20世紀70年代和80年代，帕洛維德(Palo Verde)在菲尼克斯(Phoenix)市中心以西約一小時車程處建造了三座1400-MWe的壓水反應堆，主要位于索諾蘭沙漠，那里看不到河流、湖泊或海洋。

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，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中供應廢水。

此外，托爾遜市使用相同的系統向帕洛維德提供了一小部分水。

這些設施處理后的廢水，通過管道從菲尼克斯西部地區輸送到位于托諾帕發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。

這些水庫也是當地水禽和一些魚類的家園，為大多數核電站的冷卻水補給系統提供了類似的挑戰。

冷卻水從蓄水池泵送至3臺機組的循環水系統，每個循環水系統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，循環水系統的補給量約為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氣紅鷹(Redhawk)發電站，該發電站與帕洛維德一樣，由亞利桑那州公共服務公司(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物質，但并非所有成分都能得到處理。

氯化物和其他有助于總溶解固體(TDS)的化學品具有操作限制，要求一定量的循環水從系統排放到一組蒸發池(沒有河流、湖泊或海洋)。

這八個蒸發池提供了650英畝的表面積，用于將水蒸發到環境中。

根據一年中的時間，每臺機組將向蒸發池排放500至800加侖/分的水。

隨著PVWR團隊多年來對化學、操作和維護過程的改進，冷卻塔中的濃縮周期繼續增加，2021年平均超過25個周期。

目前，每年排放到環境中的相同體積被蒸發，因此不需要建造額外的蒸發池。

2、供水

帕洛維德核電站(圖源：網絡)

眾所周知，美國西南部的亞利桑那州供水面臨挑戰，多年來一直處于長期干旱狀態。

亞利桑那州北部的鮑威爾湖水位已經不斷下降，已經到了對格倫峽谷大壩(Glen Canyon Dam)(1320-MWe)水電站的持續運行造成影響。

水位已經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議中的限制條款已經實施，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，但它們肯定強調了水對亞利桑那州不斷增長的人口、農業和其他行業的重要性。

當帕洛維德在35年前建成時，對廢水處理的需求很低。多年來，經處理的廢水主要用于高爾夫球場、公園，農業已經大幅增長，水的價值也在增加。

最初的水務合同是針對核電站最初的40年壽命，當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構，根據該結構，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，水處理的化學成本超過900萬美元。到2030年，水費預計將翻一番。

3、有什么選擇?

亞利桑那州沒有現成的替代水源，面臨很多挑戰。

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系，并開發了帕洛維德水循環模型。

使用該工具，可以添加或修改水源(包括水量、化學成分和成本)，該工具將提供軟化水的化學用量/成本、冷卻塔排污率和蒸發池水位的變化，并顯示變化帶來的財務效益或影響。

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，使用干式冷卻技術來補充現有濕式冷卻塔。

考慮到風冷系統的尺寸和成本，亞利桑那州炎熱干燥的環境使干式冷卻成為一項挑戰。

然而，2021，帕洛維德和Sandia利用能源部的成本分擔計劃，簽訂了一項協議，研究超臨界CO2作為冷卻介質的使用。

試點系統已經設計完成，建設已經完成，預計將于2022年6月開始進行測試。

經過數月的數據收集后，將分析信息的傳熱效果以及各種環境條件下的電力需求。

利用分析結果和帕洛維德水循環模型，可以完成對節水、通過降低循環水溫度獲得的額外MWe收益、尺寸和成本的總體評估。雖然目前還不知道結果，但我們帕洛維德公司希望取得積極的結果。

帕洛維德也在考慮使用當地市政當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品。然而，帕洛維德處理過的廢水供應的典型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，并對冷卻塔化學濃度產生下游影響。

由于這些影響，額外的排污量將挑戰帕洛維德的蒸發池容量。

已經評估了幾種強化蒸發技術，這些技術將提高蒸發速率，為解決這一挑戰提供初步解決方案。

然而，為了進一步實現減少總用水量的電廠目標，帕洛維德正在研究水處理技術，該技術將處理27,000-30,000 ppm TDS排污水，回收大量優質水，并將其返回循環水系統。

盡管目前存在解決這些挑戰的系統，但公司和大學仍在繼續研究水處理。隨著水回收效率的潛在進步，未來的系統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性目標。

雖然本文中討論的想法是帕洛維德目前關注點，但新想法幾乎一直在評估。花幾分鐘的時間傾聽行業其他地方使用的概念始終是值得的，同時與社區和水行業的工廠利益相關者建立并保持牢固的關系也很重要。

人們永遠不知道是哪封電子郵件、短信還是電話，可能導致解決方案每年節省數千加侖的水或數百萬美元。

水資源保護無疑是一項挑戰，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、經濟的發電和減少水的使用，這是亞利桑那州可持續能源未來的支柱。