來(lái)源：核安全 發(fā)布日期：2019-06-23
美國(guó)核電廠取用水量及水資源條件的研究
上官志洪
1，黃彥君1,∗，姜 秋2 ， 覃春麗1 ， 徐月平1(1. 蘇州熱工研究院有限公司，蘇州 215004；水利部水資源管理中心，北京 100053)
摘要: 為對(duì)我國(guó)核電廠選址、水資源論證及用水指標(biāo)提供參考，本文調(diào)研了美國(guó)核電廠的冷卻方式、取水量和相關(guān)水資源問(wèn)題，分析了美國(guó)在核電廠取水等方面的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)要求。 美國(guó)核電廠水資源條件有較大的差別，近年來(lái)部分地區(qū)已開(kāi)始逐步淘汰直流循環(huán)冷卻方式。分析了不同冷卻類(lèi)型核電廠的取水水平，直流循環(huán)冷卻方式和自然通風(fēng)冷卻方式的取水水平分別約為 4. 8×10-2m 3 ·s-1·MW-1和 1. 2×10-3m 3 ·s-1·MW-1。
關(guān)鍵詞: 美國(guó)；核電廠；取水水平；水資源條件
中圖分類(lèi)號(hào): X1 文章標(biāo)志碼: A 文章編號(hào): 1672-5360 (2018) 05-0071-09
隨著我國(guó)核電廠的不斷發(fā)展，核電廠對(duì)水資源的安全影響成為我國(guó)水行政管理部門(mén)和環(huán)保部門(mén)關(guān)注的焦點(diǎn)議題。 研究和論證核電廠取用水量，評(píng)估核電廠水資源保障及其運(yùn)行對(duì)水資源的潛在影響，是我國(guó)核電廠選址論證中需要考慮的重要內(nèi)容。調(diào)研和對(duì)比分析國(guó)外現(xiàn)有核電廠水資源條件和取用水量，無(wú)疑對(duì)我國(guó)核電廠特別是內(nèi)陸核電廠的水資源論證及水資源約束條件的建立具有重要的參考意義。
根據(jù)國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)核反應(yīng)堆信息系統(tǒng)(IAEA/ PRIS) 統(tǒng)計(jì)[1] ，截至 2015 年 7 月, 全世界共有438臺(tái)核電機(jī)組運(yùn)行。 美國(guó)運(yùn)行核電機(jī)組最多，達(dá)到99臺(tái)，分布于 61 個(gè)核電廠址，其中，內(nèi)陸共有48個(gè)廠址 (未含 7 個(gè)河口廠址)。 美國(guó)核電機(jī)組一般設(shè)計(jì)壽命為 40 年。 根據(jù)核電廠延壽的需要，從1999年開(kāi)始，美國(guó)核管會(huì) (NRC) 陸續(xù)開(kāi)展了核電廠許可證延續(xù)的環(huán)境影響評(píng)估[2] ，至2015年共有 55 座核電廠完成了許可證延續(xù)的環(huán)境影響評(píng)估，其中包括對(duì)其境內(nèi)的所有核電廠進(jìn)行了取用水及其水資源條件的評(píng)估。
本文根據(jù)美國(guó)核電廠許可證延續(xù)的環(huán)境影響評(píng)估報(bào)告中有關(guān)內(nèi)容，研究分析美國(guó)核電廠取用水方面的法規(guī)要求，分析和總結(jié)美國(guó)核電廠取水水平及水資源條件，可為我國(guó)核電廠選址論證、水資源管理和環(huán)境管理及核電廠用水指標(biāo)的建立等方面提供參考。
1 美國(guó)核電廠取水法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的要求
1．1 美國(guó)核電廠用水許可
美國(guó)水資源管理執(zhí)行以州為主的水資源管理制度。 水資源屬州所有，沒(méi)有統(tǒng)一的水資源管理法規(guī)，管理上主要考慮各州的法規(guī)及州際協(xié)議。各個(gè)州之間的取水權(quán)的獲得有所差別。 對(duì)核電廠用水許可，每座核電廠獲得水權(quán)的途徑及取水量各不相同，并且需要考慮所在州或區(qū)域用水規(guī)劃及容量。 核電廠用水許可可以是所在州的水資源管理部門(mén)、流域管理機(jī)構(gòu)等；此外，田納西流域一些水體屬于美國(guó)陸軍工程兵團(tuán)所有，這些水體的用水需要向其申請(qǐng)[3] 。 還有一些核電廠所在的湖泊已為電廠業(yè)主所擁有，電廠取水不再需要取得許可證。 例如，杜克能源集團(tuán)公司根據(jù)聯(lián)邦能源委員會(huì)頒發(fā)的許可證，擁有 Catawba-Wateree 水利工程項(xiàng)目的11個(gè)水庫(kù)，而麥奎爾核電廠和卡托巴核電廠分別從其中的諾曼湖和懷利湖取水。
以南德克薩斯核電廠為例描述美國(guó)核電廠用水的具體情況[2] 。 該核電廠從科羅拉多河下
游取水和排水，河流流量為2.34×10 9 m3·a-1(或74.1 m3·s-1)。 由于科羅拉多河流域用水已被大量占用，未來(lái)流域內(nèi)的用水戶(hù)只能通過(guò)購(gòu)買(mǎi)或租用水權(quán)的方式獲得地表水。 德克薩斯州水開(kāi)發(fā)董事會(huì) (TWDB) 對(duì) Texas 州共設(shè) 16 個(gè)區(qū)域計(jì)劃用水區(qū)，并將其編入州的用水規(guī)劃。 核電廠于 1986 年獲得優(yōu)先取水權(quán)，根據(jù)與科羅拉多河流域局取得許可，核電廠允許取水量為1.26×108m3·a-1，最大取水量126 m 3· s-1，然而，在科羅拉多河不8.5 m 3· s-1的低流量時(shí)，核電廠限定取水量不超過(guò)河水流量55%。 在2006—2010年間，核電廠從科羅拉多河下游取水量平均為5.79×107 m 3·a-1，相當(dāng)于2.5%的年平均流量(2.3×109m3·a-1或74.1 m 3·s-1)。
1．2 美國(guó)核電廠取水與用水控制指標(biāo)
美國(guó)核安全導(dǎo)則 《核電廠廠址適宜性一般準(zhǔn)則 (RG4.7) 》 給出了水資源可用性的要求[4] 。導(dǎo)則指出，核電廠需要有可靠的水源以用于蒸汽冷凝、服務(wù)用水、應(yīng)急堆芯冷卻及其他用途。 導(dǎo)則要求，核電廠供水必須充分，以用于電廠運(yùn)行和正常停堆時(shí)的冷卻以及最終熱阱及防火要求；水的消耗需要評(píng)估所在區(qū)域現(xiàn)有及未來(lái)的水的狀況，以保證在干旱季節(jié)對(duì)核電廠運(yùn)行及其他用水戶(hù)都能提供充足的水 (即需要考慮核電廠需求與用水戶(hù)的沖突)。 導(dǎo)則要求，核電廠選址必須咨詢(xún)管理機(jī)構(gòu)以避免潛在的沖突，如有法規(guī)要求，核電廠在申請(qǐng)建設(shè)和運(yùn)行許可時(shí)必須取得與所在州以及區(qū)域規(guī)劃和政策相容的取水或耗水的權(quán)力。 低流量和低水位時(shí)提供基本的水是廠址確認(rèn)時(shí)需要重點(diǎn)考慮的方面。
美國(guó)對(duì)核電廠取水強(qiáng)調(diào)通過(guò)論證獲得取水許可，需要重點(diǎn)考慮的指標(biāo)包括低流量或低水位的頻率與持續(xù)時(shí)間。這一要求可用于評(píng)估核電廠用水與其他用水戶(hù)的潛在沖突，從而需要全面評(píng)估核電廠所在區(qū)域的用水情況，并確認(rèn)核電廠用水滿(mǎn)足規(guī)劃區(qū)域用水要求。 按照美國(guó)聯(lián)邦法規(guī) 《國(guó)內(nèi)許可與相關(guān)管理職能環(huán)境保護(hù)規(guī)定 (10CFR51) 》[5] ，申請(qǐng)者的環(huán)境報(bào)告應(yīng)描述申請(qǐng)項(xiàng)目及受其影響的環(huán)境，第 53 條給出了延壽核電廠環(huán)境影響報(bào)告書(shū)的要求。 在10CFR51. 53(c)(3)(ii)中明確：環(huán)境影響報(bào)告書(shū)必須包括與計(jì)劃行動(dòng)有關(guān)的環(huán)境影響分析，包括任何與執(zhí)照更新有關(guān)的以及延壽運(yùn)行時(shí)的影響評(píng)估。 需要分析的內(nèi)容包括： (1) 如果核電廠執(zhí)照申請(qǐng)者采用冷卻塔或冷卻池，而且從流量小于2822m3·s-1的小河中抽取補(bǔ)給水，則必須評(píng)價(jià)核電廠運(yùn)行對(duì)于河流流量及其河道和河岸生態(tài)群落的影響，同時(shí)，還必須評(píng)價(jià)核電廠運(yùn)行在河流低流量期間取水對(duì)沖積含水層的影響。(2) 如果申請(qǐng)的電廠采用直流循環(huán)冷卻或冷卻池冷卻系統(tǒng)，還應(yīng)滿(mǎn)足40CFR 125 316(b)以及316(a)的要求。
40CFR 125 是美國(guó)執(zhí)行國(guó)家污染物削減系統(tǒng)的準(zhǔn)則和標(biāo)準(zhǔn)[6] 。 該法規(guī)提出了流出物排放限值的準(zhǔn)則和標(biāo)準(zhǔn)，主要涉及排放余熱對(duì)水生生態(tài)的影響。 法規(guī)規(guī)定核電廠正常運(yùn)行時(shí)向水中排放的余熱及其他污染物不會(huì)造成對(duì)水域內(nèi)貝類(lèi)、魚(yú)類(lèi)和其他野生動(dòng)物的影響。 40CFR125規(guī)定了取水量大于1015m3· d-1(3.79萬(wàn)m3· d-1)時(shí)必須采用閉式循環(huán)冷卻系統(tǒng)，其他要求包括：(1) 每個(gè)取水結(jié)構(gòu)最大設(shè)計(jì)取水速度為0.15 m·s-1；(2) 從河流或溪流取水，取水量不得超過(guò)河流年平均流量的5%；(3) 從湖庫(kù)取水，總?cè)∷坎坏糜绊懫錈岱謱踊蛄魍顩r,除非這種影響被確定為有利于魚(yú)類(lèi)和漁業(yè)管理；(4) 從河口取水，總量不得超過(guò)一次潮周低潮平均流量的 1%。
美國(guó)沒(méi)有法規(guī)規(guī)定核電廠具體可分配的取水總量要求。 但是需要在核電廠的環(huán)境影響報(bào)告書(shū)中給出有關(guān)水資源配置情況。 以利默里克核電廠為例[2]，核電廠取水獲得戴拉維河流域委員會(huì)的許可，許可用水流量1.84m 3·s-1，占該河平均流量 (54. 8 m 3·s-1) 的3.4%。 為了限制斯古吉爾 (Schuylkill) 河流量較低期間下游取水對(duì)整個(gè)流域的影響, 委員會(huì)要求核電廠在河流量降至15.9 m 3· s-1時(shí)增加用水來(lái)源,包括從委員會(huì)許可的其他水源調(diào)用補(bǔ)給水或增大斯古吉爾河流量。
2 美國(guó)核電廠水資源條件
2．1 沿海廠址水資源條件
美國(guó)共有6座沿海廠址 (包括南德克薩斯核電廠)。 除南德克薩斯核電廠外，其他核電廠冷卻水源都來(lái)自海水，而淡水水源主要來(lái)自當(dāng)?shù)厥姓┧蜃陨碓O(shè)計(jì)的地下水井。
2．2 河口廠址水資源條件
美國(guó)共有7座核電廠河口廠址，其冷卻水源特征是受潮汐影響明顯。 其中，河口核電廠冷卻水源都來(lái)自河水。 其他淡水水源主要來(lái)自地下水井，也有采用個(gè)別核電廠采用市政供水
系統(tǒng)提供的水源。
2．3 五大湖區(qū)核電廠水資源條件
美國(guó)共有9座核電廠共12臺(tái)機(jī)組位于五大湖區(qū)。 由于五大湖區(qū)面積較大，受納水體稀釋擴(kuò)散條件優(yōu)越。這些核電廠主要用水水源都來(lái)自所在湖泊，包括冷卻水、輔助給水等。 另外，飲用水、生活用水等一般從當(dāng)?shù)厥姓┧畯S購(gòu)買(mǎi)，這些市政供水廠水源一般都采用所在湖泊的水。
2．4 濱湖核電廠水資源條件
由于美國(guó)不少核電廠受納水體為河汊型水庫(kù)，或攔河筑壩建成水庫(kù)，不能?chē)?yán)格區(qū)分為濱湖或?yàn)I河核電廠，此處以NUREG 1437號(hào)報(bào)告所描述的受納水體名稱(chēng)進(jìn)行區(qū)分[2] 。 例如桃花谷核電廠受納水體為薩斯奎哈納河，但在廠址河段筑壩形成了康諾文戈(Conowingo)池作為核電廠的水源和受納水體，此處作為濱湖核電廠進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。
圖1給出了美國(guó)18個(gè)濱湖核電廠冷卻水源水資源條件，包括十年一遇七日低流 量(7Q10) 或最小下泄流量、多年平均下泄流量、平均水深、庫(kù)容等。 可以看到，在美國(guó)濱湖核電廠中，大多數(shù)受納水體的庫(kù)容較大(1億m 3以上)，但也有庫(kù)容較小的情況 (例如，羅濱遜核電廠所在的羅濱遜湖的庫(kù)容僅3800萬(wàn) m3 )或者湖泊的來(lái)水流量或下泄流量很小的情況(例如，狼 溪核電廠所在科菲縣湖(CoffeyCounty Lake)的天然徑流量?jī)H0.51 m3·s-1，需要從附近河流調(diào)水)。 美國(guó)有相當(dāng)一部分內(nèi)陸核電廠都是采用市政水廠或自建地下水水井作為飲用水、生活用水、衛(wèi)生用水等水源，而部分市政水廠的水源為地下水，少部分核電廠受納水體作為市政用水來(lái)源。
美國(guó)濱河核電廠既有位于大江大河沿岸的，也有位于水體條件較差的河流沿岸的。 其水源多年平均流量統(tǒng)計(jì)分布如圖2所示。 在美國(guó) 21座濱河核電廠中，有10座核電廠受納水體多年平均流量在1000m3·s-1以上，其中最大年平均流量為18779.7m3·s-1(沃特福德核電廠,密西西比河下游，2010 年)。 另外的10座濱河核電廠中，除1座核電廠 (三里島核電廠，所在薩斯奎哈納河多年平均流量為975m3·s-1) 外，受納水體的年平均流量均小于500 m3· s-1， 其中最小的年平均流量為56.51m3·s-1(利默里克核電廠，斯古吉爾河，1979~2009 年)。 核電廠的其他淡水水源一般采用地下水或市政供水。
美國(guó)一些河流上還有多座核電廠的情況。例如薩斯奎哈納河，該河全長(zhǎng)710km，沿岸有3座核電廠；伊利諾斯河上作為密西西比河的支流，沿岸有4座核電廠。
美國(guó)派洛福德核電廠采用3臺(tái)1346 MW的壓水堆核電機(jī)組，亞利桑那是美國(guó)現(xiàn)在總?cè)萘孔畲蟮暮穗姀S。 核電廠位于州西南部，地區(qū)為沙漠型干旱氣候，所在地區(qū)多年平均的年降水量?jī)H193 mm。派洛福德核電廠位于鳳凰城以西，離該城區(qū)最近的邊界約42 km。 電廠的每個(gè)機(jī)組有3個(gè)機(jī)械通風(fēng)冷卻塔，沒(méi)有從任何自然地表水體抽取冷卻水的補(bǔ)給水，而是向鳳凰城地區(qū)的廢水處理廠購(gòu)買(mǎi)廢水流出物 (即經(jīng)污水處理后的中水)，用作電廠的冷卻水和安全相關(guān)補(bǔ)給水，平均每年的購(gòu)買(mǎi)水量為6450萬(wàn)m3·a-1。此外，核電廠還被亞利桑那州水資源部批準(zhǔn)取用地下水，最大用量為640萬(wàn)m3·a-1。
為保證核電廠淡水用水，核電廠設(shè)計(jì)了兩個(gè)貯水水庫(kù)，貯水量分別為2980萬(wàn)m3 和 1410萬(wàn)m3。 電廠將冷卻水排入位于廠內(nèi)的3個(gè)帶內(nèi)襯的人工蒸發(fā)池。1號(hào)蒸發(fā)池是帶雙襯里的蒸發(fā)池，面積 101 hm 2 ，深度為6~10m，最高水位下的容量為678萬(wàn)m 3。2 號(hào)蒸發(fā)池也是帶雙襯里的蒸發(fā)池，面積為89 hm 2，深度為7.3~11 m，最高水位下的容量為728萬(wàn)m3。3 號(hào)蒸發(fā)池是帶3層襯里的蒸發(fā)池，總表面積為75hm2 ，最大深度約為23m，最高水位下的設(shè)計(jì)容量為807萬(wàn)m3 。
以派洛福德核電廠為借鑒，在工程措施的保障下，在水資源缺乏的地區(qū)，水資源的制約困難是可以得到克服的。
3 美國(guó)核電廠冷卻方式及取水水平
3．1 循環(huán)冷卻方式
美國(guó)核電廠循環(huán)冷卻方式分布情況見(jiàn)表 1。美國(guó)核電廠在水資源豐富的地區(qū)多采用直流循環(huán)冷卻方式 (包括沿海廠址、河口廠址以及五大湖區(qū)的廠址)，而在水資源條件匱乏的地區(qū)(主要包括濱河廠址和若干濱湖廠址)，特別是對(duì)濱河核電廠，其冷卻方式一般為自然通風(fēng)冷卻方式。 美國(guó)所有核電廠中，有6座核電廠共11 臺(tái)機(jī)組采用了聯(lián)合冷卻方式。 一般情況下，聯(lián)合冷卻方式采用直流循環(huán)冷卻方式輔以自然通風(fēng)或機(jī)械通風(fēng)方式，根據(jù)受納水體承受條件適時(shí)調(diào)整相應(yīng)的冷卻方式。派洛福德核電廠無(wú)任何自然水源和受納水體，該核電廠采用機(jī)械通風(fēng)冷卻方式。
目前核電廠的發(fā)電效率一般在30% ~35%之間，剩余65%以上的熱能需要通過(guò)循環(huán)冷卻系統(tǒng)釋放到外部環(huán)境中，包括兩種途徑，即直流循環(huán)冷卻和二次循環(huán)冷卻。 對(duì)直流循環(huán)冷卻方式，一般一臺(tái)百萬(wàn)千瓦機(jī)組的直流循環(huán)冷卻水設(shè)計(jì)用水量為60~70m3·s-1， 電廠排水溫度較取水溫度高7~8℃，年用水量在15億m 3 左右，主要適于采用海水冷卻的沿海地區(qū)；對(duì)使用冷卻塔的方式，將熱量排入大氣，從而大幅度減少水環(huán)境的熱污染。不同于直流循環(huán)冷卻方式，采用冷卻塔進(jìn)行空氣冷卻可能造成一定的耗水量，包括蒸發(fā)損失、風(fēng)吹損失和排污損失[7]。
調(diào)研分析了美國(guó)所有在運(yùn)的61座核電廠冷卻水流量。 將相應(yīng)數(shù)據(jù)按電廠設(shè)計(jì)功率歸一化，其統(tǒng)計(jì)分布如圖3所示?？梢钥吹剑绹?guó)核電廠的歸一化冷卻水流量范圍為7.82×10-3~8. 858×10-2m 3·s-1·MW-1，平均值為3.7×10 -2m 3·s-1·MW-1。對(duì)沿海廠址，卡爾弗特崖核電廠歸一化冷卻水流量最大，達(dá)到8.858×10-2m 3·s-1·MW-1，每臺(tái)機(jī)組冷卻水流量達(dá)76 m 3· s-1，該核電廠采用直流循環(huán)冷卻方式，從切薩皮克灣取水。 核電廠歸一化冷卻水流量的差異與核電廠機(jī)組類(lèi)型和設(shè)計(jì)、冷卻方式和設(shè)計(jì)、運(yùn)行工況和效率、地理特征和環(huán)境等因素有關(guān)。
核電廠的機(jī)組類(lèi)型及采用的冷卻方式對(duì)分析冷卻水流量具有一定的意義。美國(guó)61座核電廠中，有27座核電廠為壓水堆，其中8座核電廠采用自然通風(fēng)冷卻塔，18座采用直流循環(huán)冷卻方式，1座核電廠各有1臺(tái)機(jī)組采用這兩種冷卻方式。 美國(guó)壓水堆核電廠的冷卻水流量分布情況如圖4所示。 可以看到，美國(guó)采用自然通風(fēng)冷卻塔的壓水堆核電廠的冷卻水流量平均為3.0×10-2m 3·s-1·MW-1，而采用直流循環(huán)冷卻方式的壓水堆核電廠冷卻水流量水平為4.7×10-2m 3·s-1·MW-1。 整體上采用直流循環(huán)冷卻方式較采用冷卻塔冷卻方式的冷卻水取水量大，二者相差近 60%。
3．3 冷卻方式的影響因素
冷卻方式是影響核電廠冷卻水取水量的重要因素。 分析各直流循環(huán)冷卻壓水堆核電廠冷卻水流量水平與冷凝器溫差的關(guān)系，如圖5所示。 美國(guó)采用直流循環(huán)冷卻的壓水堆核電廠的冷凝器溫差范圍為6.7~21℃，溫差最小的核電廠為卡爾弗特崖核電廠，該核電廠為沿海核電廠，受納水體為切薩皮克灣，海洋溫度范圍為1~31 ℃；溫差最大的核電廠為西布魯克核電廠，達(dá)到21℃，受納水體的大西洋，海水溫度范圍3~13℃。事實(shí)上，美國(guó)有不少核電廠受納水體為廠內(nèi)自有的水庫(kù)或湖泊，此時(shí)環(huán)境水體對(duì)溫升的要求較為寬松，往往使得在設(shè)計(jì)上選用溫差較大的冷凝器。 例如維吉爾夏核電廠。 該核電廠的受納水體為蒙特塞洛核電水庫(kù)， 而該水庫(kù)為核電廠的自有水庫(kù)，核電廠取水和排水均為該水庫(kù)，因溫排水導(dǎo)致該水庫(kù)的蒸發(fā)損失約為0.6 m 3·s-1，根據(jù)美國(guó)國(guó)家污染物消減系統(tǒng)的許可，排入蒙特塞洛水庫(kù)庫(kù)灣的最大溫度達(dá)到45℃，而在取水口的最大水溫達(dá)到 32.2℃，冷凝器溫差設(shè)計(jì)達(dá)14℃。環(huán)境水體溫升要求越高，冷凝器溫差設(shè)計(jì)越小，對(duì)冷卻水流量的要求可能越高。如北安娜核電廠，該核電廠受納水體為安娜湖。 安娜湖適合魚(yú)類(lèi)和野生生物繁衍，湖中有各種娛樂(lè)和捕魚(yú)活動(dòng)。核電廠冷凝器溫差為8.1℃，歸一化單位發(fā)電取水量為6.4×10-2m 3·s-1MW-1。
3．4 淡水取水水平
為分析美國(guó)核電廠地表水取水水平，并為我國(guó)核電廠的地表水用水提供參考，統(tǒng)計(jì)分析了美國(guó)壓水堆核電廠不同冷卻方式的地表水的取水情況。 本文未考慮采用聯(lián)合冷卻方式的核電廠以及采用海水作為冷卻水的核電廠。圖6給出了典型的自然通風(fēng)冷卻方式和直流循環(huán)冷卻方式的壓水堆核電廠的取水量分布,其平均水平分別為1. 2×10-3m 3·s-1·MW-1和4.8×10-2m 3·s-1·MW-1，其中后者比其循環(huán)冷卻水流量水平略大(4.7×10-2m 3·s-1·MW-1)?？梢钥吹剑捎弥绷餮h(huán)冷卻方式的壓水堆核電廠，其循環(huán)冷卻水占淡水取水的情況。 對(duì)一座百萬(wàn)千瓦級(jí)的核電機(jī)組，采用冷卻塔的取水水平一般為數(shù)m3·s-1甚至更低，遠(yuǎn)低于采用直流循環(huán)冷卻方式所需水量，約占其1/40。圖中同時(shí)示出了冷卻塔排污水占補(bǔ)給水的比例分布情況。注意到各核電廠冷卻水補(bǔ)水量的差別以及排污流量與取水流量的占比的差別，可能與機(jī)組采用的具體冷卻技術(shù)及管理要求有關(guān)。一般情況下，核電廠冷卻塔最大在排污流量占比不超過(guò)50%。注意到海貍谷核電廠，其取水流量平均為2.97 m 3· s-1，冷卻塔排污流量為1.1~2.7 m 3·s-1，與具體的管理要求有關(guān)，此處以2.7m3 ·s-1的最大排污流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。 核電廠正常運(yùn)行時(shí)，取水主要是用于冷卻塔的冷卻,通過(guò)蒸發(fā)、漂滴耗失以及排污損耗，冷卻塔的補(bǔ)給水是平衡的。
4 關(guān)于冷卻方式的新要求
在美國(guó)核電廠的環(huán)境影響評(píng)價(jià)中，對(duì)直流循環(huán)冷卻方式需要考慮對(duì)水生生物可能產(chǎn)生卷吸和撞擊的影響。 近年來(lái)美國(guó)新申請(qǐng)的核電廠一般不再考慮直流循環(huán)冷卻方式，已采用直流循環(huán)冷卻方式的核電廠應(yīng)逐步淘汰[8]。2010年美國(guó)加利弗尼亞州水資源管理董事會(huì)(SWRCB) 投票表決了 《濱海和河口電廠冷卻用水政策》[9] ，該政策提出對(duì)19個(gè)現(xiàn)有包括魔鬼谷、圣歐諾福核電廠在內(nèi)的電廠 (此外還有火電廠) 至少應(yīng)在2015年始逐步淘汰直流循環(huán)冷卻方式，并安裝閉式循環(huán)冷卻系統(tǒng)以減少對(duì)海洋生物的影響。至2022年，圣歐諾福核電廠應(yīng)滿(mǎn)足新政策的要求，魔鬼谷核電廠應(yīng)在2024年前完成新政策的改造要求。 美國(guó)紐約州環(huán)境保護(hù)部 (DEC) 亦于2010年發(fā)布政策草案[10]，要求其州內(nèi)4座核電廠應(yīng)將直流循環(huán)冷卻方式改為閉式循環(huán)冷卻方式，包括印第安角核電廠(2臺(tái)機(jī)組，均采用直流循環(huán)冷卻方式)、九哩岬核電廠(2臺(tái)機(jī)組，均采用直流循環(huán)冷卻方式)、吉娜核電廠(1臺(tái)機(jī)組，采用直流循環(huán)和自然通風(fēng)聯(lián)合冷卻方式)、菲茨帕特里克核電廠(1臺(tái)機(jī)組，采用直流循環(huán)冷卻方式)。 DEC 聲明，采用閉式循環(huán)冷卻方式較直流循環(huán)冷卻方式對(duì)水生生物的影響可以減少90%。
5 經(jīng)驗(yàn)與啟示
本文根據(jù)美國(guó)核電廠延壽環(huán)境影響報(bào)告書(shū)中有關(guān)水資源的相關(guān)資料，分析調(diào)研了美國(guó)核電廠冷卻方式及用水水平以及這些核電廠的水資源條件，可為我國(guó)建立核電廠水資源論證導(dǎo)則提供參考借鑒。 有如下結(jié)論：(1)美國(guó)法規(guī)層面比較強(qiáng)調(diào)用水的許可。每座核電廠獲得水權(quán)的途徑及取水量各不相同，并且需要考慮所在州或區(qū)域用水規(guī)劃及容量。除冷卻水外，核電廠的淡水水源一般采用地下水或市政供水。這使得美國(guó)核電廠的水資源條件存在很大的差別，有的核電廠水資源條件非常好，但也有一些核電廠的水資源條件較差，一些核電廠的水源平均流量甚至不超過(guò)100m 3·s-1，還有一些濱湖核電廠受納水體下泄流量?jī)H數(shù) m 3·s-1，甚至還有沒(méi)有任何天然水源的核電廠的情況。(2) 美國(guó)核電廠根據(jù)各自的水資源條件，采用不同的冷卻方式。在水資源豐富的地區(qū)多采用直流循環(huán)冷卻方式，而在水資源條件匱乏的地區(qū) (主要包括濱河廠址和若干濱湖廠址)，特別是對(duì)濱河核電廠，其冷卻方式一般為自然通風(fēng)冷卻方式。 然而，近年來(lái)美國(guó)對(duì)水生生態(tài)保護(hù)比較重視，已開(kāi)始逐步淘汰直流循環(huán)冷卻方式。(3) 美國(guó)核電廠中，直流循環(huán)冷卻方式的取水水平約為0.048 m 3·s-1·MW-1，其中主要為循環(huán)冷卻水(0.047m 3· s-1·MW-1)， 而采用自然通風(fēng)冷卻方式的核電廠，其取水水平僅0.0012 m 3 ·s-1·MW-1，一般情況下，冷卻塔排污流量水平不超過(guò)補(bǔ)給水的50%。
參考文獻(xiàn)
[1] IAEA.The power reactor information system (PRIS) [DB/OL]. [2018-07-09]. https://pris.iaea. org.
[2] U.S.NRC.NUREG-1437 GEIS for license renewal of nuclearplants: Main Report Vol. 1. Section [R] .
[3] 周如明 . 美國(guó)內(nèi)陸核電廠水環(huán)境影響的評(píng)估 [R] . 北京: 中國(guó)核能行業(yè)協(xié)會(huì), 2011.
[4]
[5] United States Environmental Protection Agency. 40 CFR Part190 Environmental radiation protection requirements for normaloperations of activities in the uranium fuel cycle, final environ-
mental statement [S] .
[6] United State Environmental Protection Agency. 40 CFR Part125 Criteria and standards for the national pollutant dischargeelimination system [S] .
[7] 郭有, 曹佑群, 先濤, 等.內(nèi)陸核電耗水指標(biāo)淺析 [J].水利水電技術(shù), 2012, 43 (7): 119-122.
[8] World Nuclear News. Cooling standard could hit power plants[EB/ OL] . [2018-07-09] . http: / / www. world-nuclear-news. org/ RS Cooling standard could hit power plants3003114. html.
[9] World Nuclear News.
[10] World Nuclear News.
An Overview of Water Withdrawal Levels and WaterResource Conditions for NPP in the
Shangguan Zhihong，Huɑng Yanjun，Jiɑng Qiu，Qin Chunli，Xu Yueping
(1. Suzhou Nuclear Power Research Institute，CGN，Suzhou 215004, China；
2. Water Resources Management Centre of Ministry of Water Resource，Beijing 100053，China)
Abstract: In this paper, the cooling modes, the water withdrawal levels and the water resource conditions for nuclear power plant (NPP) in the
Keywords:
收稿日期：2018-07-09 修回日期：2018-09-22
基金項(xiàng)目：水利部水資源管理、 節(jié)約與保護(hù)業(yè)務(wù)項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)： 20151905
作者簡(jiǎn)介：上官志洪 (1965—)，男, 江蘇蘇州人，碩士，教授級(jí)高工，現(xiàn)主要從事核電廠環(huán)境影響評(píng)價(jià)研究工作
通訊作者： 黃彥君，E-mail： hyj1231@163. com
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