張愛玲，王韶偉，趙懿珺，袁玨

(1.環(huán)境保護(hù)部核與輻射安全中心， 北京 100082； 2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院， 北京 100038)

濱海核電廠溫排水環(huán)評(píng)關(guān)鍵問題分析

張愛玲1，王韶偉1，趙懿珺2，袁玨2

(1.環(huán)境保護(hù)部核與輻射安全中心， 北京 100082； 2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院， 北京 100038)

目前，溫排水已成為濱海核電廠環(huán)境影響評(píng)價(jià)中的重要內(nèi)容，受到越來越多的關(guān)注?；诤穗姀S溫排水與其他能源項(xiàng)目在熱污染方面所造成的環(huán)境影響屬于共性問題，分析和總結(jié)了濱海核電廠溫排水環(huán)境影響評(píng)價(jià)中的幾個(gè)關(guān)鍵問題，包括溫排水環(huán)境影響評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)尚需完善、溫排水影響預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)方法、溫排水環(huán)境影響監(jiān)測(cè)及后評(píng)估、核電一址多堆的熱環(huán)境容量等問題，闡述觀點(diǎn)和并提出建議。

濱海核電廠；溫排水；環(huán)境影響評(píng)價(jià)

核電是一種安全、經(jīng)濟(jì)、清潔的能源，國(guó)內(nèi)外核電廠運(yùn)行實(shí)踐表明，發(fā)展核電對(duì)節(jié)能減排、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)具有重要意義。近年來，國(guó)家對(duì)核電產(chǎn)業(yè)加大支持力度，截至2014年10月底，我國(guó)大陸在建和運(yùn)行濱海核電廠已達(dá)13座，投入商業(yè)運(yùn)行核電機(jī)組20臺(tái)，在建機(jī)組28臺(tái)。隨著核電發(fā)展和建設(shè)步伐的加快，核電廠安全和環(huán)境問題也越來越受到社會(huì)重視和關(guān)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(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽溆嗉s2/3以熱的形式排入環(huán)境[4]。大量廢熱造成核電廠排水口及其附近區(qū)域海水水溫升高，改變水體環(huán)境質(zhì)量，進(jìn)而影響水體生態(tài)系統(tǒng)，甚至產(chǎn)生明顯的危害效應(yīng)。部分已運(yùn)行電廠海域水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和生態(tài)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，溫排水確實(shí)引起了工程海域水質(zhì)變化，其所造成的環(huán)境影響不容忽視[5]。

海洋生態(tài)與環(huán)境保護(hù)是環(huán)境領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。海水水溫是海洋水質(zhì)和海域生態(tài)環(huán)境的重要表征指標(biāo)，核電廠溫排水熱影響及其控制屬于海洋生態(tài)與環(huán)境保護(hù)范疇，核電廠溫排水對(duì)海域環(huán)境熱污染程度的定量評(píng)價(jià)也已經(jīng)納入核電廠環(huán)境影響評(píng)價(jià)的關(guān)鍵問題中[6- 7]。本文從核電廠溫排水環(huán)境影響共性、相關(guān)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)完善、溫排水影響預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)方法、溫排水環(huán)境影響監(jiān)測(cè)及后評(píng)估、一址多堆的熱環(huán)境容量等方面，對(duì)當(dāng)前濱海核電廠溫排水問題進(jìn)行探討。

1 核電廠溫排水環(huán)境影響問題屬性

電廠冷卻水系統(tǒng)是將電廠產(chǎn)生的乏熱通過各種方式最終排入環(huán)境的系統(tǒng)，冷卻水自水源經(jīng)循環(huán)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(jìn)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(guó)濱海核電廠發(fā)電冷卻水系統(tǒng)與大多數(shù)大型火電廠及其他能源項(xiàng)目一樣，均采用直流供水冷卻方式，利用海水作為冷卻介質(zhì)進(jìn)行熱交換，從而確保發(fā)電裝置處于正常、穩(wěn)定工況下，如圖1所示。冷卻水系統(tǒng)是相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，并不與核電廠其他系統(tǒng)存在連通，除熱量交換外，無其他物質(zhì)交換。因此，溫排水只是水溫升高，其他水質(zhì)指標(biāo)沒有變化。

受卡諾循環(huán)和核電技術(shù)的限制，濱海核電廠發(fā)電效率通常為33%左右，目前在建的廣東臺(tái)山核電廠可達(dá)到36%，相比于超臨界大型火電廠40%的發(fā)電效率和超超臨界火電廠45%的發(fā)電效率而言，核電廠的發(fā)電效率相對(duì)偏低。我國(guó)在建和運(yùn)行的核電機(jī)組大多為百萬千瓦級(jí)核電機(jī)組，排熱量較大，每臺(tái)核電機(jī)組冷卻水流量約為50～65 m3/s，排水溫升為8～10℃，比火電機(jī)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(xiàng)目相比，并無特殊性，其可能造成的環(huán)境影響屬于共性問題。因此，核電廠溫排水環(huán)境影響評(píng)價(jià)與常規(guī)能源項(xiàng)目溫排水影響評(píng)價(jià)的要求是一致的。

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

2 核電廠溫排水環(huán)境影響評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

我國(guó)現(xiàn)行法規(guī)或標(biāo)準(zhǔn)中涉及溫排水影響評(píng)價(jià)及溫升影響控制的內(nèi)容較少，主要包括《中華人民共和國(guó)海洋環(huán)境保護(hù)法》(1999年)、《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3097—1997)和《近岸海域環(huán)境功能區(qū)管理辦法》(1999年)等?！逗Ｑ蟓h(huán)境保護(hù)法》規(guī)定，在向海域排放含熱廢水時(shí)，必須采取有效措施，保證鄰近水域水溫符合國(guó)家海洋環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。這是對(duì)建設(shè)項(xiàng)目冷卻水排海造成溫升影響的原則規(guī)定，是下層法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)制定的根本依據(jù)。

《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，“對(duì)于第一類、第二類海域，人為造成的海水溫升夏季不超過當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)?℃，其他季節(jié)不超過2℃；對(duì)于第三類、第四類海域，人為造成的海水溫升不超過當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)?℃”。該標(biāo)準(zhǔn)屬于環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)范疇，規(guī)定了工程項(xiàng)目排熱造成海水溫升的限值，但沒有規(guī)定溫升限值面積或范圍及相關(guān)管理控制要求，也沒有規(guī)定溫排水環(huán)境影響的定量評(píng)價(jià)方法。

《近岸海域環(huán)境功能區(qū)管理辦法》依據(jù)近岸海域的自然屬性和社會(huì)屬性，以及海洋自然資源開發(fā)利用現(xiàn)狀，結(jié)合行政區(qū)國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展計(jì)劃與規(guī)劃，對(duì)近岸海域按照不同使用功能和保護(hù)目標(biāo)，劃定4類近岸海域環(huán)境功能區(qū)，并明確各類功能區(qū)的海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。該管理辦法規(guī)定，“對(duì)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(qū)”，但沒有明確混合區(qū)的劃定方法，特別是對(duì)于受溫排水熱影響的混合區(qū)的范圍，未設(shè)定明確的界定和定量指標(biāo)，只是原則性提出“確定混合區(qū)的范圍，應(yīng)當(dāng)根據(jù)該區(qū)域的水動(dòng)力條件，鄰近近岸海域環(huán)境功能區(qū)的水質(zhì)要求，接納污染物的種類、數(shù)量等因素，進(jìn)行科學(xué)論證”的評(píng)價(jià)要求。

由于上述現(xiàn)行法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)制定時(shí)間均較早，對(duì)溫排水監(jiān)管和控制不夠明確，缺乏實(shí)際操作性，相關(guān)法規(guī)體系中也缺少如何進(jìn)行溫排水環(huán)境影響評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)。因此，我國(guó)目前對(duì)每個(gè)濱海核電廠的溫排水環(huán)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(huán)境影響越來越受到廣泛關(guān)注，應(yīng)加強(qiáng)溫排水對(duì)海域環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)影響的基礎(chǔ)研究，加強(qiáng)對(duì)溫排水利用及控制的技術(shù)研究，加強(qiáng)溫排水環(huán)境影響的評(píng)價(jià)方法研究，為制訂和完善溫排水環(huán)境影響法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)提供技術(shù)依據(jù)，為環(huán)保管理部門科學(xué)管理和決策提供重要參考。

3 核電廠溫排水影響預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)方法

在核電廠取排水工程設(shè)計(jì)及溫排水物理影響評(píng)價(jià)中，主要圍繞兩個(gè)方面的問題開展研究和論證：一是結(jié)合當(dāng)?shù)睾Ｓ虻娘L(fēng)、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(dá)到設(shè)計(jì)所需的冷卻效果，保證核電廠用水安全；二是結(jié)合工程海域的水動(dòng)力條件和生態(tài)環(huán)境特征，充分研究溫排水在環(huán)境水域中的輸移擴(kuò)散規(guī)律，采取合理可行的工程設(shè)計(jì)和環(huán)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(dāng)?shù)睾Ｓ颦h(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和近岸海域環(huán)境功能區(qū)劃要求，降低溫排水對(duì)周邊水環(huán)境和生態(tài)資源的不利影響。

圍繞上述問題，通常采用取排水局部區(qū)域小變態(tài)物理模型與大范圍水域數(shù)學(xué)模型兩類模擬手段開展論證分析。物理模型能夠比較真實(shí)地反映排水近區(qū)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(shí)模型變態(tài)率不宜太大，否則對(duì)溫排水運(yùn)動(dòng)的模擬容易失真。此外，由于目前一般的普通實(shí)驗(yàn)室大多無法實(shí)現(xiàn)溫濕度的自由調(diào)控，所以在散熱方面還難以嚴(yán)格滿足相似要求。數(shù)學(xué)模型經(jīng)濟(jì)、快捷、靈活、無變態(tài)、不受場(chǎng)地限制，工程上常用的有垂向平均二維數(shù)學(xué)模型及沿水深方向分層的準(zhǔn)三維模型。這兩種數(shù)學(xué)模型可以較好地模擬排水遠(yuǎn)區(qū)溫排水隨潮輸移的擴(kuò)散規(guī)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(yōu)勢(shì)，但均屬于遠(yuǎn)區(qū)模型，無法準(zhǔn)確模擬排水近區(qū)的三維紊動(dòng)浮射流特性。精細(xì)模擬的全三維紊流模型可以較好地模擬近區(qū)溫排水的水力、熱力特性，但由于模型復(fù)雜，計(jì)算量過于龐大，在工程實(shí)踐中還難以普及應(yīng)用。

基于工程上溫排水研究常用的物理模型與數(shù)模模型各有其適應(yīng)性和局限性，核電廠溫排水物理影響預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)中要求采取兩種手段相結(jié)合，通過綜合分析后給出最終溫排水預(yù)測(cè)結(jié)果。在已有的十幾個(gè)核電工程評(píng)價(jià)中，排水口近區(qū)溫排水影響范圍(一般情況下，溫升高于2℃的區(qū)域)通常采用物理模型試驗(yàn)結(jié)果，排水口遠(yuǎn)區(qū)影響范圍往往采用數(shù)學(xué)模型計(jì)算結(jié)果。建議今后進(jìn)一步加強(qiáng)數(shù)學(xué)模型計(jì)算和物理模型試驗(yàn)的溫排水影響預(yù)測(cè)方法及關(guān)鍵參數(shù)的基礎(chǔ)研究，尤其結(jié)合已獲得的溫排水影響的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)和反饋，提高模型構(gòu)建的合理性和預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度，為環(huán)境影響評(píng)價(jià)提供更加細(xì)致、可靠的技術(shù)依據(jù)。

4 核電廠溫排水環(huán)境影響監(jiān)測(cè)及后評(píng)估

長(zhǎng)期以來，對(duì)核電廠溫排水環(huán)境影響的控制管理主要是參考工程建設(shè)前的預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)(前評(píng)價(jià))結(jié)果。鑒于溫排水預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性依賴于基礎(chǔ)資料的翔實(shí)程度以及預(yù)測(cè)模式的運(yùn)算精度，預(yù)測(cè)結(jié)果存在較大的不確定性和局限性，因此，在核電廠運(yùn)行后，溫排水造成的實(shí)際環(huán)境影響可能會(huì)與預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果存在較大差異。但是由于對(duì)核電廠運(yùn)行后環(huán)境影響評(píng)估的重視程度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，目前國(guó)內(nèi)在核電廠溫排水對(duì)海域環(huán)境的實(shí)際影響、熱污染控制的有效性和環(huán)境保護(hù)效果以及預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性和合理性等方面開展的基礎(chǔ)研究仍舊相對(duì)薄弱。

近年來，隨著對(duì)核電廠熱影響的逐漸重視，環(huán)境保護(hù)主管部門通常要求核電廠在設(shè)計(jì)階段的環(huán)境影響評(píng)價(jià)中，就開展針對(duì)溫排水環(huán)境影響監(jiān)測(cè)方案的詳細(xì)設(shè)計(jì)，包括布點(diǎn)、監(jiān)測(cè)設(shè)備、信息傳輸?shù)龋⒁笤诤穗姀S首次裝料前具備監(jiān)測(cè)能力。從國(guó)內(nèi)幾家研究單位已經(jīng)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(huán)境影響監(jiān)測(cè)工程實(shí)踐和應(yīng)用研究中可以看出，利用海域大面積觀測(cè)、航天或航空遙感監(jiān)測(cè)以及定點(diǎn)水溫連續(xù)監(jiān)測(cè)等手段，能夠清楚掌握核電廠溫排水實(shí)際影響的范圍和程度。同時(shí)，獲取的溫排水實(shí)際影響數(shù)據(jù)也是進(jìn)一步改進(jìn)溫排水影響模擬預(yù)測(cè)方法和提高預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性及科學(xué)性的重要技術(shù)手段。

從環(huán)境管理角度出發(fā)，建議進(jìn)一步加強(qiáng)衛(wèi)星遙感測(cè)溫監(jiān)測(cè)與反演、大范圍海域水上同步測(cè)量等重要海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的開發(fā)，以及能夠反映海域主要水文、氣象條件下溫度場(chǎng)實(shí)時(shí)變化過程的高精度海域水環(huán)境動(dòng)態(tài)數(shù)值預(yù)報(bào)模型開發(fā)，綜合上述各種技術(shù)手段的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)互補(bǔ)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決核電廠溫排水環(huán)境影響關(guān)鍵問題，開展核電廠溫排水影響后評(píng)估。

5 核電廠一址多堆熱環(huán)境容量限制

環(huán)境容量是指某一環(huán)境區(qū)域內(nèi)對(duì)人類活動(dòng)造成影響的最大容納量。就環(huán)境熱污染而言，向環(huán)境中排放的熱量超過最大容納量，環(huán)境的生態(tài)平衡和正常功能就會(huì)遭到破壞。

核電廠因其安全性要求非常高，廠址相對(duì)稀缺，從節(jié)約土地資源和環(huán)境資源角度出發(fā)，通常一個(gè)濱海核電廠址的規(guī)劃容量按照6臺(tái)百萬千瓦級(jí)機(jī)組考慮，即采用“一址多堆”的建設(shè)模式；此外，同一海域數(shù)座電廠一起排熱的現(xiàn)象也屢見不鮮，形成所謂的“電廠群效應(yīng)”[8]。當(dāng)大量熱源集中排入海域，必然會(huì)對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生熱污染。因此，核電廠排熱海域的熱環(huán)境容量也會(huì)制約核電廠機(jī)組建設(shè)數(shù)量。

一些火電廠在受到所在海域熱環(huán)境容量限制后，采取了溫排水近零排放的措施，相關(guān)經(jīng)驗(yàn)值得核電廠借鑒。例如，浙江象山港是一個(gè)擴(kuò)散條件相對(duì)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(jīng)很小，不宜再增加大量溫排水。為解決電廠溫排水對(duì)象山港海域熱污染的問題，保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境，寧?；痣姀S二期工程在國(guó)內(nèi)首次采用了海水自然通風(fēng)冷卻塔循環(huán)供水系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了該電廠溫排水的近零排放。

因此，建議在核電廠選址時(shí)就要充分考慮其排熱所造成的熱環(huán)境容量問題，優(yōu)先選擇環(huán)境容量相對(duì)較優(yōu)的廠址，合理確定核電機(jī)組規(guī)劃容量和冷卻方式，而且更加需要在核電廠環(huán)境影響評(píng)價(jià)論證中對(duì)排熱海域的熱環(huán)境容量進(jìn)行科學(xué)評(píng)估，階梯開發(fā)、統(tǒng)籌管理海域熱排放，避免造成實(shí)質(zhì)性生態(tài)影響。

6 結(jié)論

濱海核電廠溫排水熱污染作為水環(huán)境問題的一個(gè)重要方面，受到越來越廣泛的關(guān)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(xiàng)目在熱污染方面所造成環(huán)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(huán)境特征的復(fù)雜性，其環(huán)境影響評(píng)價(jià)又有其特殊性：

(1)由于制定時(shí)間較早，我國(guó)現(xiàn)行評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)溫排水的監(jiān)管和控制不夠明確，缺乏實(shí)際操作性。我國(guó)目前只能采取“一事一議”的辦法，來對(duì)每個(gè)濱海核電廠的溫排水環(huán)境影響進(jìn)行審查，確定其可接受性。

(2)數(shù)值模擬計(jì)算和物理模型試驗(yàn)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(yù)測(cè)評(píng)價(jià)中要求采取兩種手段進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)研究，通過綜合分析給出最終的溫排水預(yù)測(cè)結(jié)果。

(3)鑒于預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性依賴于基礎(chǔ)資料的翔實(shí)程度和預(yù)測(cè)模式的運(yùn)算精度，在核電廠運(yùn)行后，溫排水造成的實(shí)際環(huán)境影響可能會(huì)與預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果存在較大差異，而目前對(duì)核電廠運(yùn)行后環(huán)境影響評(píng)估的重視程度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

(4)從節(jié)約土地資源和環(huán)境資源的角度，濱海核電往往規(guī)劃為多堆廠址，該模式會(huì)造成核電廠向海域集中排熱，海域熱環(huán)境容量未來可能會(huì)成為制約核電廠機(jī)組建設(shè)數(shù)量的重要因素。

綜上所述，我國(guó)在濱海核電廠溫排水環(huán)境影響的評(píng)價(jià)和管控方面尚存在不足，今后應(yīng)加強(qiáng)相關(guān)基礎(chǔ)研究，從代表性潮型選取和預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)方法方面提高溫排水物理影響預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性和科學(xué)性，從海域熱環(huán)境容量方面綜合考慮采取經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境保護(hù)最優(yōu)的冷卻方式，從溫排水環(huán)境影響監(jiān)測(cè)及后評(píng)估方面改進(jìn)和完善溫排水物理影響模擬方法，制定和完善溫排水環(huán)境影響評(píng)價(jià)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，為海洋環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)合理的決策依據(jù)。

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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?yàn)楹嗽O(shè)施環(huán)境影響評(píng)價(jià)，E-mail：zhang20040701@sina.com

10.14068/j.ceia.2015.03.015

X820.3

A

2095-6444(2015)03-0057-04