曹宇峰，曾松福，林春梅

（1.中國海洋大學海洋環(huán)境學院 青島 266100；2.國家海洋局廈門海洋預報臺 廈門 361008）

淺談我國濱海電廠溫排水對海洋環(huán)境的影響狀況*

曹宇峰1，2，曾松福2，林春梅2

（1.中國海洋大學海洋環(huán)境學院 青島 266100；2.國家海洋局廈門海洋預報臺 廈門 361008）

我國經(jīng)濟的發(fā)展對能源電力需求越來越大，濱海火／核電廠的大量建設在一定程度上緩解了緊張局面，但電廠溫排水的排放對海洋環(huán)境和水產(chǎn)養(yǎng)殖等造成了影響。文章總結了我國電廠溫排水 （冷卻水）及其對海洋環(huán)境等的影響狀況，并對溫排水管理和技術研究工作提出了幾點看法。

濱海電廠；溫排水；海洋環(huán)境；熱污染

隨著我國經(jīng)濟建設的快速發(fā)展，全國各省、市、自治區(qū)對能源的需求不斷加大，電力作為能源輸出的重要組成部分，其供需矛盾也顯現(xiàn)出日益加劇的態(tài)勢，為了緩和緊張局面，確保企業(yè)和國民生產(chǎn)生活用電，各地紛紛加快建設以燃煤發(fā)電為主的電廠項目。此外，根據(jù)我國“十二五”規(guī)劃，國家在發(fā)展核電的態(tài)度上已經(jīng)從 “積極發(fā)展”轉變到 “盡可能發(fā)展”，新的核電規(guī)劃也對 《核電中長期發(fā)展規(guī)劃 （2005－2020）》進行大幅調(diào)整。可以說，在今后相當長的一個時期內(nèi)，火／核電在電力生產(chǎn)中將占較大比重。

電廠在投產(chǎn)運行后產(chǎn)生的大量余熱、二氧化硫和灰渣等都需要向外排放、轉移，為了減少投資和便于余熱等的冷卻排放及再利用，我國的火／核電廠大多建在靠近水庫、水池、直流河段和感潮河段、河口。

近年來，考慮到燃料的運輸和電力輸送等原因，火力發(fā)電廠一般都建立在濱海城市附近［1－2］。濱海電廠主要包括半封閉型海域、開放型海域和海島型開放海域的火／核電廠 （群），建立在海濱的火／核電廠一般利用海水作冷卻水，這些冷卻水攜帶大量的熱量進入海洋，使得受納水域水溫升高，對海洋環(huán)境產(chǎn)生了一定的負面影響，主要包括隨溫排水進入附近海域的余熱、余氯等對海洋生態(tài)環(huán)境和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)等的影響［3－4］。

1 電廠溫排水 （冷卻水）情況

從1958年起，由中國水利水電科學研究院開始冷卻水專業(yè)的試驗研究，至今已經(jīng)有50多年。20世紀80年代初，我國專家開始發(fā)表與電廠熱排水有關的研究成果［5－8］。隨著電廠建設的發(fā)展，目前我國電站的裝機容量增長速度居世界首位，總裝機容量僅次于美國，從裝機容量和發(fā)電量來看，都是以火／核電為主［5］?；穑穗姀S由于提供熱機冷源和各種設備冷卻降溫的需要，在發(fā)電過程中需要大量的冷卻水連續(xù)供應。根據(jù)我國發(fā)改委、國家海洋局和財政部2005年7月發(fā)布的 《海水利用專項規(guī)劃》，我國2003年利用海水作冷卻水用量達330億m3左右，應用最多的行業(yè)是電力、石化、化工等，其中電力企業(yè)利用海水作冷卻水的量約占全國海水作冷卻水總量的90%左右；全球直接利用海水作為工業(yè)冷卻水總量每年在6000億m3左右，我國至2020年海水直接利用能力將達到1000億m3／a。所以，對應于冷卻水量的大幅增加，冷卻水對環(huán)境的影響問題越來越多，也越來越復雜。

運行中的火／核電廠的熱效率比較低，一般由冷卻水帶走的能量為發(fā)電量的1.4倍 （火電）至2.5倍 （核電），在近岸和海灣等水資源充足的條件下，海水從取水口進入電廠，在機組內(nèi)部運行后，攜帶大量余熱的冷卻水往往直接通過排水口排放，或者采用循環(huán)供水或部分循環(huán)供水方式將來自電廠的冷卻水進行冷卻降溫，再抽回電廠循環(huán)使用。作為機組冷源的冷卻水經(jīng)過熱交換器后，溫升在8℃～12℃之間，成為“溫水”流出，一般說來，百萬千瓦級的火電廠，需冷卻水量約30～40m3／s，同級核電廠需水量達50～60m3／s，如此大量的熱量通過冷卻水排放到周圍水域環(huán)境中，會引起相應的海洋環(huán)境問題［9－10］。

2 電廠溫排水對海洋環(huán)境的影響研究

一般大型火電廠實際效率僅為40%，核電不及35%，60%以上的熱量如果沒有加以利用則排入大氣及隨冷卻水排入受納水體［11－12］，循環(huán)冷卻水將大量余熱釋放到環(huán)境自然造成了能源的浪費和明顯的環(huán)境熱污染，還有就是核電廠冷卻水中可能包含不同程度的低放射性物質(zhì)，這對環(huán)境的影響更不容忽視［13－14］。大量溫排水入海，局部海區(qū)就可能產(chǎn)生熱污染，溫排水對水域生態(tài)環(huán)境的影響多為潛在的和累積的，但其危害更多和更主要的是從根本上、整體上改變水體理化特征，進而嚴重影響水生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能。

2.1 對水質(zhì)環(huán)境的影響

溫排水使水域溫度升高，在水體表面常出現(xiàn)白色浮沫，造成水色渾濁，透明度降低，以及溶解氧含量下降，增加氨氮及重金屬的毒副作用，從而影響水域中生物的生存。而且在電廠中常用的濕式尾氣脫硫工藝 （FGD）雖不會引起冷卻水溫度的顯著升高［15］，對排放口附近海域的水質(zhì)、沉積物和生物體內(nèi)的主要指標不會造成明顯的影響，但研究發(fā)現(xiàn)海水中汞含量有升高的情況，鑒于汞的生物累積性，應高度重視汞的增量對附近海域環(huán)境的危害性［16－17］。

此外，由于溫排水溫度比周邊海域水溫高，電廠排出的 “熱水”浮于冷水上面，在近排放口的淺水區(qū)如果水動力條件比較好，潮流混合比較充分，溫排水入水后很快就能和水體垂直混合均勻，但當垂直混合不是很強烈時，溫排水會影響到水體表層下2～4m［18］，因此在對混合區(qū)水域進行監(jiān)測時應關注這一水層，尤其是該水層的生物生態(tài)受影響情況。

電廠大量溫排水的排放，會使得近排放口處局部水域的水溫高于鄰近海域，一定程度上促進耐溫水生生物的增殖，同時由于水體自凈能力下降，促進沉積環(huán)境中營養(yǎng)鹽的釋放，使水中氮磷比更趨于適合富營養(yǎng)化特征藻類的增殖需要，這都在某種程度上加速了水體的富營養(yǎng)化［19－21］，當條件合適時可能引起赤潮發(fā)生，并使局部水域赤潮發(fā)生的時段有所延長。

2.2 對生態(tài)環(huán)境的影響

因水溫升高造成水體中溶解氧的溶解度下降，將對生物生長產(chǎn)生不利的影響，尤其是在夏季高溫無風條件下，高溫對生物的脅迫作用被溫排水的升溫所強化，而且溶解氧濃度的下降會造成生物的缺氧甚至窒息，在水生生物的需氧和水體中的低氧狀況間形成矛盾，這種影響一般在夏季升溫較高的局部海域發(fā)生［22－24］。溫排水造成的溫升還能改變水生生物的生活條件，引起浮游生物數(shù)量種類和多樣性的變化，使得個別耐熱種類數(shù)量開始增加，并作為優(yōu)勢種而存在［25－26］。許多水生動物的種群結構、生長與繁殖等活動都將受到水溫的制約與影響，而其中以魚類對水溫的反應最為敏感，魚類因缺氧而浮頭于水面呼吸。大量研究表明，當增溫幅度大于3℃時，對魚類的危害比較明顯［27］，當升溫超過水域中的魚類、養(yǎng)殖生物的適應閾值，就會引起水生生物代謝的異常甚至死亡。

2.3 緩蝕劑的影響

緩蝕劑是一種用于腐蝕介質(zhì)中抑制金屬腐蝕的添加劑。濱海電廠之所以使用緩蝕劑是由于在發(fā)電機組運行過程中是以海水作為冷卻水，使得冷卻設備容易受到海水的腐蝕，同時為了防止污損生物在電廠冷卻系統(tǒng)內(nèi)壁附著，常常添加防生物附著的緩蝕劑，以殺死或抑制污損生物的生長。目前，濱海電廠常用加入含氯的氧化性殺菌劑來達到殺菌、滅藻和緩蝕的目的，不過緩蝕劑的使用也會造成一定的環(huán)境影響，主要是附著生物的代謝和死亡嚴重地惡化周邊海域的水質(zhì)，污染海洋環(huán)境；其次就是一些新型的緩蝕劑雖然防腐和消除生物附著能力較好，但可能析出有機類污染物，會對環(huán)境造成更大污染［28］；再者就是溫排水中余氯對海洋環(huán)境的影響，研究表明，溫排水中的余氯通過排放系統(tǒng)進入海洋環(huán)境中，不僅對生物有影響，還與水體中有機物形成一些有毒的有機氯化合物，通過毒性的累積效應進入食物鏈并影響人類健康［29－30］。因此電廠應選用環(huán)境友好、具有緩蝕效能的殺菌滅藻劑。

3 問題和研究展望

3.1 海域溫排水排放的管理水平有待提高

國外關于溫排水和混合區(qū)的研究已經(jīng)趨于成熟，但我國相關標準未明確混合區(qū)的范圍，目前運行和在建的火／核電站排水溫升主要集中在8℃～10℃，一般以溫升不超過當時當?shù)厮疁?℃的變化作為水質(zhì)判定標準，不過由于混合區(qū)的劃定涉及功能區(qū)劃、水域水動力條件和熱排工程技術條件等因素，地方政府多因受技術條件限制而無法根據(jù)海域條件確定混合區(qū)的范圍。因此，有必要在法律法規(guī)建設中對排放口的絕對溫度、溫升、混合區(qū)邊緣的溫升、混合區(qū)范圍進行研究分析和統(tǒng)一規(guī)定，以減少濱海電廠溫排水對周邊海洋環(huán)境的影響。

3.2 溫排水對環(huán)境影響范圍的評估存在困難

我國的溫排水對環(huán)境的影響評估體系中，數(shù)模、物模試驗的目的是預測電廠排水口處溫升為1℃、2℃、3℃，4℃時的溫升包絡面積，以滿足 “人為造成的海水溫升不超過當時當?shù)?℃”的海水水質(zhì)標準，并據(jù)此最終確定取排水位置、結構等。但在判斷取排水口布置是否合理的實際操作中存在困難，目前只能在確定取排水口方案時，在安全運行的前提下，結合工程造價和工程可實施性，優(yōu)化取排水方案，盡可能做到縮小4℃溫升包絡面積。所以有必要加強溫排水對環(huán)境影響范圍的評估，并以此來指導電廠的設計選址和建設。

3.3 建立溫排水影響的監(jiān)測評估和生態(tài)補償機制

目前在海洋領域?qū)嵤┝艘恍V義生態(tài)補償范疇的海洋開發(fā)利用收費制度，如 “排污 （傾廢）收費制度” “漁業(yè)資源增殖保護費制度”，近年來，沿海部分省、市、自治區(qū)探索性開展了海洋生態(tài)補償?shù)膶嵺`工作，2006年浙江省探索建立海洋生態(tài)補償 （賠償）機制，2007年山東省確定了生態(tài)補償?shù)膶ο蠛蜆藴?，《國?“十一五”渤海環(huán)境保護總體規(guī)劃》與其他一些與渤海社會經(jīng)濟與環(huán)境發(fā)展的綱領性文件，均把建立生態(tài)補償機制作為渤海治理的新的途徑和手段，但與陸地生態(tài)系統(tǒng)相比，海洋生態(tài)補償?shù)南到y(tǒng)研究較少，且尚未從產(chǎn)業(yè)開發(fā)的角度真正建立補償標準。針對濱海電廠的溫排水影響，加強對新型環(huán)保的生物緩蝕劑的研究及其對海洋環(huán)境影響的評價，建立并逐步完善相關監(jiān)測技術規(guī)范和評價辦法，制定相應的補償機制尤為重要。

3.4 溫排水余熱的利用

近年來，火核電廠建設規(guī)模、數(shù)量突飛猛進，電廠建設周期縮短，容量加大，密集度增高，同一大水域中共存數(shù)座大型電廠的現(xiàn)象已不鮮見，局部水域內(nèi)蓄熱量隨之增大，水域本地水溫可能升高。尤其是近20余年來火電裝機容量的高速發(fā)展，其排放的廢熱量隨之猛增，對環(huán)境產(chǎn)生累積的持久的負面影響?？梢?，伴隨電力的發(fā)展，溫排水的熱影響已越來越成為不可忽視的環(huán)境問題。但溫排水余熱也是世界上最大的潛在廢熱能量，其開發(fā)利用的程度對整個能源的開發(fā)有著重要的影響，亦有著不可小覷的研究價值，余熱的利用也有著重要的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益［31－32］。目前國內(nèi)主要是利用溫排水域的余熱來進行養(yǎng)殖，這樣有利于水面散熱，減輕了溫排水對自然水體的熱影響。

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海洋公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費項目 “濱海電廠污染損害監(jiān)測評估及生態(tài)補償技術研究 （200905010）”子項目 “漳州后石華陽電廠污染損害監(jiān)測與評估”.