或冷量的系统。
核电循环冷却水余热利用设想：
通过热泵机组将核电汽轮机排汽冷凝放出的低位热能转化成较高品位的热能用于冬季供暖。在核电站内建设热泵站，利用电厂循环冷却水作为热源换热介质，利用热泵加热一级网采暖循环水供往热力站，在热力站内经二级换热向热用户供暖。
热泵站内热泵采取并联运行的方式，电厂循环冷却水有循环水排水渠距凝汽器500米处引出，采用单管制连接之热泵机组，供电厂内的冷却循环水由凝汽器经循环水提升泵至热泵蒸发器侧供水，冷却后由热泵蒸发器侧出水回到冷却水回水母管送至核电站循环冷却水入口管，形成蒸发器侧闭式循环。热泵冷凝器侧循环水由热力站经供热回水母管回到热泵站热网循环泵入口，升压后进入热泵冷凝器，热一级网侧采用母管制连接。经加热后由热网供水母管供至热力站，形成冷凝器侧的闭式循环。
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4.核电站循环冷却水余热利用存在的问题及建议
由于核电站的安全要求和核电站的敏感性，核电站循环冷却水余热利用在国内尚无工程实例。研究开发存在着许多技术问题，管理问题需进一步进行解决。因此建议项目前期可与核电站项目业主共同配合，为核电站厂区冬季供热，夏季供冷，全年供生活热水。作为项目示范，总结经验后在区域推广。
温排水取水口和冷却后的温排水排水口，需与核电设计共同研究。
5.本项目国内外发展现状
法国电力公社(EDF)在进行核电研究以来，从1976年开始探索冷却水是否可以得到有效利用的课题，最后得到了在农、水产业方面被利用的可能性会更高一些的这个结论。利用冷却水余热必须建立在冷却水无偿、水温和水量有保证、即便是停止也不需
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要后援储备、设备由供热单位自己承担的这些条件之上。
农业
依托于封闭循环的冷却系统将20~40℃（最高效温度）温排水，经济性室内栽培得以实现。特别是对于那些不需要加温设施的蔬菜、苗木等的栽培温室，这种低温水的利用可以加快植木换茬、防冻等。
水产业
在养殖的这个领域里，利用温排水让鱼贝类在最适温度下养殖，也促进了鱼贝类的生长效率。在产卵期的调整等的辅助设施上也有了有效利用。
其它
烟草干燥、木材干燥、温水游泳池等其它领域，也正在研究
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中。 如下表所示：
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国家 核电厂 机组 MW 型式 冷却方式 温排水利用的内容 建材干燥工厂的采暖；民间多家公司，在4.8公Chinon 919×4 PWR 冷却塔 顷的温室内进行西红柿，花卉的栽培。 市，教会，游泳池等采暖；5.8公顷的温室Cruas 921×4 PWR 冷却塔 西红柿栽培。年间出产量是法国 2000吨。 社区中心、温水游泳池采暖；0.53公顷的温St.lau室配置一条rent-D30km的进水管，956×2 PWR 冷却塔 es-Eau用于蔷薇，蔬菜x 的生产，特别是蔷薇高产时年产量可达35—40万颗； 在日本，核电厂（日本称为原子力发电所）和火力发电的复水器的冷却时依托于海水的。这样，从电厂出来的温排水能够使海水温度上升7摄氏度。由此说来温排水的利用方法，可是是（1）利用排出温排水的该块海域的海水温度上升，通过取放水从而利用海水的搅拌作用或者交换作用进行鱼类的养殖，（2）利用未排进海里的温排水在养殖池内进行鱼的种苗生产或者培育，（3）又或者是作为热源进行温排水的利用等功能。火电发电时关西电力的宫津能源研究所的利用热源进行温室洋兰，观叶植物的栽培试验等。
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6.项目成熟性和可靠性论述
热泵技术的日趋成熟和快速发展，无疑为推广余热热能回收利用提供了可靠的技术保证。国家建筑节能水源热泵项目海水源热泵项目再生水源热泵项目已成功运行多年，为该项目研究提供了基础。
核电厂循环冷却水余热利用应当比海水热能回收效率更高，经热泵提升温度后的循环冷却水的热量，不仅可用于空调、生活热水、农业生产、海产品养殖等。
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7.经济、社会效益分析
能源生产和能源消费所引起的环境问题已经成为制约我国可持续发展的重要问题之一。而未来20年经济翻两番和全面实现小康社会，能源和能源消费所带来的问题同过去20年相比将会更加突出、更加严峻。
我国一次能量资源的禀赋特点决定了能源发展以煤为主和电力工业以燃煤火电为主的格局。而大气质量严重污染的主要原因正是我国以煤为主的能源结构，况且没有对煤炭利用采取有效的环保措施。烟尘和二氧化碳排放量的70%、二氧化硫的90%、
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氮氧化物的67%来自于燃煤。据环保部门测算，减少1吨标煤的燃烧，便可少排放CO2∶2.48吨、SO2∶20kg、烟尘：15kg、灰渣：260kg，能有效地改善大气及环境质量。因此，利用循环冷却水余热节约煤炭资源，不仅是资源的节约，更可减少燃煤的负面环境效应，非常有利于环境保护。
随着人民生活水平的提高，城市生活及轻工业生产中对中、低温热能的消费越来越多，如：许多工业生产过程都需要70～110℃范围的热能，目前这些热能大都是通过电力或石油、天然气和煤炭等燃料的燃烧来获得。归根结底，这是降低“燃料”这种非再生能源的高品位能为低品位能的使用，属不合理的能源分
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配。它使目前我国能源综合利用率不超过40%，极大地浪费了资源。如果利用热泵、热管技术将低品位的电厂余热提高品位向这些工业过程供热，将会节约大量的燃料。这可提高能源综合利用率。
利用掉循环冷却水余热，使排放到大气、水域中的热量降低，甚至实现电厂零热排放，可避免上文中一再提及的热污染发生，这无疑是电厂对周围生态环境保护的极大贡献。
未来20年，我国将实行“保障供应、节能优先、结构优化、环境友好”的可持续发展能源战略，力争实现GDP翻两番、能源翻一番的战略目标。火、核电厂循环冷却水余热综合利用的方向正符合这一宏伟的战略目标。
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