中國工程院院士陸佑楣:可以嘗試將核電站反應堆置于地下

在我國廣袤的電力版圖上，華中地區是一塊脆弱的腹地，匱乏的電源支撐起地區高速的經濟發展，奇跡背后總有擔憂。近年，缺電的華中有望以核電解“燃煤之急”，而福島核事故之后，內陸核電站審批“急凍”,選址思路的不明朗再次讓華中等待。此時，原三峽總公司總經理、中國工程院院士陸佑楣創造性地提出，借鑒水電站建設的經驗，將傍水而建的核電站移至山中，這個工程設想如獲實施，無疑為選址提供了極廣闊的空間，對等待二十多年的湖北、湖南等核電高熱省份的意義無疑是巨大的，而我國跨區輸電的壓力也將大為減輕。當然，當前，即使以處理核廢料為例，各國大都采取淺部臨時掩埋的措施，在利用深部巖石洞室作為永久儲存庫方面，雖然科學家為之奮斗了幾十年，迄今未獲圓滿解決。而核電站的選址要求非常高，選址需非常慎重。院士的建議怎樣付諸實踐？讓我們先仔細看一看這幅鋪展在面前的藍圖。

日本福島核電站核泄漏事故是因地震、海嘯導致電站失電、循環泵停運、堆芯融化而引起的，如果把核電站的反應堆置于山體內（即地下），因巖體和鋼筋混凝土是良好的抗輻射介質，若發生核泄漏，可將其封閉在地下洞室內，起到防止核泄漏擴散的作用。

地下核電站安全殼設想示意圖 制圖/點金室

地下核電站的總體布置為：核島部分（安全殼及其相伴的安全廠房）置于地下（山體內），常規島（汽輪發電機）置于地面，核島產生的高溫高壓蒸汽可通過布置在隧道內的管道輸向常規島（屬分體布置形式）。如果山體地質條件允許，也可把常規島部分一并置于地下，視綜合效益而定。下圖是地下核電站安全殼設想示意圖。

地下廠房工程實例

由于當今水電站的廠房大部分置于地下，因此聯想將核電站置于地下的可行性。以下列舉幾個地下水電站實例：

1.長江三峽水電站有6臺70萬千瓦總計420萬千瓦的發電廠置于大壩右岸的地下山體內，廠房跨度32.6米，長度311.3米，開挖高度87.24米，現已有3臺投入運行，計劃2012年6臺機組全部投產。

2.金沙江向家壩水電站有4臺80萬千瓦總計320萬千瓦的發電廠置于右岸山體內，廠房跨度33.4米，長度255.4米，開挖高度88.2米，現已開始機組安裝，計劃于2012年分批投產運行。

3.金沙江溪洛渡水電站左右岸各有9臺（共18臺）77萬千瓦總計1386萬千瓦的發電廠全部置于山體內，廠房跨度31.9米，長度444米，開挖高度75.6米。廠房開挖及土建工程已全部完成，現正進行機組安裝，計劃于2013年分批投產運行。

4.瀾滄江小灣水電站右岸有6臺70萬千瓦總計420萬千瓦的發電廠全部置于山體內，廠房跨度29.5米，長度326米，開挖高度65.6米，2010年已全部投產運行。

5.雅礱江二灘水電站左岸有6臺55萬千瓦總計330萬千瓦的發電廠全部置于山體內，廠房跨度25.5米，長度280.29米，開挖高度65.38米，2000年已全部投產運行。

6.正在做前期工作的金沙江白鶴灘水電站設計有左右岸各7臺（共14臺）100萬千瓦總計1400萬千瓦的發電廠全部置于山體內。

還有很多已建、在建和設計過程中的水電站把發電廠房布置在地下山體內主要原因是水電站大都位于深山峽谷中，大壩（擋水建筑物）占據了主河道，壩體內要留出泄洪孔的位置，很難再為發電廠房留出空間，轉而設計于山體內（地下）。這也是國內（特別是西部山區）大部分水電站基本的設計模式，是安全經濟的選擇。地下發電廠房在長期的建設實踐中積累了豐富的地下工程施工經驗，在技術上已十分成熟。

可行性分析

1.造價

已建和在建部分水電站地下廠房的基本參數和造價情況見下表。由表可知：

a）地下廠房造價在水電站總投資（含大壩主體工程、移民等）中所占比重較小，溪洛渡水電站為23.68%；小灣水電站為8.7%；二灘水電站為16%（以上3個水電站的發電廠房均為地下廠房）。

b）地下廠房造價中，洞室開挖、混凝土工程、支護、灌漿等土建工程造價會受水電站所處地理位置、地質條件、物價水平等因素影響，其在地下廠房總造價中所占比重約在40%-60%左右。2000年投產的二灘水電站地下廠房土建工程造價占總造價的63%，2010年投產的小灣水電站為45.3%；而將于2012年蓄水發電的向家壩水電站地下廠房土建工程造價占總造價的比重下降為38%，將于2013年蓄水發電的溪洛渡水電站也僅有40%；三峽水電站地下廠房土建工程造價占總造價的比重較小，為25%。

c）地下廠房洞室單位體積土建工程造價約在0.05-0.15億元/萬立方米。二灘水電站單位體積土建工程造價約為0.152億元/萬立方米、三峽水電站約為0.074億元/萬立方米、向家壩水電站約為0.087億元/萬立方米、溪洛渡水電站約為0.050億元/萬立方米、小灣水電站約為0.077億元/萬立方米。

2.巖體結構安全性

通過詳細的地質勘探、選擇良好的巖體、避開巖體內較大的斷層、裂隙和軟弱帶，并設計良好的廠房體形，地下洞室的圍巖應力是很小的。同時，核電站的核島安全殼無論是二代還是三代EPR或AP1000都是直徑40米左右的圓筒型結構，對降低圍巖應力極為有利。

3.抗（地）震性能

事實證明，地下建筑物的抗震性能遠優于地面建筑物，已建和在建水電站的地下廠房抗震設計烈度均在7-8度左右。

地下水電站示意圖 制圖/點金室

部分水電站地下廠房的基本參數和造價統計表

4.廠房起重設備能力

水電站地下廠房因要起吊發電機的定子、轉子（70-100萬千瓦級的發電機轉子重約2000噸），均采用2×1250噸的橋式起重機抬吊，具備起吊核電站反應堆壓力容器的能力。

5.地下水污染問題

若將核反應堆置于地下，存在污染地下水的可能性。而根據地下水電站的施工經驗，地下廠房四周及周邊巖體內均可通過固結灌漿和帷幕灌漿來阻隔地下水，形成封閉的、獨立的空間，以確保放射性物質處于全封閉的狀態。

6.地下廠房密閉性

核電站的地下安全殼及相伴的輔屬廠房與地面設施之間將設有各種連通通道（交通洞、壓力管道、電纜管道、信息儀表通道、通風豎/斜井等），為確保發生核泄漏等事故時地下廠房的密閉性，可在上述通道口設計密閉閘門，緊急情況下予以關閉。核反應堆的乏燃料和低放射性排放物都可在地下設計專門的儲存室予以保存。

7.選址

內陸核電站的選址是非常困難的，電站建設需要大面積平坦的土地，難免要占用農耕用地、影響居民生活。我國有大量的崇山峻嶺和不可耕種或生活的山地，將核電站置于此類地區的地下，避免破壞地表，可節約農耕用地，減少對居民生活的影響。

8.冷卻水

核電站的常規島汽輪機需要大量的冷卻水。若將核電站建在山區，可在山溝內配合修建小型水庫，以提供冷卻水，是完全可操作的。

更進一步地設想，可把水電站與核電站組合在一起，利用河流梯級水電站的庫水作為冷卻水，可以節省水循環的耗能。水電站與核電站都是高效的能源利用電站，將其組合在一起，核電站承擔電力負荷基本負荷，水電站承擔電力負荷曲線中的腰荷和峰荷，從而形成強大的、無排放的清潔電源。

1979年美國三里島核電站事故損失約20億美元。 資料圖片

2012年3月25日，第八屆國際新聞攝影比賽（華賽）獲獎作品在杭州揭曉。《切爾諾貝利記憶》獲得自然及環保類新聞組照金獎。 攝影/cfp

我國能源的需求，必將還有一個增長的過程。為減少二氧化碳排放，真正有效的措施，還是要更多發展核電站，因此不能因日本福島核泄漏事故而使我國核電發展止步不前。在公眾看來，核電發展的問題是如何把核電站建得安全可靠，即便發生事故時也有相應的應急手段，從而防止核輻射、核污染影響的擴大，地下核電站則是個可取的選擇。