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從兩個(gè)案例看沿海、內(nèi)陸核電廠

在總平面布置上的異同 

口  崔艷艷

(上海核工程研究設(shè)計(jì)院，200233)

        摘    要    本之基于沿海核電廠址、內(nèi)陸核電廠址的基本特性分析，結(jié)合兩個(gè)工程實(shí)例，討論沿海核電廠、內(nèi)陸核電廠在總平面布置上的異同。
        關(guān)鍵詞   沿海核電廠  內(nèi)陸柱電廠  總平面布置

1  前言
      上世紀(jì)70年代以來，我國持續(xù)不斷地開展了核電廠建設(shè)的前期工作，先后在浙江、廣東、江西、福建、江蘇、山東、遼寧等省份選出了一批可能的廠址和可供優(yōu)先建設(shè)的廠址。上述省份的基本特點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)，二次能源比較缺  乏。隨著沿海核電廠前期工作的廣泛開展，內(nèi)陸許多省市，如：扛西、安徽、湖北、湖南、重慶等也開展了廠址普選和篩選工作。
      我國現(xiàn)已投入運(yùn)行的核電廠有秦山核電廠一期、二期、三期工程；廣東大亞灣核電廠(1#、  2＃機(jī)組)；嶺澳核電廠(1#、2#機(jī)組)以及田灣核電廠(1#、20機(jī)組)。現(xiàn)巳通過國家批準(zhǔn)建設(shè)的核電廠有：浙扛三門核電廠一期工程、廣東嶺澳校電廠二期工程。
本文結(jié)合兩個(gè)工程實(shí)例(廣西白龍核電廠址、湖北大畈核電廠址)對(duì)沿海廠址、內(nèi)陸廠址在總平面布置方面的異同進(jìn)行初步的分析。

2     廠址特征比較

2.1  地理位置和地形地魏

       廣西白龍核電廠址位于廣西自治區(qū)防城港市江山半島的白龍。北距防城港市江山鄉(xiāng)15Km，西北距防城港市區(qū)17．3km。廠址區(qū)南、西、北三面環(huán)海，向東為一系列侵蝕、剝蝕孤立的低小殘丘，地形呈波狀起伏，丘頂渾圓，偶見短山脊，殘丘高程20．0-60．0m，馬鞍嶺頂高程約64．9m。在各低丘間多分布洼地、溝谷等負(fù)地形，谷底及相對(duì)平地高程0．0~13．Om，海灘區(qū)以砂質(zhì)海灘為主，高程一般為0．0-3．0m，海岸以巖質(zhì)海岸為主。
       湖北大畈核電廠址位于湖北省咸寧市通山縣大畈鎮(zhèn)高坑村西側(cè)的獅子巖山體。廠址西南距通山縣城19km，西北距咸寧市38km，武漢市l(wèi)00km，東北距陽新縣城51km。廠址附近范圍涵蓋了低山地貌區(qū)、低山一丘陵地貌區(qū)和低丘谷地地貌區(qū)三個(gè)地貌單元。區(qū)域山勢(shì)、水系展布方向?yàn)榻鼥|西向。廠址處在低丘谷地地貌區(qū)的邊緣地帶，其所在的獅子巖為低山丘，海拔180m。區(qū)內(nèi)地勢(shì)最低處為富水水庫水面，也是區(qū)域現(xiàn)今侵蝕基準(zhǔn)面，海拔50m左右。

      從比較可以看出，廣西白龍廠址三面環(huán)海，一面為陸，屬典型的“半島”地形，山體又較低，廠址的土石方開挖量將不會(huì)很大，但多余的土石方由于受到“半島”條件的限制，除去“填海造田”外，很難找到其他地方消納；而湖北大畈廠址，山體較寬碩且高，土石方開挖雖然巨大，但其周圍有很多低洼地，利于消納多余的土方。另外，廣西白龍廠址三面環(huán)北部灣，充沛的海水水量是核電廠用水的保證，也為核電機(jī)組直流冷卻提供了基礎(chǔ)條件；而湖北大畈廠址三面為陸，南臨富水水庫，核電機(jī)組只能采取二次循環(huán)冷卻方式。秦山核電廠一期／二期／三期以及廣東大亞灣核電廠均是沿海核電廠，均采用了直流冷卻方式；對(duì)于內(nèi)陸核電廠，考慮到水資源利用和生態(tài)環(huán)境保護(hù)的因素，目前切實(shí)可行的冷卻方式是二次循環(huán)。

2.2  廠址外部交通條件

      白龍廠址外部公路條件較好，現(xiàn)有一條四級(jí)公路可與廣西一級(jí)公路相連，另有一條二級(jí)的旅游景區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施道路，也可與廣西一級(jí)公路相連。廠址附近20km處有南寧一防城港的鐵路線通過；廠址三面環(huán)海，水上交通十分便利，廠址西北面有一海軍碼頭，最大停泊噸位為800t。
      湖北大畈廠址西面4km處有通山縣一大畈縣四級(jí)公路經(jīng)過，廠址5km范圍內(nèi)無鐵路通過，無碼頭。

     從比較不難看出，廣西白龍廠址的外部交通條件明顯優(yōu)于湖北大畈廠址。這是因?yàn)榘垙S址地處沿海，自身的公路交通、旅游發(fā)展較好，而大畈廠址地處內(nèi)陸，地理?xiàng)l件限制著自身的公路交通發(fā)展。考慮到水路條件和廠址附近碼頭的情況，沿海廠址更是具備先天優(yōu)勢(shì)。白龍廠址三面環(huán)海，廠區(qū)附近有碼頭，提供了大件水路運(yùn)輸?shù)目赡堋６鴮?duì)于湖北大畈廠址，大件運(yùn)輸條件則因其特殊的地理位置和地形而顯得困難，只能采取“水陸聯(lián)運(yùn)”方式，導(dǎo)致運(yùn)輸費(fèi)用上升，運(yùn)輸管理復(fù)雜。一般地說，在絕大多數(shù)內(nèi)陸廠址的核電工程中，大件運(yùn)輸在初可研階段就需要進(jìn)行專題研究。

2.3  氣象與工程水文

      廣西白龍核電廠址區(qū)域氣候?qū)儆跂|亞季風(fēng)氣候，夏半年盛行偏南風(fēng)，冬半年盛行偏北風(fēng)。主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镹NE風(fēng)向，頻率為22．0％；次導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镹風(fēng)向，頻率為16．2％；最少風(fēng)向?yàn)閃風(fēng)向，頻率僅為0．3％。
       廠址區(qū)域海域?qū)儆谡?guī)全日潮類型，廠址附近海區(qū)，夏季泥沙含量不高于0．07kg／m3，冬季不高于0．05kg／m3。工程水文參數(shù)如下(均采用85國家高程基準(zhǔn))：歷史最高潮位3．49m，P=97％設(shè)計(jì)低潮位-2．58m，歷史最低潮位-2．06m，P：99．9％設(shè)計(jì)低潮位—3．53m，最高天文潮位3．48m，千年一遇增水3．73m，最低天文潮位-2．05m，千年一遇減水-3．08m，千年一遇設(shè)計(jì)高潮位4．15m，千年一遇波高H，65．94m，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)高水位10．77m，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)低水位-5．13m。
       湖北大畈核電廠址所屬的通山站歷年；年平均風(fēng)速為1．4m／s，主導(dǎo)風(fēng)向E；最大風(fēng)速21．7m／s(2000年7月28日)；歷年平均g靜風(fēng)頻率35％。
        廠址南面的富水水庫工程水文參數(shù)：如下：設(shè)計(jì)基準(zhǔn)洪水位為68．71m(黃海高：程，下同)，萬、千年一遇洪水位分別為62．35m、60．17m(2000調(diào)度方式時(shí))，萬、千年一遇低水位為41．99m、42．61m，歷史最高、最低洪水位分別為57．27m、44．09m(1969年7月17日和1968年7月17日)，水庫總庫容16．21億m3，防洪庫容2．81億m3，興利庫容5．48億m3，調(diào)節(jié)庫容8．08億m3，死庫容4．21億m3。
       從廣西白龍和湖北大畈核電廠氣象與工程水文的比較中可以看到，沿海廠址大多面臨寬闊的海域，為核電廠運(yùn)行提供了充足的水量，并且，沿海廠址的水彌散條件也較好，核電機(jī)組宜采用直流冷卻方式，；而內(nèi)陸廠址周圍大多是水庫或湖泊，即使有寬闊的水域(如湖南、江西廠址附近有長江)，距離廠址也較遠(yuǎn)。因此，在這種情況下，大多數(shù)內(nèi)陸核電廠宜采用二次循環(huán)冷卻方式。況且，在必須加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的大背景下，二次循環(huán)可謂是智舉。

3  總平面布置差異

      廠址基本條件的差異是沿海與內(nèi)陸核電廠在總平面布置上產(chǎn)生差異的重要原因。下面以APl000機(jī)組(美國第三代百萬千瓦級(jí)核電機(jī)組)為主選機(jī)型，結(jié)合廣西白龍核電、湖北大畈核電兩個(gè)工程實(shí)例，從幾個(gè)主要方面進(jìn)行分析。圖1與圖2分別給出了兩個(gè)實(shí)例的總平面方案。

3.1  規(guī)劃容量

      由于沿海廠址的大氣彌散和水體彌散條件比內(nèi)陸核電廠好，從環(huán)保角度來說，沿海核電廠大多規(guī)劃6臺(tái)百萬千瓦級(jí)核電機(jī)組，如廣西白龍廠址等；而內(nèi)陸核電廠一般規(guī)劃4臺(tái)百萬千瓦級(jí)核電機(jī)組較合適，但需考慮擴(kuò)建的可能性(湖北大畈核電廠如圖2所示可擴(kuò)建至6臺(tái))。

3.2  取水量與冷卻方式

       沿海廠址和內(nèi)陸廠址在循環(huán)水量上是基本相當(dāng)?shù)模咴谌∷可嫌袇^(qū)別。沿海廠址核電廠取水量約50~80m3／8，內(nèi)陸廠址核電廠取水量為6~9m3／s。沿海廠址采用直流冷卻的方式，取水量包括自身系統(tǒng)內(nèi)部的循環(huán)水水量和重要廠用水冷卻水量，需水量較大；而內(nèi)陸廠址采用二次偱環(huán)，取水只需考慮身系統(tǒng)在循環(huán)利用過程中損耗的水量，需水量相對(duì)較小。沿海核電廠大都臨海，具備可靠的水源和充足的水量，為直流冷卻提供了基本條件。通常，沿海廠址的海域比較寬闊，附近居民的日常飲水不會(huì)直接用海水，循環(huán)冷卻水和經(jīng)過處理達(dá)標(biāo)排放的低放廢水排人到海域在容許的溫升范圍內(nèi)，不會(huì)對(duì)居民和生態(tài)產(chǎn)生影響。而且，一次循環(huán)的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于二次循環(huán)。所以，綜合考慮經(jīng)濟(jì)技術(shù)的合理性，沿海核電廠首選直流冷卻方式。對(duì)于內(nèi)陸核電廠，廠址附近居民的生活用水依靠所臨江河，若采用直流冷卻，大量循環(huán)冷卻水和排放廢水可能會(huì)對(duì)居民生活和水生生物產(chǎn)生影響。所以，從生態(tài)環(huán)境保護(hù)和民生為本考慮，內(nèi)陸核電廠采用二次循環(huán)最可行。

3.3  廠區(qū)用地

      表3與表4分別列出兩個(gè)廠址的用地平衡表。

      從表3與表4可以看出，兩個(gè)廠址在廠區(qū)用地上差別較大，分別是101．8萬m2與151．5萬m2，大畈廠址比白龍廠址多49．7萬m2。廠區(qū)用地主要由三部分用地組成：主廠房區(qū)用地，現(xiàn)場(chǎng)辦公區(qū)用地，輔助設(shè)施區(qū)用地。兩個(gè)廠址現(xiàn)場(chǎng)辦公區(qū)用地均在10萬m2左右。由于內(nèi)陸廠址采用二次循環(huán)冷卻，冷卻塔區(qū)將會(huì)占據(jù)很大的用地，增多的部分主要來源于這一需要。一般情況下，在相同機(jī)組容量的前提下，內(nèi)陸核電廠廠區(qū)用地會(huì)比沿海核電廠多40-50萬m2。
      結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，參照相關(guān)規(guī)范，一般情況下每百萬千瓦級(jí)核電機(jī)組用地約30~35萬m2。在幾大功能區(qū)塊中，主廠房區(qū)占地對(duì)于沿海廠址為每百萬千瓦級(jí)7-8萬m2，內(nèi)陸廠址由于應(yīng)急水池等安全建筑物的增加，通常為每百萬千瓦級(jí)10~12萬m2；輔助設(shè)施區(qū)，對(duì)于沿海廠址因通常規(guī)劃容量為6000MWe，故相應(yīng)占地約40~50萬m2，而內(nèi)陸廠址由于采用二次循環(huán)的取水方式，冷卻塔區(qū)占據(jù)很大面積，在  規(guī)劃總?cè)萘繛?000MWe的情況下，輔助設(shè)施區(qū)占地大致為40~50萬m2，與沿海廠址相當(dāng)；施工生產(chǎn)區(qū)參照國內(nèi)已有核電廠經(jīng)驗(yàn)一般為30~35萬m2，施工生活臨時(shí)設(shè)施區(qū)一般為10萬m2左右，現(xiàn)場(chǎng)辦公區(qū)依據(jù)我國現(xiàn)有管理水平，一般為10-15萬m2。

3.4  廠坪標(biāo)高選擇及土石方開挖量

      根據(jù)初步可行性研究的分析結(jié)果，廣西白龍廠址和湖北大畈廠址設(shè)計(jì)基準(zhǔn)洪水位分別為：10．77m(85國家高程基準(zhǔn))和68．71m  (黃海高程)。按照干廠址設(shè)計(jì)廠坪標(biāo)高，廣西白龍廠址與核安全有關(guān)廠房廠坪標(biāo)高應(yīng)在1lm (含1lm，85國家高程基準(zhǔn))標(biāo)高之上，湖北大畈廠址與核安全有關(guān)廠房廠坪標(biāo)高應(yīng)在69m (含69m，黃海高程)標(biāo)高之上。需要指出，與核安全有關(guān)的廠房對(duì)于地基的選擇比較苛刻，最好落在巖石地基上。隨著廠坪標(biāo)高的升  高，巖石地基的范圍會(huì)越來越小，但廠區(qū)的土石方開挖量將減少。另外，廠坪標(biāo)高升高對(duì)于  增加循環(huán)水補(bǔ)給水的運(yùn)行費(fèi)用也有影響。所以，在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)洪水位的基礎(chǔ)上，廠坪標(biāo)高主要由核安全廠房地基條件、土石方開挖量、循環(huán)水補(bǔ)給水增加的運(yùn)行費(fèi)用等因素綜合確定。
      湖北大畈核電項(xiàng)目進(jìn)行廠坪標(biāo)高的選擇時(shí)，曾對(duì)提高廠坪標(biāo)高和增加循環(huán)水補(bǔ)給的運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行過比較：
      4x1600MWe機(jī)組循環(huán)水補(bǔ)給水量約6m3／s；4x1000MWe機(jī)組循環(huán)水補(bǔ)給水量約4m3／s，計(jì)算按6m3／s考慮。廠坪標(biāo)高每提高lm，增加循環(huán)水補(bǔ)給水的運(yùn)行費(fèi)用為：

      (1)式中，C，是全年補(bǔ)給水泵耗電費(fèi)用增加量(萬元／年)；N是動(dòng)力換算系數(shù)(kWm／s)；r是水比重(kS／m3)；AH是泵揚(yáng)程差值(m，約等于廠址標(biāo)高的調(diào)整數(shù)量)；η1：是電機(jī)效率；η2：是水泵效率；Q總是補(bǔ)給水流量(m3／s)  ；h是全年機(jī)組運(yùn)行小時(shí)數(shù)(按7000小時(shí)計(jì))；q是電量單價(jià)(按上網(wǎng)電價(jià)計(jì)，上網(wǎng)電價(jià)未確定時(shí)按0．25元／kWh計(jì)算)。
      在參數(shù)取值為h=7000，r=1000，△H=I，Q總=6，q=0．25，N=102，0000000=0．95，η2=0．85的條件下，按照公式(1)計(jì)算得出C1=12．748萬元／年。
      也就是說，廠坪標(biāo)高每抬高lm，4X1600Mwe級(jí)機(jī)組增加循環(huán)水補(bǔ)給水的運(yùn)行費(fèi)用約12．7萬元／年。
      在大畈廠址，廠坪每提高lm，廠區(qū)挖方量可減少約80萬m3，按每方30元計(jì)，挖方費(fèi)用可減少2400萬元。根據(jù)上述比較，對(duì)于大畈廠址，廠坪標(biāo)高的選擇在土石方工程量與補(bǔ)給水運(yùn)行費(fèi)用兩個(gè)因素中應(yīng)主要考慮前者。但是，廠坪標(biāo)高的提高，將導(dǎo)致巖石地基的面積縮小，核島主廠房就可能不完全落在巖石地基上，所以，還需綜合地基條件確定廠坪標(biāo)高。
      在廣西白龍廠址，初步選擇了12．5m作為核安全廠房的廠坪標(biāo)高。選擇過程中也對(duì)不同廠坪標(biāo)高的豎向設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了比較，相應(yīng)的土石方量見表5。

      由表5可知，廠坪標(biāo)高最低取12．0m時(shí)，土石方開挖回填平衡后剩余土石方約110萬m3，廠坪標(biāo)高提高至12．5m時(shí)土石方基本平衡。對(duì)于一次循環(huán)冷卻方式的核電廠，在保證安全的前提下，廠坪標(biāo)高提高對(duì)運(yùn)行費(fèi)用的增加有一定影響(在不采取其他工程措施的前提下)。
      按6臺(tái)百萬千瓦核電機(jī)組考慮，廠坪每提高0．5m，每年增加的運(yùn)行費(fèi)用采用動(dòng)態(tài)方法(折現(xiàn)率取6％)折算到土石方開挖期的費(fèi)用為3637萬元(按不含所得稅的上網(wǎng)電價(jià)0．31元／kWh估算)。廠坪提高0．5m，土石方量減少45-96萬m3，相應(yīng)減少的土石方費(fèi)用1575-3360萬元(土石方單價(jià)按35元／-m3計(jì))。廠坪提高0．5m時(shí)，每年增加的運(yùn)行費(fèi)用較減少的土石方開挖費(fèi)用高277-2062萬元。由此可見，本廠址降低廠坪標(biāo)高帶來的經(jīng)濟(jì)效益有限。考慮到將來在工程設(shè)計(jì)中還可采取降低汽輪機(jī)廠房基礎(chǔ)埋深等措施，綜合土石方平衡情況，在本次總平面規(guī)劃方案設(shè)計(jì)中廠坪標(biāo)高取12．5米。
      綜上所述，沿海廠址、內(nèi)陸廠址在選擇廠坪標(biāo)高時(shí)，均需考慮到土石方平衡及循環(huán)水補(bǔ)給水的運(yùn)行費(fèi)用及核安全廠房的地基條件等諸多因素，綜合比較平衡后確定。

3.5  大件運(yùn)輸條件及運(yùn)輸方案

      由于大多數(shù)沿海廠址均具備良好的水路運(yùn)輸條件，因此，沿海廠址多采用大件水路運(yùn)輸?shù)姆桨浮Ｔ趶V西白龍，廠址三面環(huán)北部灣，西北向有一個(gè)海軍碼頭，最大停泊噸位800t。但是由于海軍碼頭的特殊隸屬關(guān)系，直接利用的可能性不大，所以，擬在海軍碼頭旁邊新建一個(gè)3000t級(jí)的泊位，以滿足核電廠大件運(yùn)輸?shù)囊蟆Ｐ陆ㄟ@樣一個(gè)泊位所需的費(fèi)用共計(jì)約2400萬元。
       內(nèi)陸廠址通常沒有沿海廠址那樣的地理優(yōu)勢(shì)，所以，大多數(shù)內(nèi)陸廠址均采用水路和陸路聯(lián)運(yùn)的運(yùn)輸方案。例如，湖北大畈廠址，可行的方案是將大件沿長江運(yùn)輸至咸寧市的潘家灣(簡(jiǎn)易)碼頭，起駁上岸后走省道咸潘線、107國道、省道咸溫線、橫路線、咸通線、縣道通大線至廠址，運(yùn)輸里程約107km。所經(jīng)省道或國道的部分道路標(biāo)準(zhǔn)偏低，不能滿足大件運(yùn)輸?shù)囊螅柽M(jìn)行改擴(kuò)建；同時(shí)，途中有若干橋梁和其他障礙物(如收費(fèi)站等)，需加以改造或加固，方可滿足大件運(yùn)輸?shù)暮奢d和凈空等要求。湖北大畈廠址大件運(yùn)輸配套設(shè)施投資估算，包括道路改擴(kuò)建費(fèi)用、橋梁加固費(fèi)用、改建大件碼頭費(fèi)用以及其他費(fèi)用等，共計(jì)5892萬元。同時(shí)，該大件運(yùn)輸方案在公路運(yùn)輸過程中的交通管制問題也不容忽視，由此案例可見，內(nèi)陸廠址的大件運(yùn)輸相比沿海廠址往往更加困難和復(fù)雜。

4  結(jié)語

      沿海廠址、內(nèi)陸廠址在總平面布置上因廠址固有性質(zhì)的不同而存在差異。在前期工作中，應(yīng)當(dāng)重視廠址固有性質(zhì)，重視由廠址性質(zhì)不同而對(duì)核電廠總平面布置產(chǎn)生的不同要求。

參考文獻(xiàn)

    ［1］ 核電廠總平面及運(yùn)輸設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.GB/T50294—1999
     [2]    核電建設(shè)前期工作規(guī)程規(guī)范匯編［C］.電力工業(yè)部規(guī)劃計(jì)劃司，1996