20世纪70年代和80年代，帕洛维德（Palo Verde）在菲尼克斯（Phoenix）市中心以西约一小时车程处建造了三座1400-MWe的压水反应堆，主要位于索诺兰沙漠，那里看不到河流、湖泊或海洋。

1、电厂水源

其他地方的核电站都有一个水体作为冷却水源，但帕洛维德地处沙漠地区，水源缺乏，必须要想出一种独特的取水方法。

帕洛维德的水源起初来自菲尼克斯市的第91大道废水处理厂，该厂也从附近的格伦代尔、梅萨、坦佩和斯科茨代尔的下水道系统中供应废水。

此外，托尔逊市使用相同的系统向帕洛维德提供了一小部分水。

这些设施处理后的废水，通过管道从菲尼克斯西部地区输送到位于托诺帕发电厂附近的帕洛维德水资源公司（PVWR）。

这条路线包括6英里114英寸管道和22.5英里96英寸管道中的重力流输送到泵站。在泵站，水通过66英寸管道中完成了8英里的上坡旅程。

水输送到PVWR，会经历一个软化过程，在两级澄清器中加入石灰、二氧化碳和纯碱，然后再进行额外过滤，最终会到达两个大型的衬砌水库。

45英亩和85英亩的水库基本成为了帕洛维德的湖泊，为这3个机组提供了超过10亿加仑的水，足以在一年中最热的月份使用12天。

这些水库也是当地水禽和一些鱼类的家园，为大多数核电站的冷却水补给系统提供了类似的挑战。

冷却水从蓄水池泵送至3台机组的循环水系统，每个循环水系统由三个大型冷却塔组成，用于从冷凝器中排出热量。

在一年中最热的月份，循环水系统的补给量约为18,000加仑/分钟（gpm）（已计算大气中的水分损失）；在较冷的月份，所需较少。

来自PVWR的水也被输送到附近的燃气红鹰（Redhawk）发电站，该发电站与帕洛维德一样，由亚利桑那州公共服务公司（APS）运营。

水软化过程有各种好处，虽然去除了许多对机组冷凝管有害的化学物质，但并非所有成分都能得到处理。

氯化物和其他有助于总溶解固体（TDS）的化学品具有操作限制，要求一定量的循环水从系统排放到一组蒸发池（没有河流、湖泊或海洋）。

这八个蒸发池提供了650英亩的表面积，用于将水蒸发到环境中。

根据一年中的时间，每台机组将向蒸发池排放500至800加仑/分的水。

随着PVWR团队多年来对化学、操作和维护过程的改进，冷却塔中的浓缩周期继续增加，2021年平均超过25个周期。

目前，每年排放到环境中的相同体积被蒸发，因此不需要建造额外的蒸发池。

2、供水

帕洛维德核电站（图源：网络）

众所周知，美国西南部的亚利桑那州供水面临挑战，多年来一直处于长期干旱状态。

亚利桑那州北部的鲍威尔湖水位已经不断下降，已经到了对格伦峡谷大坝（Glen Canyon Dam）（1320-MWe）水电站的持续运行造成影响。

水位已经下降到这样一个程度：科罗拉多河供水州之间先前的供水协议中的限制条款已经实施，直接影响到亚利桑那州的供水。

虽然这些限制不会直接影响帕洛维德的冷却水供应，但它们肯定强调了水对亚利桑那州不断增长的人口、农业和其他行业的重要性。

当帕洛维德在35年前建成时，对废水处理的需求很低。多年来，经处理的废水主要用于高尔夫球场、公园，农业已经大幅增长，水的价值也在增加。

最初的水务合同是针对核电站最初的40年寿命，当帕洛维德向核管理委员会申请20年的许可证延期时，最初的水权合同重新谈判。

自2010年以来，帕洛维德的水费以每年10.5%的速度上涨。

从2026年开始，帕洛维德将过渡到四级水费结构，根据该结构，每英亩英尺的水费将随着一个月用水量的增加而增加。

通常，一年中的七个月需要一定量的水处于三级（约为2021每英亩水成本的2倍），其余五个月需要处于四级价格范围（比2021增加2.7倍）。

作为参考，帕洛维德每年使用70,000英亩英尺的水进行冷却，每英亩英尺约为325,000加仑。

2021年水成本超过1200万美元，水处理的化学成本超过900万美元。到2030年，水费预计将翻一番。

3、有什么选择？

亚利桑那州没有现成的替代水源，面临很多挑战。

多年来，帕洛维德研究了许多减少用水或获得额外水源的方法。在许多情况下，从财务角度来看，寻求这些机会的成本大于收益。

然而，在西南部不断变化的水资源世界中，必须善于倾听新的想法。此外，州和国家政府开始提供资金来源，以帮助支付私营公司或地方市政当局可能面临的成本增加。

帕洛维德探索潜在解决方案的愿望，与桑迪亚国家实验室建立了伙伴关系，并开发了帕洛维德水循环模型。

使用该工具，可以添加或修改水源（包括水量、化学成分和成本），该工具将提供软化水的化学用量/成本、冷却塔排污率和蒸发池水位的变化，并显示变化带来的财务效益或影响。

帕洛维德目前正在使用该模型评估不同的备选方案，以供决策之用。

目前正在评估的一个方案是，使用干式冷却技术来补充现有湿式冷却塔。

考虑到风冷系统的尺寸和成本，亚利桑那州炎热干燥的环境使干式冷却成为一项挑战。

然而，2021，帕洛维德和Sandia利用能源部的成本分担计划，签订了一项协议，研究超临界CO2作为冷却介质的使用。

试点系统已经设计完成，建设已经完成，预计将于2022年6月开始进行测试。

经过数月的数据收集后，将分析信息的传热效果以及各种环境条件下的电力需求。

利用分析结果和帕洛维德水循环模型，可以完成对节水、通过降低循环水温度获得的额外MWe收益、尺寸和成本的总体评估。虽然目前还不知道结果，但我们帕洛维德公司希望取得积极的结果。

帕洛维德也在考虑使用当地市政当局的盐水浓缩水作为水源。

盐水浓缩物是一些城市用于饮用水的地下水反渗透处理的副产品。然而，帕洛维德处理过的废水供应的典型TDS值为百万分之900-1000（ppm），并且利用盐水来增加，这将增加氯化物和TDS值，并对冷却塔化学浓度产生下游影响。

由于这些影响，额外的排污量将挑战帕洛维德的蒸发池容量。

已经评估了几种强化蒸发技术，这些技术将提高蒸发速率，为解决这一挑战提供初步解决方案。

然而，为了进一步实现减少总用水量的电厂目标，帕洛维德正在研究水处理技术，该技术将处理27,000-30,000 ppm TDS排污水，回收大量优质水，并将其返回循环水系统。

尽管目前存在解决这些挑战的系统，但公司和大学仍在继续研究水处理。随着水回收效率的潜在进步，未来的系统可能证明更具成本效益，同时支持帕洛维德及其所有者的水可持续性目标。

虽然本文中讨论的想法是帕洛维德目前关注点，但新想法几乎一直在评估。花几分钟的时间倾听行业其他地方使用的概念始终是值得的，同时与社区和水行业的工厂利益相关者建立并保持牢固的关系也很重要。

人们永远不知道是哪封电子邮件、短信还是电话，可能导致解决方案每年节省数千加仑的水或数百万美元。

水资源保护无疑是一项挑战，不仅在亚利桑那州，在大西南部也是如此。PVWR正在努力寻找解决方案，同时仍然专注于支持帕洛维德清洁、可靠、经济的发电和减少水的使用，这是亚利桑那州可持续能源未来的支柱。（完）