從兩個案例看沿海、內(nèi)陸核電廠

在總平面布置上的異同 

口  崔艷艷

(上海核工程研究設計院，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)合兩個工程實例，討論沿海核電廠、內(nèi)陸核電廠在總平面布置上的異同。
        關鍵詞   沿海核電廠  內(nèi)陸柱電廠  總平面布置

1  前言
      上世紀70年代以來，我國持續(xù)不斷地開展了核電廠建設的前期工作，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)先建設的廠址。上述省份的基本特點是經(jīng)濟比較發(fā)達，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＃機組)；嶺澳核電廠(1#、2#機組)以及田灣核電廠(1#、20機組)?，F(xiàn)巳通過國家批準建設的核電廠有：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)合兩個工程實例(廣西白龍核電廠址、湖北大畈核電廠址)對沿海廠址、內(nèi)陸廠址在總平面布置方面的異同進行初步的分析。

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、溝谷等負地形，谷底及相對平地高程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)三個地貌單元。區(qū)域山勢、水系展布方向為近東西向。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)地勢最低處為富水水庫水面，也是區(qū)域現(xiàn)今侵蝕基準面，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，也為核電機組直流冷卻提供了基礎條件；而湖北大畈廠址三面為陸，南臨富水水庫，核電機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；對于內(nèi)陸核電廠，考慮到水資源利用和生態(tài)環(huán)境保護的因素，目前切實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)有一條四級公路可與廣西一級公路相連，另有一條二級的旅游景區(qū)基礎設施道路，也可與廣西一級公路相連。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。這是因為白龍廠址地處沿海，自身的公路交通、旅游發(fā)展較好，而大畈廠址地處內(nèi)陸，地理條件限制著自身的公路交通發(fā)展?？紤]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。白龍廠址三面環(huán)海，廠區(qū)附近有碼頭，提供了大件水路運輸?shù)目赡堋６鴮τ诤贝箢矎S址，大件運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”方式，導致運輸費用上升，運輸管理復雜。一般地說，在絕大多數(shù)內(nèi)陸廠址的核電工程中，大件運輸在初可研階段就需要進行專題研究。

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|亞季風氣候，夏半年盛行偏南風，冬半年盛行偏北風。主導風向為NNE風向，頻率為22．0％；次導風向為N風向，頻率為16．2％；最少風向為W風向，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)：歷史最高潮位3．49m，P=97％設計低潮位-2．58m，歷史最低潮位-2．06m，P：99．9％設計低潮位—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，千年一遇設計高潮位4．15m，千年一遇波高H，65．94m，設計基準高水位10．77m，設計基準低水位-5．13m。
       湖北大畈核電廠址所屬的通山站歷年；年平均風速為1．4m／s，主導風向E；最大風速21．7m／s(2000年7月28日)；歷年平均g靜風頻率35％。
        廠址南面的富水水庫工程水文參數(shù)：如下：設計基準洪水位為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)，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。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，在必須加強生態(tài)環(huán)境保護的大背景下，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機組(美國第三代百萬千瓦級核電機組)為主選機型，結(jié)合廣西白龍核電、湖北大畈核電兩個工程實例，從幾個主要方面進行分析。圖1與圖2分別給出了兩個實例的總平面方案。

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臺百萬千瓦級核電機組，如廣西白龍廠址等；而內(nèi)陸核電廠一般規(guī)劃4臺百萬千瓦級核電機組較合適，但需考慮擴建的可能性(湖北大畈核電廠如圖2所示可擴建至6臺)。

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?shù)?，但二者在取水量上有區(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直接用海水，循環(huán)冷卻水和經(jīng)過處理達標排放的低放廢水排人到海域在容許的溫升范圍內(nèi)，不會對居民和生態(tài)產(chǎn)生影響。而且，一次循環(huán)的成本遠遠小于二次循環(huán)。所以，綜合考慮經(jīng)濟技術(shù)的合理性，沿海核電廠首選直流冷卻方式。對于內(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對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分別列出兩個廠址的用地平衡表。

      從表3與表4可以看出，兩個廠址在廠區(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)場辦公區(qū)用地，輔助設施區(qū)用地。兩個廠址現(xiàn)場辦公區(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，在相同機組容量的前提下，內(nèi)陸核電廠廠區(qū)用地會比沿海核電廠多40-50萬m2。
      結(jié)合工程經(jīng)驗，參照相關規(guī)范，一般情況下每百萬千瓦級核電機組用地約30~35萬m2。在幾大功能區(qū)塊中，主廠房區(qū)占地對于沿海廠址為每百萬千瓦級7-8萬m2，內(nèi)陸廠址由于應急水池等安全建筑物的增加，通常為每百萬千瓦級10~12萬m2；輔助設施區(qū)，對于沿海廠址因通常規(guī)劃容量為6000MWe，故相應占地約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，輔助設施區(qū)占地大致為40~50萬m2，與沿海廠址相當；施工生產(chǎn)區(qū)參照國內(nèi)已有核電廠經(jīng)驗一般為30~35萬m2，施工生活臨時設施區(qū)一般為10萬m2左右，現(xiàn)場辦公區(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計基準洪水位分別為：10．77m(85國家高程基準)和68．71m  (黃海高程)。按照干廠址設計廠坪標高，廣西白龍廠址與核安全有關廠房廠坪標高應在1lm (含1lm，85國家高程基準)標高之上，湖北大畈廠址與核安全有關廠房廠坪標高應在69m (含69m，黃海高程)標高之上。需要指出，與核安全有關的廠房對于地基的選擇比較苛刻，最好落在巖石地基上。隨著廠坪標高的升  高，巖石地基的范圍會越來越小，但廠區(qū)的土石方開挖量將減少。另外，廠坪標高升高對于  增加循環(huán)水補給水的運行費用也有影響。所以，在設計基準洪水位的基礎上，廠坪標高主要由核安全廠房地基條件、土石方開挖量、循環(huán)水補給水增加的運行費用等因素綜合確定。
      湖北大畈核電項目進行廠坪標高的選擇時，曾對提高廠坪標高和增加循環(huán)水補給的運行費用進行過比較：
      4x1600MWe機組循環(huán)水補給水量約6m3／s；4x1000MWe機組循環(huán)水補給水量約4m3／s，計算按6m3／s考慮。廠坪標高每提高lm，增加循環(huán)水補給水的運行費用為：

      (1)式中，C，是全年補給水泵耗電費用增加量(萬元／年)；N是動力換算系數(shù)(kWm／s)；r是水比重(kS／m3)；AH是泵揚程差值(m，約等于廠址標高的調(diào)整數(shù)量)；η1：是電機效率；η2：是水泵效率；Q總是補給水流量(m3／s)  ；h是全年機組運行小時數(shù)(按7000小時計)；q是電量單價(按上網(wǎng)電價計，上網(wǎng)電價未確定時按0．25元／kWh計算)。
      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)計算得出C1=12．748萬元／年。
      也就是說，廠坪標高每抬高lm，4X1600Mwe級機組增加循環(huán)水補給水的運行費用約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，挖方費用可減少2400萬元。根據(jù)上述比較，對于大畈廠址，廠坪標高的選擇在土石方工程量與補給水運行費用兩個因素中應主要考慮前者。但是，廠坪標高的提高，將導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高。選擇過程中也對不同廠坪標高的豎向設計方案進行了比較，相應的土石方量見表5。

      由表5可知，廠坪標高最低取12．0m時，土石方開挖回填平衡后剩余土石方約110萬m3，廠坪標高提高至12．5m時土石方基本平衡。對于一次循環(huán)冷卻方式的核電廠，在保證安全的前提下，廠坪標高提高對運行費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臺百萬千瓦核電機組考慮，廠坪每提高0．5m，每年增加的運行費用采用動態(tài)方法(折現(xiàn)率取6％)折算到土石方開挖期的費用為3637萬元(按不含所得稅的上網(wǎng)電價0．31元／kWh估算)。廠坪提高0．5m，土石方量減少45-96萬m3，相應減少的土石方費用1575-3360萬元(土石方單價按35元／-m3計)。廠坪提高0．5m時，每年增加的運行費用較減少的土石方開挖費用高277-2062萬元。由此可見，本廠址降低廠坪標高帶來的經(jīng)濟效益有限?？紤]到將來在工程設計中還可采取降低汽輪機廠房基礎埋深等措施，綜合土石方平衡情況，在本次總平面規(guī)劃方案設計中廠坪標高取12．5米。
      綜上所述，沿海廠址、內(nèi)陸廠址在選擇廠坪標高時，均需考慮到土石方平衡及循環(huán)水補給水的運行費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  大件運輸條件及運輸方案

      由于大多數(shù)沿海廠址均具備良好的水路運輸條件，因此，沿海廠址多采用大件水路運輸?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3000t級的泊位，以滿足核電廠大件運輸?shù)囊?。新建這樣一個泊位所需的費用共計約2400萬元。
       內(nèi)陸廠址通常沒有沿海廠址那樣的地理優(yōu)勢，所以，大多數(shù)內(nèi)陸廠址均采用水路和陸路聯(lián)運的運輸方案。例如，湖北大畈廠址，可行的方案是將大件沿長江運輸至咸寧市的潘家灣(簡易)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，運輸里程約107km。所經(jīng)省道或國道的部分道路標準偏低，不能滿足大件運輸?shù)囊?，需進行改擴建；同時，途中有若干橋梁和其他障礙物(如收費站等)，需加以改造或加固，方可滿足大件運輸?shù)暮奢d和凈空等要求。湖北大畈廠址大件運輸配套設施投資估算，包括道路改擴建費用、橋梁加固費用、改建大件碼頭費用以及其他費用等，共計5892萬元。同時，該大件運輸方案在公路運輸過程中的交通管制問題也不容忽視，由此案例可見，內(nèi)陸廠址的大件運輸相比沿海廠址往往更加困難和復雜。

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，應當重視廠址固有性質(zhì)，重視由廠址性質(zhì)不同而對核電廠總平面布置產(chǎn)生的不同要求。

參考文獻

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