滨海核电厂取水工程方案研究

彭兆城

(中船第九设计研究院工程有限公司，上海 200063)

1 概述

随着我国的经济发展及社会进步，电力行业正在发生巨大转变，淘汰落后产能，推进节能减排，发展清洁高效的新能源是目前的大趋势，而核能发展是我国新能源开发的一个重要环节。

由于核电厂运行时需要大量的循环冷却水，我国目前已建的核电厂均位于海边，利用海水作为核电厂运行时的冷却水，并将温排水及低放废水就近排入大海，利用潮汐海流对温排水进行稀释扩散，减少温排水对环境的影响。

核电厂取水工程不仅要考虑取水可靠性、泥沙淤积、温排水影响、水文波浪等自然条件，还需要满足相关规划、法律法规、政策符合性等条件。合适的取水方案对项目投资及建设进度有重要意义。

2 取水工程工艺设计要求

影响核电厂取水工程设计的因素很多，主要包括取水水深、泥沙、波浪、地质条件、岸滩稳定性、海冰以及温排水等因素。下面将对以上影响因素进行具体介绍。

2.1 取水水深

取水水深是取水工程设计的主要因素，无论采用何种取水方式，都要保证取水口处有足够的取水水深，在设计低潮位时仍能取到足够量的水，满足核电长的运行要求。

核电厂用水系统通常分为两部分，即循环冷却水系统和安全厂用水系统，循环冷却水系统基本不涉及核安全问题，一般设计要求99%低潮位，即出现百年一遇低潮位时仍能取到水；而安全厂用水系统则关系到核电厂安全，一旦不能保证安全厂用水系统，会影响核电厂运行安全，因此安全厂用水系统的取水设计标准高于循环冷却水系统，设计要求出现DBL水位，即设计基准低水位时仍能取到足量的水。

2.2 泥沙

水深影响取水水量，泥沙则影响取水水质，泥沙进入取水口，不仅会影响水质，还可能导致取水明渠或隧洞淤积堵塞，从而影响核电厂运行。因此在设计取水工程时需防止大量泥沙进入，确保取水工程能够长期正常运行。

在选择取水口位置时，应选择在水质较好、水中漂浮物和泥沙较少的地段,不应选在两股泥沙流相汇的地段。若采用明渠取水，需考虑一定的备淤深度，并定期清淤；若采用隧洞取水，需保证取水流速，减少隧洞内淤积量，并定期检查隧洞内情况。

2.3 波浪

取水工程设计还应考虑波浪影响，特别是采用明渠取水时，一般泵房前池的有效波高不应超过0.5 m。若取水口门直接面向常浪向或者强浪向，波浪直接进入取水明渠后，不受任何阻挡涌向泵房，波能几乎没有受到削减，导致泵房前池内波浪波动幅度大。因此，在取水工程设计时，取水口门设置应避开常浪向或强浪向，特殊情况下还需考虑设置消浪措施。

2.4 地质条件

地质条件的好坏关乎到取水工程安全性，取水构筑物应设在地质构造稳定、承载力大的地基上，不宜设在断层、滑坡、冲积层、风化严重和岩溶发育地段，特别是包含安全厂用水系统的取水构筑物，必须设置在满足抗震Ⅰ类标准的地质条件上。若现状地质条件较差，难以避开，则应进行换填等地基处理，以满足地基承载力要求，但由此会增加工程费用，延长工程进度，因此在前期选址时应特别注意地质条件。

2.5 岸滩稳定性

由于取水明渠会影响附近洋流，改变附近海域冲淤平衡，因此在布置取水口与取水明渠时，要特别注意岸滩稳定性，并应进行相应的专题研究。取水工程应设置在岸滩稳定性较好的海域，若取水工程会引起淤积，在运行过程中会带来大量泥沙，对取水构筑物造成淤积堵塞，进而威胁取水安全；若取水工程会引起冲刷，在进行明渠设计时需考虑冲刷影响，必要时进行结构加固，防止冲刷造成坡脚失稳，威胁取水安全。

2.6 海冰

在我国北方修建核电厂时，需考虑海冰影响。海冰不仅会堵塞取水口，减少过流断面，威胁取水安全；还会在风和潮流作用下撞击取水构筑物，影响取水构筑物使用寿命。因此在布置取水口时，应避开海冰移动方向，必要时需设置拦冰措施，防止海冰进入取水构筑物，影响取水安全，并且取水口需考虑海冰厚度，预留足够深的取水水深，特殊情况下可采用温排水回流等措施减少海冰影响[1]。

2.7 温排水

循环冷却水温度提高会影响机组的发电效率，经过试验数据，取水温度每增加1 ℃，机组的发电效率大概会降低0.3%。由于核电厂的取排水口通常位于同一片海域，温排水在潮流作用下会扩散至取水口附近，提高取水温度。因此在设计取水工程时，应尽量增大取水口与排水口之间的距离，同时取水口门方向应避免正对排水口，防止温排水直接进入取水口。

3 核电厂取水工程实例

3.1 明渠取水

相比于隧洞取水，明渠具有施工及维护更方便，造价更省，施工难度小，并且取水水头损失小，减少了取水泵房的运行费用等优点，因此明渠取水是目前核电厂取水工程中最常用的取水形式。

福清核电厂位于福建省福清市兴化湾内，工程规划建设6台百万千瓦级压水堆核电机组，其中1号～4号机组为二代改进型压水堆M310，5号、6号机组为ACP1000(即华龙一号)，规划6台机组取水量为436 m3/s。

经过前期调研，工程厂址选在三面临海，水质条件好，水体含沙量小的海域。根据厂址附近的实测波浪资料, 厂址海域主要受SW～S向波浪的影响，常浪向为SW～S向，强浪向为SSW向。

根据附近海域潮位情况，要满足低潮位时核电厂的取水要求，取水口至少应放在-8.5 m处。为避免温排水进入取水口，影响取水温度，应把排水口设置在取水口下游，同时考虑常浪向，把取水口门设置在W方向也是比较合理的，可以减少波浪对取水的影响。由于厂址地位于南方，设计取水工程时不考虑海冰影响，同时所处海域水质较好，含沙量小，也可不考虑泥沙影响(见图1)。

3.2 隧洞取水

取水隧洞施工难度大、成本高、工期长、检修困难，在大部分情况下并不会优先考虑采用隧洞取水。但某些核电厂水深条件较差，漫滩较长，水中含沙量大，若采用明渠取水，明渠设置较长，用海面积大，且明渠运行时容易淤积，此时可考虑采用隧洞取水；或是取水量较小，取水管较短时，设置明渠取水反而不经济，也可采用隧洞取水[2]。

秦山核电厂厂址在杭州湾海域，位于澉浦和乍浦水文站之间，杭州湾内的海水水质受长江、曹娥江、钱塘江和甬江径流影响较大，取水地段平均含沙量2.5 kg/m3，最大含沙量为6 kg/m3～8 kg/m3。

秦山核电厂一期工程是我国第1座压水堆核电厂，于1994年正式投产，装机容量300 MW，一期工程采用明渠取水，取水水量为22.07 m3/s，其中循环冷却水21.6 m3/s，安全厂用水0.47 m3/s。在投产运行一段时间后发现取水口处大量淤积，严重影响取水，低潮位时甚至取不到水。后对取水工程进行改造，将取水口前移，取水明渠延长约70 m，才保证了取水顺利运行。

在建设三期工程时，便采用了隧洞取水的形式(见图2)，秦山核电厂三期工程为重水堆核电厂，容量为2×720 MW，取水水量为81.28 m3/s，其中循环冷却水72.28 m3/s，安全厂用水9 m3/s。每台机组设2个取水头和2根取水隧洞，单根隧洞尺寸为3.3 m×3.3 m，长度为42 m～70 m。

3.3 明渠+隧洞取水

在某些漫滩太长、水深较浅情况下，单纯的采用取水明渠占海面积过大，只采用取水隧洞投资太大，可以考虑明渠+隧洞的形式进行取水，设置明渠在海里导流引水，设置隧洞连通明渠与取水泵房。

田湾核电厂位于江苏省连云港市连云区高公岛乡柳河村。厂址海域为淤泥质沙滩，整体处于冲淤平衡而局部略有冲刷趋势。

田湾核电厂一期工程为压水堆核电机组，容量为2×1 000 MW，取水水量为102 m3/s(见图3)。由于厂址处漫滩长，水深浅，采用全明渠取水，渠内需要挖长挖深，用海面积大且运行时容易淤积，因此在取水设计时考虑前端采用明渠引流，明渠长约1 km，后端采用隧洞连接明渠与取水泵房，将水顺利引至泵房。

4 当前形势与发展趋势

随着越来越多的核电厂建成运行，暴露了很多以往设计时考虑不周的地方，并且随着理想的核电厂址越来越少，以后的核电设计会面对越来越多的难题，同时各类政策的不断出台，也对未来的发展趋势产生影响。

4.1 海生物入侵

海生物入侵明渠会导致取水滤网负荷增大，取水量下降，我国发生过多起海生物入侵取水明渠，导致核电厂降低负荷甚至停机的案例；而对于取水隧洞，海生物在隧洞内壁附着生长，会导致洞径减小，粗糙系数增大，从而增加了取水泵的扬程和功率，因此如何减轻或避免海生物入侵是保证取水安全的关键。在早期的核电取水工程中，对海生物的影响认识不足，缺乏应对措施和处理方案，出现问题以后不得不对取水工程进行改造。目前的取水工程设计，通常在取水明渠中加设拦污网进行拦截，以及在取水隧洞中加药等方式来防止海生物[3]。

4.2 厂址条件差

随着核电厂数量越来越多，优良的厂址条件越来越少，现在核电厂选址逐渐向陆域靠近，漫滩缓、水深浅、波浪高、泥沙多等问题越来越多的出现在取水工程中，导致取水工程不得不做长、做大，工程投资与施工工期也随之增加。

4.3 海洋生态与法律法规

《国务院关于加强滨海湿地保护严格管控围填海的通知》(国发[2018]24号文)明确规定：完善围填海总量管控，取消围填海地方年度计划指标，除国家重大战略项目外，全面停止新增围填海项目审批。目前滨海核电厂都有不同程度的填海围海，尤其是取水明渠，一般需要占用不小的海洋面积。随着用海政策的收紧，用海面积有限，采用明渠取水受到了很大限制。

4.4 电价与成本控制

《关于完善核电上网电价机制有关问题的通知》(国发[2013]1130号文)中规定：对于2013年1月1日后投产的核电机组，核定全国核电标杆上网电价为0.43元/(kW·h)。随着电价的统一，加上目前核电技术的成熟，发电成本基本固定，如何减少建设投资成为了核电企业控制造价的关键问题，而动辄投资数亿的取水工程也成为了控制造价的重要一环。

在当前的外部形势下，如何在保证取水安全、符合国家政策的前提下，尽量减少工程规模和投资成为了取水工程的关键所在。

4.5 发展趋势

由于我国海岸线长，各地气候及海域条件有所差异，海生物种类、生长周期和爆发规律也各不相同，因此在取水工程设计中需要针对各地不同的情况做出具体的对策。在以后的取水工程中，应该形成预测-监测-预警-响应的海生物防治体系，首先要提前预测可能爆发的海生物威胁，并做好应对预案，同时采用雷达、超声波等手段进行监测，在爆发海生物威胁时提前预警，运维单位根据预案做出响应。

目前核电厂的冷却系统基本都采用直流系统，需水量大，导致取水工程规模大、投资高。为减少取水工程投资，应考虑采用二次循环系统，减小需水量，从而降低取水工程规模与投资。

随着优良的厂址越来越少，导致取水工程长度越来越长，为减少取水工程投资，应考虑采用明渠+隧洞或近岸港池的形式进行取水，从而降低取水工程投资。

5 结语

目前核电技术越来越成熟，未来会建设更多的核电厂，取水工程朝着集中布置、二次循环、管渠结合等方向发展，需要更好地平衡取水安全、海洋生态、防淤防堵、节省投资等关系，为核电厂做好服务工作。