內(nèi)陸核電廠取水構(gòu)筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)探討

郭 有，葛小玲，陳文輝，韓 剛

（國核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京 100094）

0 引言

目前國內(nèi)規(guī)劃和即將開工建設(shè)的內(nèi)陸核電廠均采用AP1000堆型，廠址規(guī)劃容量通常為4×1250MW，常規(guī)島循環(huán)水系統(tǒng)采用帶自然通風(fēng)冷卻塔的二次循環(huán)供水系統(tǒng)，廠用水系統(tǒng)采用帶機(jī)力通風(fēng)冷卻塔的二次循環(huán)供水系統(tǒng)。 內(nèi)陸核電廠取水水源多為大江（河）或大型水庫，傍河（或水庫）設(shè)置取水構(gòu)筑物向核電廠供水，滿足常規(guī)島循環(huán)水系統(tǒng)和核島廠用水系統(tǒng)補(bǔ)水、化學(xué)水處理用水、生活雜用水等用水需求。

內(nèi)陸核電廠是耗水大戶，據(jù)測算，其耗水量約為同容量火電廠的1.5倍左右。4臺(tái)核電機(jī)組日最大耗水量約為50×104t，相當(dāng)于一座百萬人口城市的日耗水量［1］。

防洪標(biāo)準(zhǔn)的高低，與防洪保護(hù)對(duì)象的重要性、洪水災(zāi)害的嚴(yán)重性及其影響直接有關(guān)。一般情況下，當(dāng)實(shí)際發(fā)生的洪水不大于設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，通過防洪系統(tǒng)的正確運(yùn)用，可保證防洪對(duì)象的防洪安全。

內(nèi)陸核電廠取水構(gòu)筑物雖為非核安全相關(guān)物相，但其初投資較高，一旦遭遇超標(biāo)洪水導(dǎo)致取水構(gòu)筑物不可用，將對(duì)核電廠安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行產(chǎn)生重大影響。隨著越來越多的內(nèi)陸核電廠規(guī)劃、建設(shè)，科學(xué)合理地確定內(nèi)陸核電廠取水構(gòu)筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)，以確保核電廠安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，降低核電廠壽命周期成本，已變得越來越必要和迫切。

1 規(guī)程、規(guī)范中關(guān)于防洪標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定

1.1 取水構(gòu)筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)

文獻(xiàn)［2］規(guī)定特別重要的工業(yè)、城鎮(zhèn)供水泵站，其主要建筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)（重現(xiàn)期）設(shè)計(jì)為100年，校核為300年。

文獻(xiàn)［1］規(guī)定江河取水構(gòu)筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)不應(yīng)低于城市防洪標(biāo)準(zhǔn)，其設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期不得低于100年。水庫取水構(gòu)筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)與水庫大壩等主要建筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)相同，并應(yīng)采用設(shè)計(jì)和校核二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

文獻(xiàn)［3］規(guī)定岸邊水泵房±0.00 m層標(biāo)高應(yīng)為頻率1% 洪水位+頻率2%浪高+超高0.5 m，且不應(yīng)低于頻率1‰洪水位，否則水泵房應(yīng)有防洪措施；非淹沒式取水構(gòu)筑物±0.00 m層標(biāo)高宜按頻率1%洪水位設(shè)計(jì)。

1.2 水利水電工程的防洪標(biāo)準(zhǔn)

我國現(xiàn)行的《防洪標(biāo)準(zhǔn)》和《水利水電工程等級(jí)劃分及防洪標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，水利水電工程永久性水工建筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)按山區(qū)、丘陵區(qū)、平原區(qū)、濱海區(qū)，分別確定，如表1所示。

表1 水庫工程水工建筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)

水利水電工程永久性水工建筑物的級(jí)別應(yīng)根據(jù)其所在工程的等別和建筑物的重要性，按表2確定。

表2 永久性水工建筑物級(jí)別

水利水電工程的等別應(yīng)根據(jù)其工程規(guī)模、效益及在國民經(jīng)濟(jì)中的重要性，按表3確定。對(duì)兼有多種功能的綜合利用水利水電工程，當(dāng)按各綜合利用項(xiàng)目的分等指標(biāo)確定的等別不同時(shí)，其工程等別應(yīng)按其中最高等別確定。

文獻(xiàn)［4］給出了城鎮(zhèn)和工礦企業(yè)分等表，見表4。

表4 城鎮(zhèn)和工礦企業(yè)分等表

2 內(nèi)陸核電取水構(gòu)筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)選取時(shí)應(yīng)考慮的因素

2.1 內(nèi)陸核電廠特點(diǎn)和重要性分等

與常規(guī)火電廠相比，內(nèi)陸核電廠具有以下特點(diǎn)：投資高，總裝機(jī)容量大；現(xiàn)階段通常擔(dān)任基荷，年運(yùn)行時(shí)間長；設(shè)計(jì)使用年限長（AP1000設(shè)計(jì)使用年限60年）；機(jī)組的換料周期為18個(gè)月，減負(fù)荷乃至短時(shí)間停運(yùn)并不會(huì)相應(yīng)減少年燃料費(fèi)用，但會(huì)降低核電機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

內(nèi)陸核電廠4臺(tái)AP1000核電機(jī)組年售電收入約130億元，資產(chǎn)總額約700億元，均遠(yuǎn)高于50億元，可參照表4，確定其重要性分等為特別重要（與超大、特大城市等同）。

表3 水利水電工程分等指標(biāo)

2.2 取水構(gòu)筑物的設(shè)置地點(diǎn)

取水構(gòu)筑物自上游無水庫的天然河道取水。當(dāng)核電廠自上游無水庫（或不受上游水庫潰壩影響）的天然河道取水時(shí)，取水構(gòu)筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)確定主要考慮遭遇超標(biāo)洪水，取水泵房水淹導(dǎo)致的核電廠發(fā)電損失。

取水泵房設(shè)于水庫庫區(qū)。當(dāng)核電廠在水庫庫區(qū)設(shè)取水泵房取水時(shí)，取水構(gòu)筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)取水河段枯水期天然徑流情況、遭遇超標(biāo)洪水取水泵房水淹導(dǎo)致的核電廠發(fā)電損失、洪水漫壩導(dǎo)致的水庫不可用對(duì)核電廠取水的影響程度確定。

取水泵房設(shè)于水庫下游。當(dāng)自水庫下游取水時(shí)，取水構(gòu)筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)取水河段枯水期天然徑流情況、遭遇超標(biāo)洪水取水泵房水淹導(dǎo)致的核電廠發(fā)電損失、潰壩洪水導(dǎo)致的泵房水淹帶來的核電廠發(fā)電損失、洪水漫壩導(dǎo)致的水庫不可用對(duì)核電廠取水的影響程度確定。

2.3 取水構(gòu)筑物喪失取水功能導(dǎo)致的核電廠經(jīng)濟(jì)損失

遭遇超標(biāo)洪水時(shí)，取水構(gòu)筑物可能因水淹等原因，在一段時(shí)間內(nèi)喪失取水功能，由此產(chǎn)生的核電廠經(jīng)濟(jì)損失主要體現(xiàn)在發(fā)電損失。基于下面的假定條件，來評(píng)估內(nèi)火電廠和核電廠取水泵房因外部水淹導(dǎo)致的發(fā)電損失。

假定火電廠年利用小時(shí)數(shù)為6 000 h，燃料成本0.22元/kWh，核電廠年利用小時(shí)數(shù)為7 000 h；電廠裝機(jī)容量均為5 000 MW，廠用電率均為6%，不含稅上網(wǎng)電價(jià)均為0.34元/kWh，取水構(gòu)筑物修復(fù)期間機(jī)組停運(yùn)時(shí)間為10天。

按上述假定數(shù)據(jù)計(jì)算出機(jī)組停運(yùn)期間：

火電廠年經(jīng)濟(jì)損失=5 000×103×240×（1-6%）×（0.34-0.22）/108=1.35 億元。

核電廠年經(jīng)濟(jì)損失=5 000×103×240×（1-6%）×0.34/108=3.84億元。

也就是說同樣是由于取水構(gòu)筑物喪失取水功能導(dǎo)致的機(jī)組停運(yùn)，內(nèi)陸核電廠經(jīng)濟(jì)損失遠(yuǎn)大于同容量的火電廠。

2.4 提高防洪標(biāo)準(zhǔn)對(duì)取水構(gòu)筑物造價(jià)影響

對(duì)于直接或間接自水庫取水的核電廠，取水構(gòu)筑物選取較高的防洪標(biāo)準(zhǔn)，可能會(huì)導(dǎo)致水庫大壩等水工建筑物建造（或改造）費(fèi)用的大幅增加；對(duì)于自天然河道取水的核電廠，選取較高的防洪標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)導(dǎo)致取水泵房造價(jià)的增加。

3 取水構(gòu)筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)的選取

3.1 取水構(gòu)筑物自上游無水庫的天然河道取水

當(dāng)自上游無水庫（或不受上游水庫潰壩影響）的天然河道取水時(shí)，核電廠取水構(gòu)筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)選取，建議參考相關(guān)規(guī)范，其設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期不得低于100年，校核洪水重現(xiàn)期不得低于1 000年，必要時(shí)通過利益—代價(jià)分析確定。

3.2 取水泵房設(shè)于水庫庫區(qū)

取水河段枯水期天然徑流量較大。當(dāng)遭遇漫壩洪水后，水庫可能會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)喪失供水功能，恢復(fù)到天然河道狀態(tài)。若屆時(shí)取水構(gòu)筑物在枯水期仍可自天然河道正常取水，且基本能夠滿足核電廠供水要求，則水庫與取水構(gòu)筑物關(guān)聯(lián)度低，洪水漫壩對(duì)核電廠運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性影響有限，取水構(gòu)筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)建議采用天然河道取水的防洪標(biāo)準(zhǔn)；若屆時(shí)取水構(gòu)筑物在枯水期因?yàn)樵O(shè)置位置和進(jìn)水口標(biāo)高等原因無法正常取水，這種情況下，洪水漫壩對(duì)核電廠運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性影響很大，應(yīng)將水庫大壩等主要水工建筑物看作是取水構(gòu)筑物的一部分，取水構(gòu)筑物和水庫大壩等主要水工建筑物級(jí)別應(yīng)根據(jù)其供水功能要求確定為1級(jí)，其防洪標(biāo)準(zhǔn)建議根據(jù)壩型、壩高、上下游水頭等參數(shù)，參考表1選取，必要時(shí)通過利益—代價(jià)分析確定。

取水河段枯水期天然徑流量較小。當(dāng)遭遇漫壩洪水后，水庫可能會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)基本喪失蓄水、調(diào)節(jié)能力，枯水期可供核電廠的水量可能會(huì)大幅減少。若屆時(shí)取水泵房雖仍可自天然河道取水，但在枯水年難以滿足核電廠用水要求，對(duì)核電廠運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性將產(chǎn)生較大影響；若屆時(shí)取水泵房因?yàn)樵O(shè)置位置和進(jìn)水口標(biāo)高等原因無法正常取水，可能無法向核電廠正常供水，對(duì)核電廠運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性將產(chǎn)生很大影響。這種情況下，應(yīng)將水庫大壩等主要水工建筑物看作是核電廠取水構(gòu)筑物的一部分，取水構(gòu)筑物和水庫大壩等主要水工建筑物級(jí)別應(yīng)根據(jù)其供水功能要求確定為1級(jí)，其防洪標(biāo)準(zhǔn)建議參考?jí)涡汀胃摺⑸舷掠嗡^等參考表1選取，必要時(shí)通過利益—代價(jià)分析確定。

3.3 取水泵房設(shè)于水庫下游

利用壩體內(nèi)取水管涵取水再經(jīng)升壓泵房升壓供水。當(dāng)遭遇漫壩洪水后，水庫可能會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)喪失功能，應(yīng)將水庫大壩看作是核電廠取水構(gòu)筑物的一部分，建議升壓泵房防洪標(biāo)準(zhǔn)采用天然河道取水的取水構(gòu)筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)；水庫大壩等主要水工建筑物級(jí)別按1級(jí)，其防洪標(biāo)準(zhǔn)建議根據(jù)水庫壩型、壩高、上下游水頭等參數(shù)，參考表1選取，必要時(shí)通過利益—代價(jià)分析確定。

水庫下游天然河道設(shè)取水泵房取水。當(dāng)遭遇漫壩洪水后，水庫可能會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)喪失功能。若取水河段枯水期天然徑流量較大，且基本能夠滿足核電廠供水要求，則水庫與取水構(gòu)筑物關(guān)聯(lián)度低，建議取水構(gòu)筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)采用天然河道取水的防洪標(biāo)準(zhǔn)（若上游水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)較低，尚應(yīng)考慮潰壩洪水影響）；若取水河段枯水期天然徑流量較小，無法滿足核電廠供水要求，則水庫與取水構(gòu)筑物關(guān)聯(lián)度高，這種情況下，應(yīng)將水庫大壩看作是取水構(gòu)筑物的一部分，取水構(gòu)筑物和水庫大壩等主要水工建筑物級(jí)別應(yīng)根據(jù)其供水功能要求確定為1級(jí)，其防洪標(biāo)準(zhǔn)建議根據(jù)壩型、壩高、上下游水頭等等參數(shù)，考表1選取，必要時(shí)通過利益—代價(jià)分析確定。

3.4 利益一代價(jià)分析

以上分析可見，內(nèi)陸核電廠取水構(gòu)筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)選取需考慮的因素很多，對(duì)核電廠壽命周期成本影響較大，目前尚無法直接引用相關(guān)規(guī)范確定防洪標(biāo)準(zhǔn)。為保證防洪標(biāo)準(zhǔn)選取的科學(xué)性和合理性，建議在參考相關(guān)規(guī)范的基礎(chǔ)上，根據(jù)工程具體情況，通過利益—代價(jià)分析來確定取水構(gòu)筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)。

基于某內(nèi)陸核電廠相關(guān)參數(shù)和3.3節(jié)中的假定，舉例說明取水構(gòu)筑物（自天然河道取水）防洪標(biāo)準(zhǔn)選取所開展的利益—代價(jià)分析方法和步驟。自水庫庫區(qū)和水庫下游取水的內(nèi)陸核電廠取水構(gòu)筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)的選取，可參照開展相關(guān)工作。

核電廠運(yùn)營期間，取水構(gòu)筑物不可用期間的期望損失可表示為［5］：

式中：X為取水構(gòu)筑物不可用時(shí)，核電機(jī)組發(fā)電損失；P（x）為核電廠運(yùn)營期間每年取水構(gòu)筑物不可用的概率；〔（1+i）n-1〕/〔i（1+i）n〕為年期望損失折現(xiàn)系數(shù)。

各重現(xiàn)期對(duì)應(yīng)的期望損失現(xiàn)值見表5。

表5 不同重現(xiàn)期核電廠期望損失一覽表

從表5可見，對(duì)于該案例，校核洪水重現(xiàn)期采用2 000年較為合理。

4 結(jié)語

取水構(gòu)筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)是內(nèi)陸核電廠重要的設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)核電廠初投資和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性影響較大，選取不當(dāng)可能會(huì)大幅增加核電廠壽命周期成本。

內(nèi)陸核電廠取水構(gòu)筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)選取需考慮的因素很多，對(duì)核電廠壽命周期成本影響較大，目前尚無法直接引用相關(guān)規(guī)范確定防洪標(biāo)準(zhǔn)。為保證防洪標(biāo)準(zhǔn)選取的科學(xué)性和合理性，建議在參考國內(nèi)現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范的基礎(chǔ)上，根據(jù)工程具體情況，通過利益—代價(jià)分析來確定取水構(gòu)筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)。