核电厂取排水工程建设具有投资高、时间跨度大、涉及因素多 (核安全、法律法规、水文/气象、环境保护、规划、总平面布置、外部利益相关方等) 、研究范围广 (岸滩稳定性、波浪、泥沙、温排水/液态流出物、冰冻、航道安全与通航论证、海域使用、环境评价等) 、设计要求高 (取水规模大、实施难度大、厂址差异性大) 等特点, 取排水方案设计是结合了这些特点并充分平衡了技术、经济、政府审评等多因素后的综合性研究成果。由于滨海核电厂厂址条件的多样性, 每个厂址的取排水方案均不相同、可参照少、缺乏具体量化的规范要求等, 对取排水方案设计的原创性要求高, 方案设计永远“只有更好、没有最好”, 方案论证难度大, 方案设计与创新对项目进度和投资控制具有重大意义。

　　 基于滨海核电厂取排水方案研究的高度复杂性, 总结现有核电厂的建设经验, 滨海核电厂建设通常应开展的主要研究内容及目标如表1所示, 取排水方案的研究过程体现了方案海选-方案优选-方案推荐等整体思路, 由浅及深逐步开展, 最终推出最适合本厂址的取排水方案。

　　 滨海核电厂取排水方案研究涉及专题多, 实际研究过程中各专题存在互相影响、互相迭代、互为输入的关系, 通常单个数值模型试验的研究周期为3~4个月, 单个物理模型试验的研究周期为6~8个月, 而取排水方案的整体研究周期通常为2年, 甚至更短, 因此必须统筹好各项模型试验的上下游关系, 做好设计策划, 确保各专题逻辑合理、流程顺畅、研究周期整体可控。

　　 结合现有工程取排水方案研究的经验, 取排水方案各专题整体逻辑如图1所示, 实际研究过程远较此复杂, 需要很强的方案整体把控能力。

　　 近年来人类海洋活动频繁, 尤其是沿海工农业、海水养殖等的发展, 引起海洋环境日益恶化, 局部海域生态出现失衡现象, 优势物种爆发性增长, 赤潮、藻类、水母、海地瓜、鱼虾等海洋生态灾害频发。海水中大量海洋生物入侵核电厂取水口, 继而对海水过滤设备运行造成极大冲击, 最终导致核电厂降负荷、停机、停堆的冷源事件频发。

　　 根据世界核电运营者协会 (简称WANO) 分析自2004年以来的104起核电厂取水口堵塞事件, 事件原因分类如表2所示, 其中因为海洋生物引起的堵塞事件累计占比近6成, 结果表明无论什么堆型或采用什么样的取水方案, 海洋生物爆发及海洋环境变化导致的取水口堵塞事件仍将持续发生, 造成了巨大的经济损失、增加了核电厂的运行风险。

　　 国内众多在运核电厂也遭遇了麦秸及藤壶、泥沙、水母、棕囊藻、海地瓜、鱼虾、人工垃圾等入侵取水口事件, 表明取水安全是所有滨海核电厂不可回避的问题, 为此深入研究取排水方案设计, 对保障核电厂经济运行和用水安全有重要意义。

　　 我国海岸线长, 不同海域的海洋生物生长发育规律及爆发规律各不相同, 需建立“纵深防御”的梯级防御策略予以应对。

　　 首先, 通过与海域部门的联动, 提前获得海域可能遭遇的极端气象条件, 提前预测可能爆发的海洋生物威胁并执行相应的应急响应预案, 运用雷达、水下视频、超声波等多种技术手段, 建立海洋生物的预测、监测和预警响应系统, 为核电厂提供运行控制策略。

　　 其次, 建立完善的梯级海水过滤系统, 通过在取水口设置拦污网进行初步拦截, 结合工程海域的潮流特点, 对拦污网的布置型式开展物理模型研究, 降低人工清理污物的强度;基于常见运用的粗格栅+细格栅+鼓型滤网的过滤系统配置方案, 开展配置优化, 根据不同海洋生物的特点, 增设或者强化过滤设备, 提升过滤系统的过滤能力, 对鼓型滤网的捞污能力、冲洗能力、电机功率、过滤精度等进行改进。

　　 最后, 开展海洋生物的专项治理研究, 结合已经爆发的海洋生物, 联合科研院所, 开展海洋生物生长发育机理、生物形态、分布规律等研究, 并辅以设备研发, 如针对国内比较常见的水母爆发, 可充分借鉴国内外的研究经验。

　　 图2a为国外电厂运用的一例半流道型过滤设备拦截漂浮物的案例, 即使在半流道型过滤设备完全堵塞时, 亦可保证足够的通流面积, 保证核安全用水, 该方案仅对特定的海洋生物有效。图2b为国外拦截水母的应用案例, 通过设置水母诱导网、侵入防止网、水母回收装置等措施, 最终将水母导流并收容在附近的储存槽内, 密集的水母经过数天的自然分解基本可完全消失, 同时针对水母也可以通过水下气幕墙的方式予以驱离。

　　 海洋生态红线制度是指为维护海洋生态健康与生态安全, 将重要海洋生态功能区、生态敏感区和生态脆弱区划定为重点管控区域并实施严格分类管控的制度安排。

　　 2014年新修订的《中华人民共和国环境保护法》明确规定“国家在重点生态功能区、生态环境敏感及脆弱区等区域划定生态保护红线, 实行严格保护”, 《国家海洋局关于全面建立实施海洋生态红线制度的意见》要求严格执行海洋生态红线管理制度和管控措施, 并要求沿海各省 (区、市) 人民政府组织划定本地区海洋生态红线。目前我国沿海辽宁、浙江、江苏、山东、福建及广东等多省份均已发布或即将发布本省海洋生态红线制度, 将沿海各海域划分为禁止开发区和限制开发区两类, 下面以山东省人民政府2013年12月发布的《山东省渤海海洋生态红线区划定方案 (2013-2020年) 》为例, 分析典型生态红线制度对取排水方案的影响如表3所示。

　　 交通运输部2017年第1号令《航道通航条件影响评价审核管理办法》 (以下简称“办法”) 自2017年3月1日起施行, “办法”要求新建、改建、扩建与航道有关的工程前, 建设单位应论证评价工程对航道通航条件的影响并提出减小或者消除影响的对策措施, 由交通运输主管部门或者航道管理机构进行审核。滨海核电厂可能涉及跨越、穿越航道的桥梁、隧道、管道、渡槽、缆线等建 (构) 筑物, 航道保护范围内的临海建 (构) 筑物, 包括码头、取 (排) 水口、护岸等需纳入审核范围。

　　 已建核电厂的航道通航条件影响评价存在要求不清晰、审核部门不明确的情况, 相应的通航条件影响评价开展得不够规范, 根据新发布的“办法”, 后续核电厂建设需严格落实通航条件影响评价制度。

　　 根据环境保护部发布的《环境影响评价技术导则核电厂环境影响报告书的格式和内容》 (HJ 808—2016, 2016年10月1日起实施) , 要求核电厂在选址及建造阶段, 开展直流系统与二次循环系统的比选, 明确比选的主要指标及评价方法, 对取排水方案制定提出了更加明确的要求:

　　 (1) 论证拟采用的冷却方式的合理性及可减缓不利环境影响的替代方案。

　　 (2) 论证取排水方案对水生生物的影响, 包括取水系统对海生物的截留、撞击及卷吸效应。

　　 (3) 从受纳水体温升角度, 分析温排水对水生生物及生态系统的影响, 要求具体描述厂址附近水产养殖现状, 分析温排水对厂址附近水产养殖的影响。

　　 海洋生态保护红线一经划定, 必须严格保护, 确保性质不转换、功能不降低、面积不减少、责任不改变。重要砂质岸线及沙源保护海域、特殊保护海岛及重要渔业海域禁止实施围填海, 严格控制自然岸线、沙滩占用, 严格控制沿岸平推、截弯取直、岛礁连接等粗放式围填海, 滨海核电厂取排水方案研究面临巨大挑战, 整体应对措施分析如下:

　　 (1) 厂址普选阶段, 应全面收集本海域发布的海洋生态红线控制要求并开展精准分析, 有针对性地确定适合建设核电厂的区域位置, 避免挑战红线。

　　 (2) 针对具体厂址, 应尽量选择距离岸线较远的地点作为厂址建设地, 避免厂址占用自然岸线。

　　 (3) 取排水方案尽量体现“离岸”及“深水排放”等设计思路, 取排水口尽量不占或少占岸线, 尽量减少温排水用海面积, 并尽可能利用生态控制区的间隙精准控制温排水扩散形状及面积, 因此需要在温排水数值模型、物理模型中开展更加精细化的模拟研究。

　　 (4) 在具备局部占用岸线或围填海的厂址, “量身定做”最小空间的取排水口方案, 将取排水主体工程尽量向陆域转移。

　　 执行最严格的环境保护及生态保护要求, 滨海核电厂采用冷却塔以及“远取远排”的方案等逐步成为必须正视的选择, 相比已建核电厂相对较为粗放的温排水评价、海洋生物影响评价等机制, 新的环保法规更加关注生物保护、人与海域的和谐相处, 论证颗粒度大幅提高, 基于国内海洋基础学科研究方面的现状, 环境影响评价面临新的课题尚待解决。

　　 为促进核电健康发展, 合理引导核电投资, 完善核电上网电价机制, 国家发展改革委[2013]1130号文要求, 对2013年1月1日后投产的核电机组实行标杆上网电价[0.43元/ (kW·h) ]政策, 此举标志着我国核电结束了“一厂一价”的电价机制, 核电定价机制从计划经济走向市场经济。

　　 国内核电建设发展历程中, CPR1000批量化建设已逐步收官, 逐步迎来AP1000及华龙一号等三代技术的小批量、多技术路线的建设时期, CPR1000的造价红利已不复存在, 三代技术导致核电造价大幅增加, 而在标杆电价倒逼工程造价的机制之下, 如何控制核电造价成为核电企业面临的难题。

　　 经过长期的积累及引消吸, 核电厂的核岛、常规岛的建设已经逐步迈入标准化设计及建造, 其造价挖潜的水平有限, 而与厂址适应性密切相关的取排水工程造价通常几个亿至几十亿, 其对核电厂的造价控制有显著影响, 使得取排水方案成为投资控制的焦点之一。

　　 在电价倒逼造价的机制下, 要求取排水方案研究应具有足够的全面性、层次性和创新性, 做好顶层规划, 如建设配套的抽水蓄能工程, 充分利用好“温排水”这一余热资源进行海水化工等深度开发, 实现资源的最大化转化及利用, 降低核电厂自身造价压力。

　　 新的外部形势下, 要求滨海核电厂取排水方案研究能综合运用好各专题研究成果, 明确研究边界, 加强方案研究的精细化, 研究过程中需协调好业主、工程建设、外部利益相关方、政府监管方等多方关系, 平衡好投资控制与环境保护的关系, 满足最严格的环境保护和生态用海的要求, 最终实现核电厂与周边环境的协同发展。