滨海核电厂温排水环评关键问题分析

张爱玲，王韶伟，赵懿珺，袁珏

(1.环境保护部核与辐射安全中心， 北京 100082； 2.中国水利水电科学研究院， 北京 100038)

滨海核电厂温排水环评关键问题分析

张爱玲1，王韶伟1，赵懿珺2，袁珏2

(1.环境保护部核与辐射安全中心， 北京 100082； 2.中国水利水电科学研究院， 北京 100038)

目前，温排水已成为滨海核电厂环境影响评价中的重要内容，受到越来越多的关注。基于核电厂温排水与其他能源项目在热污染方面所造成的环境影响属于共性问题，分析和总结了滨海核电厂温排水环境影响评价中的几个关键问题，包括温排水环境影响评价标准尚需完善、温排水影响预测评价方法、温排水环境影响监测及后评估、核电一址多堆的热环境容量等问题，阐述观点和并提出建议。

滨海核电厂；温排水；环境影响评价

核电是一种安全、经济、清洁的能源，国内外核电厂运行实践表明，发展核电对节能减排、优化能源结构具有重要意义。近年来，国家对核电产业加大支持力度，截至2014年10月底，我国大陆在建和运行滨海核电厂已达13座，投入商业运行核电机组20台，在建机组28台。随着核电发展和建设步伐的加快，核电厂安全和环境问题也越来越受到社会重视和关注[1- 3]。

与火电厂相比，核电厂的热效率偏低，仅能将约1/3的核裂变能转变为电能，其余约2/3以热的形式排入环境[4]。大量废热造成核电厂排水口及其附近区域海水水温升高，改变水体环境质量，进而影响水体生态系统，甚至产生明显的危害效应。部分已运行电厂海域水质监测数据和生态调查数据显示，温排水确实引起了工程海域水质变化，其所造成的环境影响不容忽视[5]。

海洋生态与环境保护是环境领域的研究重点。海水水温是海洋水质和海域生态环境的重要表征指标，核电厂温排水热影响及其控制属于海洋生态与环境保护范畴，核电厂温排水对海域环境热污染程度的定量评价也已经纳入核电厂环境影响评价的关键问题中[6- 7]。本文从核电厂温排水环境影响共性、相关评价标准完善、温排水影响预测评价方法、温排水环境影响监测及后评估、一址多堆的热环境容量等方面，对当前滨海核电厂温排水问题进行探讨。

1 核电厂温排水环境影响问题属性

电厂冷却水系统是将电厂产生的乏热通过各种方式最终排入环境的系统，冷却水自水源经循环水泵、冷却器吸热后再排入水源。直流供水冷却方式，即冷却水流过冷凝器，将电厂废热在冷凝器中进行一次性热交换，冷却水吸收废热而水温升高后，直接排至附近水体，称为温排水。

我国滨海核电厂发电冷却水系统与大多数大型火电厂及其他能源项目一样，均采用直流供水冷却方式，利用海水作为冷却介质进行热交换，从而确保发电装置处于正常、稳定工况下，如图1所示。冷却水系统是相对独立的系统，并不与核电厂其他系统存在连通，除热量交换外，无其他物质交换。因此，温排水只是水温升高，其他水质指标没有变化。

受卡诺循环和核电技术的限制，滨海核电厂发电效率通常为33%左右，目前在建的广东台山核电厂可达到36%，相比于超临界大型火电厂40%的发电效率和超超临界火电厂45%的发电效率而言，核电厂的发电效率相对偏低。我国在建和运行的核电机组大多为百万千瓦级核电机组，排热量较大，每台核电机组冷却水流量约为50～65 m3/s，排水温升为8～10℃，比火电机组排热量多20%左右。

从上述分析来看，核电厂温排水问题与其他能源项目相比，并无特殊性，其可能造成的环境影响属于共性问题。因此，核电厂温排水环境影响评价与常规能源项目温排水影响评价的要求是一致的。

图1 电厂冷却水系统示意图Fig.1 Power plant cooling water system schematic

2 核电厂温排水环境影响评价标准

我国现行法规或标准中涉及温排水影响评价及温升影响控制的内容较少，主要包括《中华人民共和国海洋环境保护法》(1999年)、《海水水质标准》(GB 3097—1997)和《近岸海域环境功能区管理办法》(1999年)等。《海洋环境保护法》规定，在向海域排放含热废水时，必须采取有效措施，保证邻近水域水温符合国家海洋环境质量标准。这是对建设项目冷却水排海造成温升影响的原则规定，是下层法规标准制定的根本依据。

《海水水质标准》规定，“对于第一类、第二类海域，人为造成的海水温升夏季不超过当时当地1℃，其他季节不超过2℃；对于第三类、第四类海域，人为造成的海水温升不超过当时当地4℃”。该标准属于环境质量标准范畴，规定了工程项目排热造成海水温升的限值，但没有规定温升限值面积或范围及相关管理控制要求，也没有规定温排水环境影响的定量评价方法。

《近岸海域环境功能区管理办法》依据近岸海域的自然属性和社会属性，以及海洋自然资源开发利用现状，结合行政区国民经济、社会发展计划与规划，对近岸海域按照不同使用功能和保护目标，划定4类近岸海域环境功能区，并明确各类功能区的海水水质标准。该管理办法规定，“对入海河流河口、陆源直排口和污水排海工程排放口附近的近岸海域，可确定为混合区”，但没有明确混合区的划定方法，特别是对于受温排水热影响的混合区的范围，未设定明确的界定和定量指标，只是原则性提出“确定混合区的范围，应当根据该区域的水动力条件，邻近近岸海域环境功能区的水质要求，接纳污染物的种类、数量等因素，进行科学论证”的评价要求。

由于上述现行法规标准制定时间均较早，对温排水监管和控制不够明确，缺乏实际操作性，相关法规体系中也缺少如何进行温排水环境影响评价的标准。因此，我国目前对每个滨海核电厂的温排水环境影响审查，不得不采取“一事一议”的办法，来确定其可接受性。

鉴于温排水的环境影响越来越受到广泛关注，应加强温排水对海域环境和生态系统影响的基础研究，加强对温排水利用及控制的技术研究，加强温排水环境影响的评价方法研究，为制订和完善温排水环境影响法规标准提供技术依据，为环保管理部门科学管理和决策提供重要参考。

3 核电厂温排水影响预测评价方法

在核电厂取排水工程设计及温排水物理影响评价中，主要围绕两个方面的问题开展研究和论证：一是结合当地海域的风、浪、流、泥沙等自然条件，论证并确定取排水口位置及型式，尽可能减少核电厂温排水回流造成的取水温升影响，确保取到低温海水，满足取排水工艺要求，达到设计所需的冷却效果，保证核电厂用水安全；二是结合工程海域的水动力条件和生态环境特征，充分研究温排水在环境水域中的输移扩散规律，采取合理可行的工程设计和环保措施，尽量减少温排水的物理影响范围，保证受纳海域的水温符合当地海域环境质量标准和近岸海域环境功能区划要求，降低温排水对周边水环境和生态资源的不利影响。

围绕上述问题，通常采用取排水局部区域小变态物理模型与大范围水域数学模型两类模拟手段开展论证分析。物理模型能够比较真实地反映排水近区温差浮射流卷吸掺混特性，便于直观显示温排水的三维水力、热力特性，但模拟范围较小，热量在边界上容易溢出，同时模型变态率不宜太大，否则对温排水运动的模拟容易失真。此外，由于目前一般的普通实验室大多无法实现温湿度的自由调控，所以在散热方面还难以严格满足相似要求。数学模型经济、快捷、灵活、无变态、不受场地限制，工程上常用的有垂向平均二维数学模型及沿水深方向分层的准三维模型。这两种数学模型可以较好地模拟排水远区温排水随潮输移的扩散规律，充分考虑水面的散热影响，具有模拟范围大、热量守恒性好的优势，但均属于远区模型，无法准确模拟排水近区的三维紊动浮射流特性。精细模拟的全三维紊流模型可以较好地模拟近区温排水的水力、热力特性，但由于模型复杂，计算量过于庞大，在工程实践中还难以普及应用。

基于工程上温排水研究常用的物理模型与数模模型各有其适应性和局限性，核电厂温排水物理影响预测评价中要求采取两种手段相结合，通过综合分析后给出最终温排水预测结果。在已有的十几个核电工程评价中，排水口近区温排水影响范围(一般情况下，温升高于2℃的区域)通常采用物理模型试验结果，排水口远区影响范围往往采用数学模型计算结果。建议今后进一步加强数学模型计算和物理模型试验的温排水影响预测方法及关键参数的基础研究，尤其结合已获得的温排水影响的实测数据进行检验和反馈，提高模型构建的合理性和预测结果的准确度，为环境影响评价提供更加细致、可靠的技术依据。

4 核电厂温排水环境影响监测及后评估

长期以来，对核电厂温排水环境影响的控制管理主要是参考工程建设前的预测评价(前评价)结果。鉴于温排水预测评价结果的可靠性依赖于基础资料的翔实程度以及预测模式的运算精度，预测结果存在较大的不确定性和局限性，因此，在核电厂运行后，温排水造成的实际环境影响可能会与预测评价结果存在较大差异。但是由于对核电厂运行后环境影响评估的重视程度还远远不够，目前国内在核电厂温排水对海域环境的实际影响、热污染控制的有效性和环境保护效果以及预测评价的准确性和合理性等方面开展的基础研究仍旧相对薄弱。

近年来，随着对核电厂热影响的逐渐重视，环境保护主管部门通常要求核电厂在设计阶段的环境影响评价中，就开展针对温排水环境影响监测方案的详细设计，包括布点、监测设备、信息传输等，并要求在核电厂首次装料前具备监测能力。从国内几家研究单位已经开展的大亚湾核电基地、秦山核电基地和田湾核电站温排水环境影响监测工程实践和应用研究中可以看出，利用海域大面积观测、航天或航空遥感监测以及定点水温连续监测等手段，能够清楚掌握核电厂温排水实际影响的范围和程度。同时，获取的温排水实际影响数据也是进一步改进温排水影响模拟预测方法和提高预测准确性及科学性的重要技术手段。

从环境管理角度出发，建议进一步加强卫星遥感测温监测与反演、大范围海域水上同步测量等重要海洋环境监测技术的开发，以及能够反映海域主要水文、气象条件下温度场实时变化过程的高精度海域水环境动态数值预报模型开发，综合上述各种技术手段的优点，实现技术互补，及时发现和解决核电厂温排水环境影响关键问题，开展核电厂温排水影响后评估。

5 核电厂一址多堆热环境容量限制

环境容量是指某一环境区域内对人类活动造成影响的最大容纳量。就环境热污染而言，向环境中排放的热量超过最大容纳量，环境的生态平衡和正常功能就会遭到破坏。

核电厂因其安全性要求非常高，厂址相对稀缺，从节约土地资源和环境资源角度出发，通常一个滨海核电厂址的规划容量按照6台百万千瓦级机组考虑，即采用“一址多堆”的建设模式；此外，同一海域数座电厂一起排热的现象也屡见不鲜，形成所谓的“电厂群效应”[8]。当大量热源集中排入海域，必然会对海洋生态环境产生热污染。因此，核电厂排热海域的热环境容量也会制约核电厂机组建设数量。

一些火电厂在受到所在海域热环境容量限制后，采取了温排水近零排放的措施，相关经验值得核电厂借鉴。例如，浙江象山港是一个扩散条件相对较差的半封闭港湾，港顶水流速度较小，水体交换缓慢，象山港温排水容量已经很小，不宜再增加大量温排水。为解决电厂温排水对象山港海域热污染的问题，保护海洋生态环境，宁海火电厂二期工程在国内首次采用了海水自然通风冷却塔循环供水系统，实现了该电厂温排水的近零排放。

因此，建议在核电厂选址时就要充分考虑其排热所造成的热环境容量问题，优先选择环境容量相对较优的厂址，合理确定核电机组规划容量和冷却方式，而且更加需要在核电厂环境影响评价论证中对排热海域的热环境容量进行科学评估，阶梯开发、统筹管理海域热排放，避免造成实质性生态影响。

6 结论

滨海核电厂温排水热污染作为水环境问题的一个重要方面，受到越来越广泛的关注和重视。通过上述分析，滨海核电厂的温排水问题与其他能源项目在热污染方面所造成环境影响属于共性问题，但由于热效率偏低和大功率特征，加上厂址海域环境特征的复杂性，其环境影响评价又有其特殊性：

(1)由于制定时间较早，我国现行评价标准对温排水的监管和控制不够明确，缺乏实际操作性。我国目前只能采取“一事一议”的办法，来对每个滨海核电厂的温排水环境影响进行审查，确定其可接受性。

(2)数值模拟计算和物理模型试验都存在着一定的局限性和不确定性，核电厂温排水物理影响预测评价中要求采取两种手段进行模拟预测研究，通过综合分析给出最终的温排水预测结果。

(3)鉴于预测评价结果的可靠性依赖于基础资料的翔实程度和预测模式的运算精度，在核电厂运行后，温排水造成的实际环境影响可能会与预测评价结果存在较大差异，而目前对核电厂运行后环境影响评估的重视程度还远远不够。

(4)从节约土地资源和环境资源的角度，滨海核电往往规划为多堆厂址，该模式会造成核电厂向海域集中排热，海域热环境容量未来可能会成为制约核电厂机组建设数量的重要因素。

综上所述，我国在滨海核电厂温排水环境影响的评价和管控方面尚存在不足，今后应加强相关基础研究，从代表性潮型选取和预测评价方法方面提高温排水物理影响预测的准确性和科学性，从海域热环境容量方面综合考虑采取经济效益和环境保护最优的冷却方式，从温排水环境影响监测及后评估方面改进和完善温排水物理影响模拟方法，制定和完善温排水环境影响评价法规标准，为海洋环境保护提供科学合理的决策依据。

[1] 李干杰, 丁中智. 对我国发展核电若干关键问题的分析与看法[J]. 华北电力大学学报, 2006, (1):1- 7.

[2] International Atomic Energy Agency. International Fact Finding Expert Mission Of The Fukushima Dai-Ichi NPP Accident Following The Great East Japan Earthquake And Tsunami[R]. Japan: The Great East Japan Earthquake Expert Mission, 2011.

[3] 刘永叶, 刘森林, 陈晓秋. 核电站温排水的热污染控制对策[J]. 原子能科学技术, 2009, 43(12): 191- 196.

[4] 张爱玲, 汪萍, 陈莹莹. 滨海核电厂温排水物理影响模拟中几个关注问题及审评见解[J]. 辐射防护通讯, 2011, 31(1): 21- 27.

[5] 陈晓秋, 商照荣, 张爱玲, 等. 关于核电厂温排水环境影响的审评见解[J]. 核电, 2008(5): 13- 18.

[6] 梁春利, 李名松. 不同潮汐状况下的核电站近岸温度场航空遥感测量研究[C]//中国核学会. 中国核科学技术进展报告(第一卷)铀矿地质分卷. 北京: 原子能出版社, 2009: 189- 193.

[7] 朱鹏利. 台山核电工程温排水对海洋环境影响预测[D]. 青岛: 中国海洋大学, 2008.

[8] 赵懿珺. 火(核)电厂温排水热污染防控体系研究概述[J]. 水利水电科技进展, 2012, 32(1): 74- 77.

Analysis of Key Issues in Environmental Impact Assessment of Thermal Discharge from Coastal Nuclear Power Plant

ZHANG Ai-ling1, WANG Shao-wei1, ZHAO Yi-jun2, YUAN Jue2

(1.Nuclear and Radiation Safety Center, Ministry of Environmental Protection, Beijing 100082, China;2.China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing 100038, China)

As one of the most important contents of environmental impact assessment for coastal nuclear power plant, thermal discharge has attracted increasing attention. As the environmental impacts of thermal discharge from coastal nuclear power plant and other energy projects share some commonalities, the paper analyzes some key issues in environmental impact assessment of thermal discharge from coastal nuclear power plant, including the standards on environmental impact assessment of thermal discharge, the prediction and evaluation methods, the monitoring and follow-up assessment, and the environmental heat capacity involved in multi-reactor in one site. Some suggestions are also given.

coastal nuclear power plant; thermal discharge; environmental impact assessment

2014-11-06

张爱玲(1973—)，女，山东潍坊人，研究员，硕士，主要研究方向为核设施环境影响评价，E-mail：zhang20040701@sina.com

10.14068/j.ceia.2015.03.015

X820.3

A

2095-6444(2015)03-0057-04