濱海核電廠溫排水環評關鍵問題分析

張愛玲，王韶偉，趙懿珺，袁玨

(1.環境保護部核與輻射安全中心， 北京 100082； 2.中國水利水電科學研究院， 北京 100038)

濱海核電廠溫排水環評關鍵問題分析

張愛玲1，王韶偉1，趙懿珺2，袁玨2

(1.環境保護部核與輻射安全中心， 北京 100082； 2.中國水利水電科學研究院， 北京 100038)

目前，溫排水已成為濱海核電廠環境影響評價中的重要內容，受到越來越多的關注。基于核電廠溫排水與其他能源項目在熱污染方面所造成的環境影響屬于共性問題，分析和總結了濱海核電廠溫排水環境影響評價中的幾個關鍵問題，包括溫排水環境影響評價標準尚需完善、溫排水影響預測評價方法、溫排水環境影響監測及后評估、核電一址多堆的熱環境容量等問題，闡述觀點和并提出建議。

濱海核電廠；溫排水；環境影響評價

核電是一種安全、經濟、清潔的能源，國內外核電廠運行實踐表明，發展核電對節能減排、優化能源結構具有重要意義。近年來，國家對核電產業加大支持力度，截至2014年10月底，我國大陸在建和運行濱海核電廠已達13座，投入商業運行核電機組20臺，在建機組28臺。隨著核電發展和建設步伐的加快，核電廠安全和環境問題也越來越受到社會重視和關注[1- 3]。

與火電廠相比，核電廠的熱效率偏低，僅能將約1/3的核裂變能轉變為電能，其余約2/3以熱的形式排入環境[4]。大量廢熱造成核電廠排水口及其附近區域海水水溫升高，改變水體環境質量，進而影響水體生態系統，甚至產生明顯的危害效應。部分已運行電廠海域水質監測數據和生態調查數據顯示，溫排水確實引起了工程海域水質變化，其所造成的環境影響不容忽視[5]。

海洋生態與環境保護是環境領域的研究重點。海水水溫是海洋水質和海域生態環境的重要表征指標，核電廠溫排水熱影響及其控制屬于海洋生態與環境保護范疇，核電廠溫排水對海域環境熱污染程度的定量評價也已經納入核電廠環境影響評價的關鍵問題中[6- 7]。本文從核電廠溫排水環境影響共性、相關評價標準完善、溫排水影響預測評價方法、溫排水環境影響監測及后評估、一址多堆的熱環境容量等方面，對當前濱海核電廠溫排水問題進行探討。

1 核電廠溫排水環境影響問題屬性

電廠冷卻水系統是將電廠產生的乏熱通過各種方式最終排入環境的系統，冷卻水自水源經循環水泵、冷卻器吸熱后再排入水源。直流供水冷卻方式，即冷卻水流過冷凝器，將電廠廢熱在冷凝器中進行一次性熱交換，冷卻水吸收廢熱而水溫升高后，直接排至附近水體，稱為溫排水。

我國濱海核電廠發電冷卻水系統與大多數大型火電廠及其他能源項目一樣，均采用直流供水冷卻方式，利用海水作為冷卻介質進行熱交換，從而確保發電裝置處于正常、穩定工況下，如圖1所示。冷卻水系統是相對獨立的系統，并不與核電廠其他系統存在連通，除熱量交換外，無其他物質交換。因此，溫排水只是水溫升高，其他水質指標沒有變化。

受卡諾循環和核電技術的限制，濱海核電廠發電效率通常為33%左右，目前在建的廣東臺山核電廠可達到36%，相比于超臨界大型火電廠40%的發電效率和超超臨界火電廠45%的發電效率而言，核電廠的發電效率相對偏低。我國在建和運行的核電機組大多為百萬千瓦級核電機組，排熱量較大，每臺核電機組冷卻水流量約為50～65 m3/s，排水溫升為8～10℃，比火電機組排熱量多20%左右。

從上述分析來看，核電廠溫排水問題與其他能源項目相比，并無特殊性，其可能造成的環境影響屬于共性問題。因此，核電廠溫排水環境影響評價與常規能源項目溫排水影響評價的要求是一致的。

圖1 電廠冷卻水系統示意圖Fig.1 Power plant cooling water system schematic

2 核電廠溫排水環境影響評價標準

我國現行法規或標準中涉及溫排水影響評價及溫升影響控制的內容較少，主要包括《中華人民共和國海洋環境保護法》(1999年)、《海水水質標準》(GB 3097—1997)和《近岸海域環境功能區管理辦法》(1999年)等。《海洋環境保護法》規定，在向海域排放含熱廢水時，必須采取有效措施，保證鄰近水域水溫符合國家海洋環境質量標準。這是對建設項目冷卻水排海造成溫升影響的原則規定，是下層法規標準制定的根本依據。

《海水水質標準》規定，“對于第一類、第二類海域，人為造成的海水溫升夏季不超過當時當地1℃，其他季節不超過2℃；對于第三類、第四類海域，人為造成的海水溫升不超過當時當地4℃”。該標準屬于環境質量標準范疇，規定了工程項目排熱造成海水溫升的限值，但沒有規定溫升限值面積或范圍及相關管理控制要求，也沒有規定溫排水環境影響的定量評價方法。

《近岸海域環境功能區管理辦法》依據近岸海域的自然屬性和社會屬性，以及海洋自然資源開發利用現狀，結合行政區國民經濟、社會發展計劃與規劃，對近岸海域按照不同使用功能和保護目標，劃定4類近岸海域環境功能區，并明確各類功能區的海水水質標準。該管理辦法規定，“對入海河流河口、陸源直排口和污水排海工程排放口附近的近岸海域，可確定為混合區”，但沒有明確混合區的劃定方法，特別是對于受溫排水熱影響的混合區的范圍，未設定明確的界定和定量指標，只是原則性提出“確定混合區的范圍，應當根據該區域的水動力條件，鄰近近岸海域環境功能區的水質要求，接納污染物的種類、數量等因素，進行科學論證”的評價要求。

由于上述現行法規標準制定時間均較早，對溫排水監管和控制不夠明確，缺乏實際操作性，相關法規體系中也缺少如何進行溫排水環境影響評價的標準。因此，我國目前對每個濱海核電廠的溫排水環境影響審查，不得不采取“一事一議”的辦法，來確定其可接受性。

鑒于溫排水的環境影響越來越受到廣泛關注，應加強溫排水對海域環境和生態系統影響的基礎研究，加強對溫排水利用及控制的技術研究，加強溫排水環境影響的評價方法研究，為制訂和完善溫排水環境影響法規標準提供技術依據，為環保管理部門科學管理和決策提供重要參考。

3 核電廠溫排水影響預測評價方法

在核電廠取排水工程設計及溫排水物理影響評價中，主要圍繞兩個方面的問題開展研究和論證：一是結合當地海域的風、浪、流、泥沙等自然條件，論證并確定取排水口位置及型式，盡可能減少核電廠溫排水回流造成的取水溫升影響，確保取到低溫海水，滿足取排水工藝要求，達到設計所需的冷卻效果，保證核電廠用水安全；二是結合工程海域的水動力條件和生態環境特征，充分研究溫排水在環境水域中的輸移擴散規律，采取合理可行的工程設計和環保措施，盡量減少溫排水的物理影響范圍，保證受納海域的水溫符合當地海域環境質量標準和近岸海域環境功能區劃要求，降低溫排水對周邊水環境和生態資源的不利影響。

圍繞上述問題，通常采用取排水局部區域小變態物理模型與大范圍水域數學模型兩類模擬手段開展論證分析。物理模型能夠比較真實地反映排水近區溫差浮射流卷吸摻混特性，便于直觀顯示溫排水的三維水力、熱力特性，但模擬范圍較小，熱量在邊界上容易溢出，同時模型變態率不宜太大，否則對溫排水運動的模擬容易失真。此外，由于目前一般的普通實驗室大多無法實現溫濕度的自由調控，所以在散熱方面還難以嚴格滿足相似要求。數學模型經濟、快捷、靈活、無變態、不受場地限制，工程上常用的有垂向平均二維數學模型及沿水深方向分層的準三維模型。這兩種數學模型可以較好地模擬排水遠區溫排水隨潮輸移的擴散規律，充分考慮水面的散熱影響，具有模擬范圍大、熱量守恒性好的優勢，但均屬于遠區模型，無法準確模擬排水近區的三維紊動浮射流特性。精細模擬的全三維紊流模型可以較好地模擬近區溫排水的水力、熱力特性，但由于模型復雜，計算量過于龐大，在工程實踐中還難以普及應用。

基于工程上溫排水研究常用的物理模型與數模模型各有其適應性和局限性，核電廠溫排水物理影響預測評價中要求采取兩種手段相結合，通過綜合分析后給出最終溫排水預測結果。在已有的十幾個核電工程評價中，排水口近區溫排水影響范圍(一般情況下，溫升高于2℃的區域)通常采用物理模型試驗結果，排水口遠區影響范圍往往采用數學模型計算結果。建議今后進一步加強數學模型計算和物理模型試驗的溫排水影響預測方法及關鍵參數的基礎研究，尤其結合已獲得的溫排水影響的實測數據進行檢驗和反饋，提高模型構建的合理性和預測結果的準確度，為環境影響評價提供更加細致、可靠的技術依據。

4 核電廠溫排水環境影響監測及后評估

長期以來，對核電廠溫排水環境影響的控制管理主要是參考工程建設前的預測評價(前評價)結果。鑒于溫排水預測評價結果的可靠性依賴于基礎資料的翔實程度以及預測模式的運算精度，預測結果存在較大的不確定性和局限性，因此，在核電廠運行后，溫排水造成的實際環境影響可能會與預測評價結果存在較大差異。但是由于對核電廠運行后環境影響評估的重視程度還遠遠不夠，目前國內在核電廠溫排水對海域環境的實際影響、熱污染控制的有效性和環境保護效果以及預測評價的準確性和合理性等方面開展的基礎研究仍舊相對薄弱。

近年來，隨著對核電廠熱影響的逐漸重視，環境保護主管部門通常要求核電廠在設計階段的環境影響評價中，就開展針對溫排水環境影響監測方案的詳細設計，包括布點、監測設備、信息傳輸等，并要求在核電廠首次裝料前具備監測能力。從國內幾家研究單位已經開展的大亞灣核電基地、秦山核電基地和田灣核電站溫排水環境影響監測工程實踐和應用研究中可以看出，利用海域大面積觀測、航天或航空遙感監測以及定點水溫連續監測等手段，能夠清楚掌握核電廠溫排水實際影響的范圍和程度。同時，獲取的溫排水實際影響數據也是進一步改進溫排水影響模擬預測方法和提高預測準確性及科學性的重要技術手段。

從環境管理角度出發，建議進一步加強衛星遙感測溫監測與反演、大范圍海域水上同步測量等重要海洋環境監測技術的開發，以及能夠反映海域主要水文、氣象條件下溫度場實時變化過程的高精度海域水環境動態數值預報模型開發，綜合上述各種技術手段的優點，實現技術互補，及時發現和解決核電廠溫排水環境影響關鍵問題，開展核電廠溫排水影響后評估。

5 核電廠一址多堆熱環境容量限制

環境容量是指某一環境區域內對人類活動造成影響的最大容納量。就環境熱污染而言，向環境中排放的熱量超過最大容納量，環境的生態平衡和正常功能就會遭到破壞。

核電廠因其安全性要求非常高，廠址相對稀缺，從節約土地資源和環境資源角度出發，通常一個濱海核電廠址的規劃容量按照6臺百萬千瓦級機組考慮，即采用“一址多堆”的建設模式；此外，同一海域數座電廠一起排熱的現象也屢見不鮮，形成所謂的“電廠群效應”[8]。當大量熱源集中排入海域，必然會對海洋生態環境產生熱污染。因此，核電廠排熱海域的熱環境容量也會制約核電廠機組建設數量。

一些火電廠在受到所在海域熱環境容量限制后，采取了溫排水近零排放的措施，相關經驗值得核電廠借鑒。例如，浙江象山港是一個擴散條件相對較差的半封閉港灣，港頂水流速度較小，水體交換緩慢，象山港溫排水容量已經很小，不宜再增加大量溫排水。為解決電廠溫排水對象山港海域熱污染的問題，保護海洋生態環境，寧海火電廠二期工程在國內首次采用了海水自然通風冷卻塔循環供水系統，實現了該電廠溫排水的近零排放。

因此，建議在核電廠選址時就要充分考慮其排熱所造成的熱環境容量問題，優先選擇環境容量相對較優的廠址，合理確定核電機組規劃容量和冷卻方式，而且更加需要在核電廠環境影響評價論證中對排熱海域的熱環境容量進行科學評估，階梯開發、統籌管理海域熱排放，避免造成實質性生態影響。

6 結論

濱海核電廠溫排水熱污染作為水環境問題的一個重要方面，受到越來越廣泛的關注和重視。通過上述分析，濱海核電廠的溫排水問題與其他能源項目在熱污染方面所造成環境影響屬于共性問題，但由于熱效率偏低和大功率特征，加上廠址海域環境特征的復雜性，其環境影響評價又有其特殊性：

(1)由于制定時間較早，我國現行評價標準對溫排水的監管和控制不夠明確，缺乏實際操作性。我國目前只能采取“一事一議”的辦法，來對每個濱海核電廠的溫排水環境影響進行審查，確定其可接受性。

(2)數值模擬計算和物理模型試驗都存在著一定的局限性和不確定性，核電廠溫排水物理影響預測評價中要求采取兩種手段進行模擬預測研究，通過綜合分析給出最終的溫排水預測結果。

(3)鑒于預測評價結果的可靠性依賴于基礎資料的翔實程度和預測模式的運算精度，在核電廠運行后，溫排水造成的實際環境影響可能會與預測評價結果存在較大差異，而目前對核電廠運行后環境影響評估的重視程度還遠遠不夠。

(4)從節約土地資源和環境資源的角度，濱海核電往往規劃為多堆廠址，該模式會造成核電廠向海域集中排熱，海域熱環境容量未來可能會成為制約核電廠機組建設數量的重要因素。

綜上所述，我國在濱海核電廠溫排水環境影響的評價和管控方面尚存在不足，今后應加強相關基礎研究，從代表性潮型選取和預測評價方法方面提高溫排水物理影響預測的準確性和科學性，從海域熱環境容量方面綜合考慮采取經濟效益和環境保護最優的冷卻方式，從溫排水環境影響監測及后評估方面改進和完善溫排水物理影響模擬方法，制定和完善溫排水環境影響評價法規標準，為海洋環境保護提供科學合理的決策依據。

[1] 李干杰, 丁中智. 對我國發展核電若干關鍵問題的分析與看法[J]. 華北電力大學學報, 2006, (1):1- 7.

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[4] 張愛玲, 汪萍, 陳瑩瑩. 濱海核電廠溫排水物理影響模擬中幾個關注問題及審評見解[J]. 輻射防護通訊, 2011, 31(1): 21- 27.

[5] 陳曉秋, 商照榮, 張愛玲, 等. 關于核電廠溫排水環境影響的審評見解[J]. 核電, 2008(5): 13- 18.

[6] 梁春利, 李名松. 不同潮汐狀況下的核電站近岸溫度場航空遙感測量研究[C]//中國核學會. 中國核科學技術進展報告(第一卷)鈾礦地質分卷. 北京: 原子能出版社, 2009: 189- 193.

[7] 朱鵬利. 臺山核電工程溫排水對海洋環境影響預測[D]. 青島: 中國海洋大學, 2008.

[8] 趙懿珺. 火(核)電廠溫排水熱污染防控體系研究概述[J]. 水利水電科技進展, 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

張愛玲(1973—)，女，山東濰坊人，研究員，碩士，主要研究方向為核設施環境影響評價，E-mail：zhang20040701@sina.com

10.14068/j.ceia.2015.03.015

X820.3

A

2095-6444(2015)03-0057-04