核電廠用水合理性分析及體會(huì)

邱 靜 ，黃本勝 ，馬 瑞 ，吉紅香

（1．廣東省水利水電科學(xué)研究院，510630，廣州；2．廣東省水動(dòng)力學(xué)應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，510630，廣州）

核電工程規(guī)模大、多臺(tái)機(jī)組連續(xù)建設(shè)，且單臺(tái)機(jī)組的施工周期較長(zhǎng)，施工、機(jī)組調(diào)試和運(yùn)行期往往發(fā)生重疊，由于土建、安裝、調(diào)試、運(yùn)行等不同工況的用水特征存在差異，故對(duì)運(yùn)行期和施工期用水量有不同的要求。本文以嶺澳核電三期擴(kuò)建工程為例，分析探討核電廠不同時(shí)期的用水工藝和節(jié)水潛力，提出合理的用水量，可為核電廠用水合理性分析提供參考。

嶺澳核電三期擴(kuò)建工程擬建2×1 000MW的核電機(jī)組，一次建成；1號(hào)和2號(hào)機(jī)組建設(shè)時(shí)間相隔8個(gè)月。核電廠循環(huán)冷卻水取用海水，工業(yè)及生活所需淡水取自附近的專(zhuān)用水庫(kù)。

一、核電廠的用水工藝及設(shè)計(jì)提出的用水方案

1.核電廠的用水工藝

核電廠用水主要分為冷卻用水、工業(yè)用水、化學(xué)水、生活用水、施工用水等。

核電廠的用水工藝和過(guò)程大部分和一般的燃煤、燃?xì)饣痣姀S相類(lèi)似，最大的差別是多了核島的用水部分，但又少了一般燃煤火電廠的輸煤、除塵、脫硫系統(tǒng)的用水。核電廠用水可分為兩個(gè)回路，稱(chēng)一回路和二回路。濱海核電廠冷卻用水一般取用海水，直流冷卻，又稱(chēng)作三回路。

表1 不同工況設(shè)計(jì)用水量計(jì)算結(jié)果

表2 建設(shè)項(xiàng)目不同年份設(shè)計(jì)用水量計(jì)算結(jié)果

核電廠的一回路為核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)，即壓水反應(yīng)堆、反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)，即俗稱(chēng)的核島部分；二回路為蒸汽和動(dòng)力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，即俗稱(chēng)的常規(guī)島部分。一回路將核反應(yīng)堆的熱量帶到核反應(yīng)堆外，將二回路汽輪機(jī)的冷水加熱變?yōu)楦邏赫羝?，推?dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。余熱蒸汽經(jīng)冷卻系統(tǒng)（三回路）冷卻降溫回到二回路。

2.設(shè)計(jì)提出的用水量方案

設(shè)計(jì)單位提出的各工況設(shè)計(jì)用水（淡水）見(jiàn)表1。其中，施工日用水量最大，其次為除鹽水量。

（1）工業(yè)用水

工業(yè)用水包括循環(huán)水系統(tǒng)、重要常用水系統(tǒng)、循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)的密封水和核島用水、常規(guī)島用水、其他用水等，擬由水庫(kù)水經(jīng)澄清處理后通過(guò)工業(yè)、化學(xué)生產(chǎn)用水管網(wǎng)供給。

（2）化學(xué)水（除鹽水）

除鹽水系統(tǒng)的流程為：水庫(kù)水→澄清處理→工業(yè)、化學(xué)生產(chǎn)用水管網(wǎng)→多介質(zhì)過(guò)濾器→超濾→一級(jí)除鹽→二級(jí)除鹽→除鹽水箱。不同工況除鹽水的用量不同見(jiàn)表1。

（3）生活用水

生活用水包括廠內(nèi)雜用水、生產(chǎn)區(qū)生活用水、辦公生活及輔助區(qū)用水，擬由水庫(kù)水經(jīng)澄清、過(guò)濾、消毒處理后，通過(guò)獨(dú)立的生活給水管網(wǎng)供給。

廠內(nèi)雜用水中的汽車(chē)沖洗用水需提供新鮮水量；道路場(chǎng)地噴灑和綠化用水由生活污水處理回用解決。

（4）施工用水

嶺澳核電三期擴(kuò)建工程的施工人員數(shù)為4 800人，其施工用水包括施工人員生活用水和采石場(chǎng)用水、混凝土攪拌站用水、混凝土澆注養(yǎng)護(hù)用水、噴灑用水，施工最高日用水量為6565m3。

3.建設(shè)項(xiàng)目不同年份用水量

根據(jù)2臺(tái)機(jī)組的建造里程碑，計(jì)算建設(shè)項(xiàng)目各年份的設(shè)計(jì)用水量見(jiàn)表2。可見(jiàn)按年度計(jì)算，建設(shè)項(xiàng)目的用水高峰年出現(xiàn)在第4年，該年1—5月為2臺(tái)機(jī)組施工階段，6—12月為1號(hào)機(jī)組調(diào)試、2號(hào)機(jī)組施工階段，年用水總量為200.89萬(wàn)m3。

二、正常運(yùn)行期淡水用水合理性分析

1.用水過(guò)程及水平衡分析

（1）取水水源

正常運(yùn)行期的淡水用水包括工業(yè)用水、化學(xué)水（即除鹽水）、生活用水，淡水原水?dāng)M取自嶺澳水庫(kù)。

（2）用水量

從表1、表2可見(jiàn)，建設(shè)項(xiàng)目正常運(yùn)行期2臺(tái)機(jī)組全年運(yùn)行工況和1臺(tái)機(jī)組運(yùn)行、1臺(tái)機(jī)組檢修工況的最大日淡水用水量分別為5 156 m3、3 737 m3，年淡水用水量分別為166.76萬(wàn)m3、166.64萬(wàn) m3。 即2臺(tái)機(jī)組全年運(yùn)行工況為建設(shè)項(xiàng)目正常運(yùn)行期用水量最大的工況。

（3）排水系統(tǒng)

本項(xiàng)目的淡水退水主要可分為一般工業(yè)廢水（包括核島及常規(guī)島設(shè)備冷卻水排水、沖洗廢水、主廠房工藝系統(tǒng)用水排水）、少量低放射性廢水、含油廢水和生活污水四部分。

一般工業(yè)廢水、生活污水經(jīng)過(guò)處理達(dá)標(biāo)后回用或與循環(huán)冷卻水排水混合稀釋后排往大海。核島部分用水可能產(chǎn)生的少量含有低放射性污染物質(zhì)廢水，經(jīng)核島廢水處理系統(tǒng)處理并監(jiān)控達(dá)標(biāo)后與循環(huán)冷卻水排水混合稀釋排放。

（4）水平衡分析

建設(shè)項(xiàng)目正常運(yùn)用期淡水供水包括工業(yè)系統(tǒng)用水、除鹽水生產(chǎn)系統(tǒng)用水及生活用水，用水保證率均為97%。以取用淡水量最大的工況分析，正常運(yùn)行期2臺(tái)機(jī)組全年運(yùn)行工況下總?cè)∮盟繛?66.76萬(wàn)m3/a。其中耗水量122.93萬(wàn)m3/a，占總?cè)∷康?3.71%；達(dá)標(biāo)排水量36.44萬(wàn)m3/a，占總?cè)∷康?1.85%；生產(chǎn)區(qū)生活用水的全部排水、辦公及輔助生活用水的部分排水回用于廠區(qū)道路噴灑和綠化用水，共7.39萬(wàn)m3/a，占總?cè)∷康?.43%。

2.用水合理性分析

考慮到核電工程的特點(diǎn)，本次論證參考國(guó)內(nèi)火電行業(yè)考核的幾個(gè)主要指標(biāo)，即單位發(fā)電量取水量、裝機(jī)取水量等進(jìn)行計(jì)算，以分析取用水量的合理性。

核電工程在我國(guó)是一個(gè)較年輕的行業(yè)，缺乏建設(shè)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。核電站建設(shè)、運(yùn)行和檢修換料等階段的需水量，目前均沒(méi)有取用水定額標(biāo)準(zhǔn)，因此，本次論證分別將建設(shè)項(xiàng)目的取水用水指標(biāo)與燃煤電廠的取水定額、同規(guī)模的燃煤電廠的設(shè)計(jì)單位取水量、國(guó)內(nèi)同機(jī)型核電機(jī)組的設(shè)計(jì)單位取用水量、國(guó)外同規(guī)模核電機(jī)組設(shè)計(jì)取用水量及國(guó)內(nèi)同規(guī)模核電機(jī)組實(shí)際運(yùn)用單位取用水量進(jìn)行比較，論證建設(shè)項(xiàng)目取用水的合理性。

（1）單位發(fā)電取用水量和裝機(jī)取用水量

建設(shè)項(xiàng)目的年運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)按330天計(jì)，裝機(jī)容量為 2×1 000MW，則年發(fā)電量為15.84×106 MWh，正常運(yùn)行期設(shè)計(jì)年最大取用淡水量166.76萬(wàn)m3，計(jì)算得建設(shè)項(xiàng)目單位發(fā)電量取水量為 0.105 m3/（MWh），裝機(jī)取水量為0.034m3/（sGW）。 從表 3 可見(jiàn)：

①建設(shè)項(xiàng)目各項(xiàng)指標(biāo)均遠(yuǎn)低于燃煤機(jī)組的取水定額標(biāo)準(zhǔn)，其中單位發(fā)電量取水量比燃煤機(jī)組的取水定額低85.42%，裝機(jī)取水量比取水定額低71.67%。

②建設(shè)項(xiàng)目單位取水量均遠(yuǎn)低于附近區(qū)域同規(guī)模燃煤電廠的單位取水量，以取水指標(biāo)更優(yōu)的珠江電廠1×1 000MW超超臨界機(jī)組為例，建設(shè)項(xiàng)目的單位發(fā)電量取水量低69.65%，裝機(jī)取水量低60.92%。

③建設(shè)項(xiàng)目的單位發(fā)電量取水量和裝機(jī)取水量的水平較顯著地低于B核電工程的取用水水平，與C核電工程相當(dāng)。嶺澳核電三期工程的設(shè)計(jì)取用水指標(biāo)與國(guó)內(nèi)同機(jī)型核電工程相比處于先進(jìn)水平。

④法國(guó)同類(lèi)核電廠運(yùn)行表明，核電廠每千瓦裝機(jī)取水量為1 m3，2 000 MW電廠年取水量為200萬(wàn)m3。建設(shè)項(xiàng)目2×1 000 MW機(jī)組年取水量為166.76萬(wàn)m3，可見(jiàn)，與國(guó)際上先進(jìn)國(guó)家的核電站取用水相比，本工程處于領(lǐng)先水平。

⑤與國(guó)內(nèi)同規(guī)模已投產(chǎn)核電機(jī)組的實(shí)際用水量相比，大亞灣核電站1995—2002年正常運(yùn)行期的生產(chǎn)及廠內(nèi)辦公生活年均用水量為65.91萬(wàn)m3。根據(jù)核電工程設(shè)計(jì)取用水量的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，除鹽水系統(tǒng)是占設(shè)計(jì)取用水總量比例最大的用水系統(tǒng)，約占80%，連同生產(chǎn)用水系統(tǒng)，核電工程的設(shè)計(jì)工業(yè)用水量可占設(shè)計(jì)用水總量的近90%。嶺澳三期核電工程的設(shè)計(jì)生產(chǎn)用水量 （工業(yè)用水系統(tǒng)+除鹽水系統(tǒng)用水量）與大亞灣核電站的歷年實(shí)際生產(chǎn)用水量相比為其2.53倍。

（2）企業(yè)職工生活人均取用水量

嶺澳三期核電工程新職工人數(shù)為1 060人 （機(jī)組大修期間另增大修人員1 000人），人均取用水標(biāo)準(zhǔn)按350 L/（人·d），高于《廣東省用水定額（試行）》超大城市居民生活用水定額210 L/（人·d）的標(biāo)準(zhǔn)。 建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)生活用水定額定得偏大，應(yīng)重新核算符合廣東省節(jié)水管理要求的用水定額，并采取相應(yīng)措施節(jié)約用水。

三、施工調(diào)試用水合理性分析

1.用水過(guò)程及水平衡分析

（1）取水水源

按出現(xiàn)時(shí)間的先后順序，嶺澳三期核電工程施工調(diào)試期包括2臺(tái)機(jī)組施工，1臺(tái)機(jī)組調(diào)試、1臺(tái)機(jī)組施工及1臺(tái)機(jī)組運(yùn)行、1臺(tái)機(jī)組調(diào)試3種工況。以年用水量最大的1臺(tái)機(jī)組調(diào)試、1臺(tái)機(jī)組施工工況為例，除工業(yè)用水、化學(xué)水和生活用水外，還包括施工生產(chǎn)、生活用水。建設(shè)項(xiàng)目施工調(diào)試期用水?dāng)M以專(zhuān)用水庫(kù)提供淡水原水。

表3 不同電廠淡水用水量比較

（2）用水量

根據(jù)表1、表2的計(jì)算結(jié)果，建設(shè)項(xiàng)目施工調(diào)試期2臺(tái)機(jī)組施工，1臺(tái)機(jī)組調(diào)試、1臺(tái)機(jī)組施工及1臺(tái)機(jī)組運(yùn)行、1臺(tái)機(jī)組調(diào)試3種工況的最大日淡水用水量分別為6 565 m3/d、11 226 m3/d、6 626 m3/d，年淡水用水量分別為141.57萬(wàn)m3/a、243.26萬(wàn) m3/a、111.25萬(wàn)m3/a（1臺(tái)機(jī)組運(yùn)行，1臺(tái)機(jī)組調(diào)試僅持續(xù)8個(gè)月）。1臺(tái)機(jī)組調(diào)試、1臺(tái)機(jī)組施工工況為建設(shè)項(xiàng)目施工調(diào)試期用水量最大的工況。

（3）排水系統(tǒng)

除調(diào)試用水外，施工生產(chǎn)用水基本上為消耗水，砂石沖洗用水循環(huán)使用；生活用水經(jīng)生活處理站處理后，達(dá)標(biāo)排放。

（4）水平衡分析

建設(shè)項(xiàng)目施工調(diào)試期淡水供水除工業(yè)系統(tǒng)用水、除鹽水生產(chǎn)系統(tǒng)用水、生活用水外，還包括施工生產(chǎn)、生活用水，用水保證率均為97%。建設(shè)項(xiàng)目施工調(diào)試期1臺(tái)機(jī)組調(diào)試、1臺(tái)機(jī)組施工工況下總?cè)∮盟繛?43.26萬(wàn)m3/a。其中耗水量166.60萬(wàn)m3/a，占總?cè)∷康?68.49%；達(dá)標(biāo)排放水量69.27萬(wàn)m3/a，占總?cè)∷康?8.48%；生產(chǎn)區(qū)生活用水系統(tǒng)的全部排水、辦公及輔助生活用水系統(tǒng)的部分排水回用于廠區(qū)道路噴灑和綠化用水，共7.39萬(wàn)m3/a，占總?cè)∷康?.04%。

2.用水合理性分析

參考國(guó)內(nèi)其他核電工程施工期的用水情況，建設(shè)項(xiàng)目與D核電站、B核電站施工期平均日用水量的對(duì)比見(jiàn)表4。

由表4可見(jiàn)，嶺澳三期核電工程的施工用水無(wú)論是生產(chǎn)用水、生活用水還是年用水總量均比D核電站和B核電站少；人均生活用水量也僅比B核電站略大，考慮到我國(guó)南方低緯度高溫地區(qū)施工人員對(duì)飲用、盥洗水量的需求較大，建設(shè)項(xiàng)目施工人員的人均生活日用水量基本合理。嶺澳三期核電工程的施工用水水平與我國(guó)同規(guī)模的已建和在建工程相比處較優(yōu)水平，建設(shè)項(xiàng)目施工用水基本合理。

四、合理取用水量

設(shè)計(jì)的嶺澳三期核電工程正常運(yùn)行期的最大年淡水取用水量為166.76萬(wàn)m3，施工調(diào)試期的最大年淡水取水量為243.26萬(wàn)m3。根據(jù)對(duì)建設(shè)項(xiàng)目正常運(yùn)行期和施工調(diào)試期最大用水工況用水過(guò)程的合理性分析結(jié)果，建設(shè)項(xiàng)目工業(yè)用水（包括生產(chǎn)用水和除鹽水）、施工生產(chǎn)用水、施工生活用水的設(shè)計(jì)較為合理，單位發(fā)電量取水量、裝機(jī)取水量等主要節(jié)水考核指標(biāo)符合相關(guān)規(guī)范的要求，與同規(guī)模燃煤電廠的設(shè)計(jì)取用水指標(biāo)、國(guó)內(nèi)同機(jī)型核電工程的設(shè)計(jì)取用水指標(biāo)、國(guó)外同規(guī)模核電機(jī)組設(shè)計(jì)取用水指標(biāo)比較處于先進(jìn)水平，施工用水與我國(guó)同規(guī)模的已建和在建工程相比處于較優(yōu)水平，施工人員的生活用水標(biāo)準(zhǔn)確定合理。

但現(xiàn)有設(shè)計(jì)方案對(duì)建設(shè)項(xiàng)目正常運(yùn)行（含檢修）工作人員生活用水定額的設(shè)計(jì)偏大，人均取用水標(biāo)準(zhǔn)為350L/（人·d），而由于核電基地的供水系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立、自成體系，按基地內(nèi)總體用水人口規(guī)模，建設(shè)項(xiàng)目的生活用水定額宜按《廣東省用水定額（試行）》小城市居民生活用水定額160L/（人·d）。核服人員和大修人員由于辦公時(shí)間衣物沖洗用水量較其他人員大，可適當(dāng)提高此類(lèi)人員的生產(chǎn)區(qū)用水定額。

表4 國(guó)內(nèi)不同核電工程施工期平均日用水量及年用水量比較表

本次論證按人均生活用水定額160 L/（人·d）、 核服人員和大修人員廠內(nèi)定額部分適當(dāng)提高至其他人員2倍，重新核算符合《廣東省用水定額（試行）》的生活用水量，形成建設(shè)項(xiàng)目的淡水合理用水方案。按最大用水工況，施工調(diào)試期1臺(tái)機(jī)組施工、1臺(tái)機(jī)組調(diào)試的最高日取用水量為10851 m3/d，最大取水流量 0.126 m3/s，年最大取用水量234.69萬(wàn)m3；正常運(yùn)行期2臺(tái)機(jī)組運(yùn)行的最高日取用水量為5015m3，最大取水流量 0.058m3/s，年最大取用水量158.20萬(wàn)m3。

五、濱海核電水資源論證應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題

①核電廠通常裝機(jī)規(guī)模大，多臺(tái)機(jī)組連續(xù)建設(shè)，且單臺(tái)機(jī)組的施工周期較長(zhǎng)，施工、機(jī)組調(diào)試和運(yùn)行期往往發(fā)生重疊，而土建、安裝、調(diào)試、運(yùn)行等不同工況的用水特征存在差異，核電廠對(duì)運(yùn)行期和施工期用水量有不同的要求，因此，應(yīng)對(duì)核電廠不同時(shí)期的用水量進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，須分施工期、調(diào)試期和運(yùn)行期以及各組合工況，分別對(duì)不同工況下的用水水平和用水合理性進(jìn)行分析，并以此核定核電廠的最大年用水量。

②基于核電廠用水的復(fù)雜性，核電廠水資源論證亦應(yīng)對(duì)施工期和運(yùn)行期分別繪制水量平衡圖，根據(jù)建設(shè)進(jìn)度安排和不同的工況組合，提出不同年份的用水量。由于目前沒(méi)有相關(guān)的用水定額，用水合理性分析應(yīng)參考國(guó)內(nèi)現(xiàn)役濱海核電機(jī)組的實(shí)際用水量，進(jìn)行對(duì)比分析。改擴(kuò)建核電廠應(yīng)重點(diǎn)調(diào)查分析已建機(jī)組不同工況的實(shí)際用水水平，分析建設(shè)項(xiàng)目的用水合理性。

③一般而言，用水合理性分析與取水水源論證是兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的部分；而對(duì)核電項(xiàng)目而言，核電項(xiàng)目的設(shè)計(jì)用水量相對(duì)正常運(yùn)行期的實(shí)際用水量普遍偏于保守，取水水源論證相應(yīng)的設(shè)計(jì)取水量與用水合理性分析直接相關(guān)，以用水合理性分析的結(jié)論為依據(jù)核減形成的核電項(xiàng)目合理用水量與原設(shè)計(jì)方案的差異大小，可能直接影響取水水源可靠性分析的結(jié)論。

④可供水量分析計(jì)算須分施工期、調(diào)試期和運(yùn)行期以及各組合工況進(jìn)行，并充分論證其取水的可靠性。

⑤濱海核電所處的濱海地區(qū)多為淡水資源緊缺地區(qū)，由于目前其設(shè)計(jì)用水量遠(yuǎn)大于運(yùn)行投產(chǎn)后實(shí)際用水量，如果不對(duì)現(xiàn)有的核電站實(shí)際用水量進(jìn)行調(diào)查研究，比較分析，一味地按設(shè)計(jì)用水量進(jìn)行論證，極有可能得到預(yù)選廠址的水資源條件不足以支撐項(xiàng)目建設(shè)、營(yíng)運(yùn)的錯(cuò)誤評(píng)價(jià)，直接影響規(guī)劃核電項(xiàng)目的上馬。

此外，核電廠正常運(yùn)用期除了正常運(yùn)行的用水要求外，機(jī)組啟動(dòng)時(shí)需增加一定的用水量，機(jī)組大修時(shí)也需增加較大的用水量，施工期單臺(tái)機(jī)組進(jìn)入調(diào)試階段后，啟動(dòng)、部分開(kāi)機(jī)、停機(jī)交替出現(xiàn)，用水量的變幅較大，上述各工況的用水特征和規(guī)律的研究是亟須開(kāi)展的工作，除應(yīng)加快推進(jìn)水量平衡測(cè)試以盡快積累啟動(dòng)、大修及調(diào)試期間用水資料和分析成果外，在核電項(xiàng)目的前期工作中應(yīng)充分利用同機(jī)型或類(lèi)似機(jī)型已投產(chǎn)核電工程的實(shí)際用水資料，審視設(shè)計(jì)用水量的制定依據(jù)、計(jì)算過(guò)程，綜合考量、估計(jì)實(shí)際用水量與設(shè)計(jì)用水量的差異。

[1]水利部水資源管理中心.水資源論證案例匯編[C].2011.

[2]廣東省水利水電科學(xué)研究院.嶺澳核電站三期擴(kuò)建工程水資源論證報(bào)告書(shū)[R].2009.