1、電廠水源
其他地方的核電站都有一個水體作為冷卻水源，但帕洛維德地處沙漠地區(qū)，水源缺乏，必須要想出一種獨特的取水方法。
帕洛維德的水源起初來自菲尼克斯市的第91大道廢水處理廠，該廠也從附近的格倫代爾、梅薩、坦佩和斯科茨代爾的下水道系統(tǒng)中供應(yīng)廢水。
此外，托爾遜市使用相同的系統(tǒng)向帕洛維德提供了一小部分水。
這些設(shè)施處理后的廢水，通過管道從菲尼克斯西部地區(qū)輸送到位于托諾帕發(fā)電廠附近的帕洛維德水資源公司(PVWR)。
這條路線包括6英里114英寸管道和22.5英里96英寸管道中的重力流輸送到泵站。在泵站，水通過66英寸管道中完成了8英里的上坡旅程。
水輸送到PVWR，會經(jīng)歷一個軟化過程，在兩級澄清器中加入石灰、二氧化碳和純堿，然后再進行額外過濾，最終會到達(dá)兩個大型的襯砌水庫。
45英畝和85英畝的水庫基本成為了帕洛維德的湖泊，為這3個機組提供了超過10億加侖的水，足以在一年中最熱的月份使用12天。
這些水庫也是當(dāng)?shù)厮莺鸵恍~類的家園，為大多數(shù)核電站的冷卻水補給系統(tǒng)提供了類似的挑戰(zhàn)。
冷卻水從蓄水池泵送至3臺機組的循環(huán)水系統(tǒng)，每個循環(huán)水系統(tǒng)由三個大型冷卻塔組成，用于從冷凝器中排出熱量。
在一年中最熱的月份，循環(huán)水系統(tǒng)的補給量約為18,000加侖/分鐘(gpm)(已計算大氣中的水分損失);在較冷的月份，所需較少。
來自PVWR的水也被輸送到附近的燃?xì)饧t鷹(Redhawk)發(fā)電站，該發(fā)電站與帕洛維德一樣，由亞利桑那州公共服務(wù)公司(APS)運營。
水軟化過程有各種好處，雖然去除了許多對機組冷凝管有害的化學(xué)物質(zhì)，但并非所有成分都能得到處理。
氯化物和其他有助于總?cè)芙夤腆w(TDS)的化學(xué)品具有操作限制，要求一定量的循環(huán)水從系統(tǒng)排放到一組蒸發(fā)池(沒有河流、湖泊或海洋)。
這八個蒸發(fā)池提供了650英畝的表面積，用于將水蒸發(fā)到環(huán)境中。
根據(jù)一年中的時間，每臺機組將向蒸發(fā)池排放500至800加侖/分的水。
隨著PVWR團隊多年來對化學(xué)、操作和維護過程的改進，冷卻塔中的濃縮周期繼續(xù)增加，2021年平均超過25個周期。
目前，每年排放到環(huán)境中的相同體積被蒸發(fā)，因此不需要建造額外的蒸發(fā)池。
2、供水
帕洛維德核電站(圖源：網(wǎng)絡(luò))
眾所周知，美國西南部的亞利桑那州供水面臨挑戰(zhàn)，多年來一直處于長期干旱狀態(tài)。
亞利桑那州北部的鮑威爾湖水位已經(jīng)不斷下降，已經(jīng)到了對格倫峽谷大壩(Glen Canyon Dam)(1320-MWe)水電站的持續(xù)運行造成影響。
水位已經(jīng)下降到這樣一個程度：科羅拉多河供水州之間先前的供水協(xié)議中的限制條款已經(jīng)實施，直接影響到亞利桑那州的供水。
雖然這些限制不會直接影響帕洛維德的冷卻水供應(yīng)，但它們肯定強調(diào)了水對亞利桑那州不斷增長的人口、農(nóng)業(yè)和其他行業(yè)的重要性。
當(dāng)帕洛維德在35年前建成時，對廢水處理的需求很低。多年來，經(jīng)處理的廢水主要用于高爾夫球場、公園，農(nóng)業(yè)已經(jīng)大幅增長，水的價值也在增加。
最初的水務(wù)合同是針對核電站最初的40年壽命，當(dāng)帕洛維德向核管理委員會申請20年的許可證延期時，最初的水權(quán)合同重新談判。
自2010年以來，帕洛維德的水費以每年10.5%的速度上漲。
從2026年開始，帕洛維德將過渡到四級水費結(jié)構(gòu)，根據(jù)該結(jié)構(gòu)，每英畝英尺的水費將隨著一個月用水量的增加而增加。
通常，一年中的七個月需要一定量的水處于三級(約為2021每英畝水成本的2倍)，其余五個月需要處于四級價格范圍(比2021增加2.7倍)。
作為參考，帕洛維德每年使用70,000英畝英尺的水進行冷卻，每英畝英尺約為325,000加侖。
2021年水成本超過1200萬美元，水處理的化學(xué)成本超過900萬美元。到2030年，水費預(yù)計將翻一番。
3、有什么選擇?
亞利桑那州沒有現(xiàn)成的替代水源，面臨很多挑戰(zhàn)。
多年來，帕洛維德研究了許多減少用水或獲得額外水源的方法。在許多情況下，從財務(wù)角度來看，尋求這些機會的成本大于收益。
然而，在西南部不斷變化的水資源世界中，必須善于傾聽新的想法。此外，州和國家政府開始提供資金來源，以幫助支付私營公司或地方市政當(dāng)局可能面臨的成本增加。
帕洛維德探索潛在解決方案的愿望，與桑迪亞國家實驗室建立了伙伴關(guān)系，并開發(fā)了帕洛維德水循環(huán)模型。
使用該工具，可以添加或修改水源(包括水量、化學(xué)成分和成本)，該工具將提供軟化水的化學(xué)用量/成本、冷卻塔排污率和蒸發(fā)池水位的變化，并顯示變化帶來的財務(wù)效益或影響。
帕洛維德目前正在使用該模型評估不同的備選方案，以供決策之用。
目前正在評估的一個方案是，使用干式冷卻技術(shù)來補充現(xiàn)有濕式冷卻塔。
考慮到風(fēng)冷系統(tǒng)的尺寸和成本，亞利桑那州炎熱干燥的環(huán)境使干式冷卻成為一項挑戰(zhàn)。
然而，2021，帕洛維德和Sandia利用能源部的成本分擔(dān)計劃，簽訂了一項協(xié)議，研究超臨界CO2作為冷卻介質(zhì)的使用。
試點系統(tǒng)已經(jīng)設(shè)計完成，建設(shè)已經(jīng)完成，預(yù)計將于2022年6月開始進行測試。
經(jīng)過數(shù)月的數(shù)據(jù)收集后，將分析信息的傳熱效果以及各種環(huán)境條件下的電力需求。
利用分析結(jié)果和帕洛維德水循環(huán)模型，可以完成對節(jié)水、通過降低循環(huán)水溫度獲得的額外MWe收益、尺寸和成本的總體評估。雖然目前還不知道結(jié)果，但我們帕洛維德公司希望取得積極的結(jié)果。
帕洛維德也在考慮使用當(dāng)?shù)厥姓?dāng)局的鹽水濃縮水作為水源。
鹽水濃縮物是一些城市用于飲用水的地下水反滲透處理的副產(chǎn)品。然而，帕洛維德處理過的廢水供應(yīng)的典型TDS值為百萬分之900-1000(ppm)，并且利用鹽水來增加，這將增加氯化物和TDS值，并對冷卻塔化學(xué)濃度產(chǎn)生下游影響。
由于這些影響，額外的排污量將挑戰(zhàn)帕洛維德的蒸發(fā)池容量。
已經(jīng)評估了幾種強化蒸發(fā)技術(shù)，這些技術(shù)將提高蒸發(fā)速率，為解決這一挑戰(zhàn)提供初步解決方案。
然而，為了進一步實現(xiàn)減少總用水量的電廠目標(biāo)，帕洛維德正在研究水處理技術(shù)，該技術(shù)將處理27,000-30,000 ppm TDS排污水，回收大量優(yōu)質(zhì)水，并將其返回循環(huán)水系統(tǒng)。
盡管目前存在解決這些挑戰(zhàn)的系統(tǒng)，但公司和大學(xué)仍在繼續(xù)研究水處理。隨著水回收效率的潛在進步，未來的系統(tǒng)可能證明更具成本效益，同時支持帕洛維德及其所有者的水可持續(xù)性目標(biāo)。
雖然本文中討論的想法是帕洛維德目前關(guān)注點，但新想法幾乎一直在評估。花幾分鐘的時間傾聽行業(yè)其他地方使用的概念始終是值得的，同時與社區(qū)和水行業(yè)的工廠利益相關(guān)者建立并保持牢固的關(guān)系也很重要。
人們永遠(yuǎn)不知道是哪封電子郵件、短信還是電話，可能導(dǎo)致解決方案每年節(jié)省數(shù)千加侖的水或數(shù)百萬美元。
水資源保護無疑是一項挑戰(zhàn)，不僅在亞利桑那州，在大西南部也是如此。PVWR正在努力尋找解決方案，同時仍然專注于支持帕洛維德清潔、可靠、經(jīng)濟的發(fā)電和減少水的使用，這是亞利桑那州可持續(xù)能源未來的支柱。
