核电厂用水合理性分析及体会

邱 静 ，黄本胜 ，马 瑞 ，吉红香

（1．广东省水利水电科学研究院，510630，广州；2．广东省水动力学应用重点实验室，510630，广州）

核电工程规模大、多台机组连续建设，且单台机组的施工周期较长，施工、机组调试和运行期往往发生重叠，由于土建、安装、调试、运行等不同工况的用水特征存在差异，故对运行期和施工期用水量有不同的要求。本文以岭澳核电三期扩建工程为例，分析探讨核电厂不同时期的用水工艺和节水潜力，提出合理的用水量，可为核电厂用水合理性分析提供参考。

岭澳核电三期扩建工程拟建2×1 000MW的核电机组，一次建成；1号和2号机组建设时间相隔8个月。核电厂循环冷却水取用海水，工业及生活所需淡水取自附近的专用水库。

一、核电厂的用水工艺及设计提出的用水方案

1.核电厂的用水工艺

核电厂用水主要分为冷却用水、工业用水、化学水、生活用水、施工用水等。

核电厂的用水工艺和过程大部分和一般的燃煤、燃气火电厂相类似，最大的差别是多了核岛的用水部分，但又少了一般燃煤火电厂的输煤、除尘、脱硫系统的用水。核电厂用水可分为两个回路，称一回路和二回路。滨海核电厂冷却用水一般取用海水，直流冷却，又称作三回路。

表1 不同工况设计用水量计算结果

表2 建设项目不同年份设计用水量计算结果

核电厂的一回路为核蒸汽供应系统，即压水反应堆、反应堆冷却剂系统，即俗称的核岛部分；二回路为蒸汽和动力转换系统，即俗称的常规岛部分。一回路将核反应堆的热量带到核反应堆外，将二回路汽轮机的冷水加热变为高压蒸汽，推动汽轮机发电。余热蒸汽经冷却系统（三回路）冷却降温回到二回路。

2.设计提出的用水量方案

设计单位提出的各工况设计用水（淡水）见表1。其中，施工日用水量最大，其次为除盐水量。

（1）工业用水

工业用水包括循环水系统、重要常用水系统、循环水过滤系统的密封水和核岛用水、常规岛用水、其他用水等，拟由水库水经澄清处理后通过工业、化学生产用水管网供给。

（2）化学水（除盐水）

除盐水系统的流程为：水库水→澄清处理→工业、化学生产用水管网→多介质过滤器→超滤→一级除盐→二级除盐→除盐水箱。不同工况除盐水的用量不同见表1。

（3）生活用水

生活用水包括厂内杂用水、生产区生活用水、办公生活及辅助区用水，拟由水库水经澄清、过滤、消毒处理后，通过独立的生活给水管网供给。

厂内杂用水中的汽车冲洗用水需提供新鲜水量；道路场地喷洒和绿化用水由生活污水处理回用解决。

（4）施工用水

岭澳核电三期扩建工程的施工人员数为4 800人，其施工用水包括施工人员生活用水和采石场用水、混凝土搅拌站用水、混凝土浇注养护用水、喷洒用水，施工最高日用水量为6565m3。

3.建设项目不同年份用水量

根据2台机组的建造里程碑，计算建设项目各年份的设计用水量见表2。可见按年度计算，建设项目的用水高峰年出现在第4年，该年1—5月为2台机组施工阶段，6—12月为1号机组调试、2号机组施工阶段，年用水总量为200.89万m3。

二、正常运行期淡水用水合理性分析

1.用水过程及水平衡分析

（1）取水水源

正常运行期的淡水用水包括工业用水、化学水（即除盐水）、生活用水，淡水原水拟取自岭澳水库。

（2）用水量

从表1、表2可见，建设项目正常运行期2台机组全年运行工况和1台机组运行、1台机组检修工况的最大日淡水用水量分别为5 156 m3、3 737 m3，年淡水用水量分别为166.76万m3、166.64万 m3。 即2台机组全年运行工况为建设项目正常运行期用水量最大的工况。

（3）排水系统

本项目的淡水退水主要可分为一般工业废水（包括核岛及常规岛设备冷却水排水、冲洗废水、主厂房工艺系统用水排水）、少量低放射性废水、含油废水和生活污水四部分。

一般工业废水、生活污水经过处理达标后回用或与循环冷却水排水混合稀释后排往大海。核岛部分用水可能产生的少量含有低放射性污染物质废水，经核岛废水处理系统处理并监控达标后与循环冷却水排水混合稀释排放。

（4）水平衡分析

建设项目正常运用期淡水供水包括工业系统用水、除盐水生产系统用水及生活用水，用水保证率均为97%。以取用淡水量最大的工况分析，正常运行期2台机组全年运行工况下总取用水量为166.76万m3/a。其中耗水量122.93万m3/a，占总取水量的73.71%；达标排水量36.44万m3/a，占总取水量的21.85%；生产区生活用水的全部排水、办公及辅助生活用水的部分排水回用于厂区道路喷洒和绿化用水，共7.39万m3/a，占总取水量的4.43%。

2.用水合理性分析

考虑到核电工程的特点，本次论证参考国内火电行业考核的几个主要指标，即单位发电量取水量、装机取水量等进行计算，以分析取用水量的合理性。

核电工程在我国是一个较年轻的行业，缺乏建设及运行经验。核电站建设、运行和检修换料等阶段的需水量，目前均没有取用水定额标准，因此，本次论证分别将建设项目的取水用水指标与燃煤电厂的取水定额、同规模的燃煤电厂的设计单位取水量、国内同机型核电机组的设计单位取用水量、国外同规模核电机组设计取用水量及国内同规模核电机组实际运用单位取用水量进行比较，论证建设项目取用水的合理性。

（1）单位发电取用水量和装机取用水量

建设项目的年运行时长按330天计，装机容量为 2×1 000MW，则年发电量为15.84×106 MWh，正常运行期设计年最大取用淡水量166.76万m3，计算得建设项目单位发电量取水量为 0.105 m3/（MWh），装机取水量为0.034m3/（sGW）。 从表 3 可见：

①建设项目各项指标均远低于燃煤机组的取水定额标准，其中单位发电量取水量比燃煤机组的取水定额低85.42%，装机取水量比取水定额低71.67%。

②建设项目单位取水量均远低于附近区域同规模燃煤电厂的单位取水量，以取水指标更优的珠江电厂1×1 000MW超超临界机组为例，建设项目的单位发电量取水量低69.65%，装机取水量低60.92%。

③建设项目的单位发电量取水量和装机取水量的水平较显著地低于B核电工程的取用水水平，与C核电工程相当。岭澳核电三期工程的设计取用水指标与国内同机型核电工程相比处于先进水平。

④法国同类核电厂运行表明，核电厂每千瓦装机取水量为1 m3，2 000 MW电厂年取水量为200万m3。建设项目2×1 000 MW机组年取水量为166.76万m3，可见，与国际上先进国家的核电站取用水相比，本工程处于领先水平。

⑤与国内同规模已投产核电机组的实际用水量相比，大亚湾核电站1995—2002年正常运行期的生产及厂内办公生活年均用水量为65.91万m3。根据核电工程设计取用水量的结构特点，除盐水系统是占设计取用水总量比例最大的用水系统，约占80%，连同生产用水系统，核电工程的设计工业用水量可占设计用水总量的近90%。岭澳三期核电工程的设计生产用水量 （工业用水系统+除盐水系统用水量）与大亚湾核电站的历年实际生产用水量相比为其2.53倍。

（2）企业职工生活人均取用水量

岭澳三期核电工程新职工人数为1 060人 （机组大修期间另增大修人员1 000人），人均取用水标准按350 L/（人·d），高于《广东省用水定额（试行）》超大城市居民生活用水定额210 L/（人·d）的标准。 建设项目的设计生活用水定额定得偏大，应重新核算符合广东省节水管理要求的用水定额，并采取相应措施节约用水。

三、施工调试用水合理性分析

1.用水过程及水平衡分析

（1）取水水源

按出现时间的先后顺序，岭澳三期核电工程施工调试期包括2台机组施工，1台机组调试、1台机组施工及1台机组运行、1台机组调试3种工况。以年用水量最大的1台机组调试、1台机组施工工况为例，除工业用水、化学水和生活用水外，还包括施工生产、生活用水。建设项目施工调试期用水拟以专用水库提供淡水原水。

表3 不同电厂淡水用水量比较

（2）用水量

根据表1、表2的计算结果，建设项目施工调试期2台机组施工，1台机组调试、1台机组施工及1台机组运行、1台机组调试3种工况的最大日淡水用水量分别为6 565 m3/d、11 226 m3/d、6 626 m3/d，年淡水用水量分别为141.57万m3/a、243.26万 m3/a、111.25万m3/a（1台机组运行，1台机组调试仅持续8个月）。1台机组调试、1台机组施工工况为建设项目施工调试期用水量最大的工况。

（3）排水系统

除调试用水外，施工生产用水基本上为消耗水，砂石冲洗用水循环使用；生活用水经生活处理站处理后，达标排放。

（4）水平衡分析

建设项目施工调试期淡水供水除工业系统用水、除盐水生产系统用水、生活用水外，还包括施工生产、生活用水，用水保证率均为97%。建设项目施工调试期1台机组调试、1台机组施工工况下总取用水量为243.26万m3/a。其中耗水量166.60万m3/a，占总取水量的 68.49%；达标排放水量69.27万m3/a，占总取水量的28.48%；生产区生活用水系统的全部排水、办公及辅助生活用水系统的部分排水回用于厂区道路喷洒和绿化用水，共7.39万m3/a，占总取水量的3.04%。

2.用水合理性分析

参考国内其他核电工程施工期的用水情况，建设项目与D核电站、B核电站施工期平均日用水量的对比见表4。

由表4可见，岭澳三期核电工程的施工用水无论是生产用水、生活用水还是年用水总量均比D核电站和B核电站少；人均生活用水量也仅比B核电站略大，考虑到我国南方低纬度高温地区施工人员对饮用、盥洗水量的需求较大，建设项目施工人员的人均生活日用水量基本合理。岭澳三期核电工程的施工用水水平与我国同规模的已建和在建工程相比处较优水平，建设项目施工用水基本合理。

四、合理取用水量

设计的岭澳三期核电工程正常运行期的最大年淡水取用水量为166.76万m3，施工调试期的最大年淡水取水量为243.26万m3。根据对建设项目正常运行期和施工调试期最大用水工况用水过程的合理性分析结果，建设项目工业用水（包括生产用水和除盐水）、施工生产用水、施工生活用水的设计较为合理，单位发电量取水量、装机取水量等主要节水考核指标符合相关规范的要求，与同规模燃煤电厂的设计取用水指标、国内同机型核电工程的设计取用水指标、国外同规模核电机组设计取用水指标比较处于先进水平，施工用水与我国同规模的已建和在建工程相比处于较优水平，施工人员的生活用水标准确定合理。

但现有设计方案对建设项目正常运行（含检修）工作人员生活用水定额的设计偏大，人均取用水标准为350L/（人·d），而由于核电基地的供水系统相对独立、自成体系，按基地内总体用水人口规模，建设项目的生活用水定额宜按《广东省用水定额（试行）》小城市居民生活用水定额160L/（人·d）。核服人员和大修人员由于办公时间衣物冲洗用水量较其他人员大，可适当提高此类人员的生产区用水定额。

表4 国内不同核电工程施工期平均日用水量及年用水量比较表

本次论证按人均生活用水定额160 L/（人·d）、 核服人员和大修人员厂内定额部分适当提高至其他人员2倍，重新核算符合《广东省用水定额（试行）》的生活用水量，形成建设项目的淡水合理用水方案。按最大用水工况，施工调试期1台机组施工、1台机组调试的最高日取用水量为10851 m3/d，最大取水流量 0.126 m3/s，年最大取用水量234.69万m3；正常运行期2台机组运行的最高日取用水量为5015m3，最大取水流量 0.058m3/s，年最大取用水量158.20万m3。

五、滨海核电水资源论证应重点关注的问题

①核电厂通常装机规模大，多台机组连续建设，且单台机组的施工周期较长，施工、机组调试和运行期往往发生重叠，而土建、安装、调试、运行等不同工况的用水特征存在差异，核电厂对运行期和施工期用水量有不同的要求，因此，应对核电厂不同时期的用水量进行分析评价，须分施工期、调试期和运行期以及各组合工况，分别对不同工况下的用水水平和用水合理性进行分析，并以此核定核电厂的最大年用水量。

②基于核电厂用水的复杂性，核电厂水资源论证亦应对施工期和运行期分别绘制水量平衡图，根据建设进度安排和不同的工况组合，提出不同年份的用水量。由于目前没有相关的用水定额，用水合理性分析应参考国内现役滨海核电机组的实际用水量，进行对比分析。改扩建核电厂应重点调查分析已建机组不同工况的实际用水水平，分析建设项目的用水合理性。

③一般而言，用水合理性分析与取水水源论证是两个相对独立的部分；而对核电项目而言，核电项目的设计用水量相对正常运行期的实际用水量普遍偏于保守，取水水源论证相应的设计取水量与用水合理性分析直接相关，以用水合理性分析的结论为依据核减形成的核电项目合理用水量与原设计方案的差异大小，可能直接影响取水水源可靠性分析的结论。

④可供水量分析计算须分施工期、调试期和运行期以及各组合工况进行，并充分论证其取水的可靠性。

⑤滨海核电所处的滨海地区多为淡水资源紧缺地区，由于目前其设计用水量远大于运行投产后实际用水量，如果不对现有的核电站实际用水量进行调查研究，比较分析，一味地按设计用水量进行论证，极有可能得到预选厂址的水资源条件不足以支撑项目建设、营运的错误评价，直接影响规划核电项目的上马。

此外，核电厂正常运用期除了正常运行的用水要求外，机组启动时需增加一定的用水量，机组大修时也需增加较大的用水量，施工期单台机组进入调试阶段后，启动、部分开机、停机交替出现，用水量的变幅较大，上述各工况的用水特征和规律的研究是亟须开展的工作，除应加快推进水量平衡测试以尽快积累启动、大修及调试期间用水资料和分析成果外，在核电项目的前期工作中应充分利用同机型或类似机型已投产核电工程的实际用水资料，审视设计用水量的制定依据、计算过程，综合考量、估计实际用水量与设计用水量的差异。

[1]水利部水资源管理中心.水资源论证案例汇编[C].2011.

[2]广东省水利水电科学研究院.岭澳核电站三期扩建工程水资源论证报告书[R].2009.