中国工程院院士陆佑楣:可以尝试将核电站反应堆置于地下

在我国广袤的电力版图上，华中地区是一块脆弱的腹地，匮乏的电源支撑起地区高速的经济发展，奇迹背后总有担忧。近年，缺电的华中有望以核电解“燃煤之急”，而福岛核事故之后，内陆核电站审批“急冻”,选址思路的不明朗再次让华中等待。此时，原三峡总公司总经理、中国工程院院士陆佑楣创造性地提出，借鉴水电站建设的经验，将傍水而建的核电站移至山中，这个工程设想如获实施，无疑为选址提供了极广阔的空间，对等待二十多年的湖北、湖南等核电高热省份的意义无疑是巨大的，而我国跨区输电的压力也将大为减轻。当然，当前，即使以处理核废料为例，各国大都采取浅部临时掩埋的措施，在利用深部岩石洞室作为永久储存库方面，虽然科学家为之奋斗了几十年，迄今未获圆满解决。而核电站的选址要求非常高，选址需非常慎重。院士的建议怎样付诸实践？让我们先仔细看一看这幅铺展在面前的蓝图。

日本福岛核电站核泄漏事故是因地震、海啸导致电站失电、循环泵停运、堆芯融化而引起的，如果把核电站的反应堆置于山体内（即地下），因岩体和钢筋混凝土是良好的抗辐射介质，若发生核泄漏，可将其封闭在地下洞室内，起到防止核泄漏扩散的作用。

地下核电站安全壳设想示意图 制图/点金室

地下核电站的总体布置为：核岛部分（安全壳及其相伴的安全厂房）置于地下（山体内），常规岛（汽轮发电机）置于地面，核岛产生的高温高压蒸汽可通过布置在隧道内的管道输向常规岛（属分体布置形式）。如果山体地质条件允许，也可把常规岛部分一并置于地下，视综合效益而定。下图是地下核电站安全壳设想示意图。

地下厂房工程实例

由于当今水电站的厂房大部分置于地下，因此联想将核电站置于地下的可行性。以下列举几个地下水电站实例：

1.长江三峡水电站有6台70万千瓦总计420万千瓦的发电厂置于大坝右岸的地下山体内，厂房跨度32.6米，长度311.3米，开挖高度87.24米，现已有3台投入运行，计划2012年6台机组全部投产。

2.金沙江向家坝水电站有4台80万千瓦总计320万千瓦的发电厂置于右岸山体内，厂房跨度33.4米，长度255.4米，开挖高度88.2米，现已开始机组安装，计划于2012年分批投产运行。

3.金沙江溪洛渡水电站左右岸各有9台（共18台）77万千瓦总计1386万千瓦的发电厂全部置于山体内，厂房跨度31.9米，长度444米，开挖高度75.6米。厂房开挖及土建工程已全部完成，现正进行机组安装，计划于2013年分批投产运行。

4.澜沧江小湾水电站右岸有6台70万千瓦总计420万千瓦的发电厂全部置于山体内，厂房跨度29.5米，长度326米，开挖高度65.6米，2010年已全部投产运行。

5.雅砻江二滩水电站左岸有6台55万千瓦总计330万千瓦的发电厂全部置于山体内，厂房跨度25.5米，长度280.29米，开挖高度65.38米，2000年已全部投产运行。

6.正在做前期工作的金沙江白鹤滩水电站设计有左右岸各7台（共14台）100万千瓦总计1400万千瓦的发电厂全部置于山体内。

还有很多已建、在建和设计过程中的水电站把发电厂房布置在地下山体内主要原因是水电站大都位于深山峡谷中，大坝（挡水建筑物）占据了主河道，坝体内要留出泄洪孔的位置，很难再为发电厂房留出空间，转而设计于山体内（地下）。这也是国内（特别是西部山区）大部分水电站基本的设计模式，是安全经济的选择。地下发电厂房在长期的建设实践中积累了丰富的地下工程施工经验，在技术上已十分成熟。

可行性分析

1.造价

已建和在建部分水电站地下厂房的基本参数和造价情况见下表。由表可知：

a）地下厂房造价在水电站总投资（含大坝主体工程、移民等）中所占比重较小，溪洛渡水电站为23.68%；小湾水电站为8.7%；二滩水电站为16%（以上3个水电站的发电厂房均为地下厂房）。

b）地下厂房造价中，洞室开挖、混凝土工程、支护、灌浆等土建工程造价会受水电站所处地理位置、地质条件、物价水平等因素影响，其在地下厂房总造价中所占比重约在40%-60%左右。2000年投产的二滩水电站地下厂房土建工程造价占总造价的63%，2010年投产的小湾水电站为45.3%；而将于2012年蓄水发电的向家坝水电站地下厂房土建工程造价占总造价的比重下降为38%，将于2013年蓄水发电的溪洛渡水电站也仅有40%；三峡水电站地下厂房土建工程造价占总造价的比重较小，为25%。

c）地下厂房洞室单位体积土建工程造价约在0.05-0.15亿元/万立方米。二滩水电站单位体积土建工程造价约为0.152亿元/万立方米、三峡水电站约为0.074亿元/万立方米、向家坝水电站约为0.087亿元/万立方米、溪洛渡水电站约为0.050亿元/万立方米、小湾水电站约为0.077亿元/万立方米。

2.岩体结构安全性

通过详细的地质勘探、选择良好的岩体、避开岩体内较大的断层、裂隙和软弱带，并设计良好的厂房体形，地下洞室的围岩应力是很小的。同时，核电站的核岛安全壳无论是二代还是三代EPR或AP1000都是直径40米左右的圆筒型结构，对降低围岩应力极为有利。

3.抗（地）震性能

事实证明，地下建筑物的抗震性能远优于地面建筑物，已建和在建水电站的地下厂房抗震设计烈度均在7-8度左右。

地下水电站示意图 制图/点金室

部分水电站地下厂房的基本参数和造价统计表

4.厂房起重设备能力

水电站地下厂房因要起吊发电机的定子、转子（70-100万千瓦级的发电机转子重约2000吨），均采用2×1250吨的桥式起重机抬吊，具备起吊核电站反应堆压力容器的能力。

5.地下水污染问题

若将核反应堆置于地下，存在污染地下水的可能性。而根据地下水电站的施工经验，地下厂房四周及周边岩体内均可通过固结灌浆和帷幕灌浆来阻隔地下水，形成封闭的、独立的空间，以确保放射性物质处于全封闭的状态。

6.地下厂房密闭性

核电站的地下安全壳及相伴的辅属厂房与地面设施之间将设有各种连通通道（交通洞、压力管道、电缆管道、信息仪表通道、通风竖/斜井等），为确保发生核泄漏等事故时地下厂房的密闭性，可在上述通道口设计密闭闸门，紧急情况下予以关闭。核反应堆的乏燃料和低放射性排放物都可在地下设计专门的储存室予以保存。

7.选址

内陆核电站的选址是非常困难的，电站建设需要大面积平坦的土地，难免要占用农耕用地、影响居民生活。我国有大量的崇山峻岭和不可耕种或生活的山地，将核电站置于此类地区的地下，避免破坏地表，可节约农耕用地，减少对居民生活的影响。

8.冷却水

核电站的常规岛汽轮机需要大量的冷却水。若将核电站建在山区，可在山沟内配合修建小型水库，以提供冷却水，是完全可操作的。

更进一步地设想，可把水电站与核电站组合在一起，利用河流梯级水电站的库水作为冷却水，可以节省水循环的耗能。水电站与核电站都是高效的能源利用电站，将其组合在一起，核电站承担电力负荷基本负荷，水电站承担电力负荷曲线中的腰荷和峰荷，从而形成强大的、无排放的清洁电源。

1979年美国三里岛核电站事故损失约20亿美元。 资料图片

2012年3月25日，第八届国际新闻摄影比赛（华赛）获奖作品在杭州揭晓。《切尔诺贝利记忆》获得自然及环保类新闻组照金奖。 摄影/cfp

我国能源的需求，必将还有一个增长的过程。为减少二氧化碳排放，真正有效的措施，还是要更多发展核电站，因此不能因日本福岛核泄漏事故而使我国核电发展止步不前。在公众看来，核电发展的问题是如何把核电站建得安全可靠，即便发生事故时也有相应的应急手段，从而防止核辐射、核污染影响的扩大，地下核电站则是个可取的选择。