从两个案例看沿海、内陆核电厂

在总平面布置上的异同 

口  崔艳艳

(上海核工程研究设计院，200233)

        摘    要    本之基于沿海核电厂址、内陆核电厂址的基本特性分析，结合两个工程实例，讨论沿海核电厂、内陆核电厂在总平面布置上的异同。
        关键词   沿海核电厂  内陆柱电厂  总平面布置

1  前言
      上世纪70年代以来，我国持续不断地开展了核电厂建设的前期工作，先后在浙江、广东、江西、福建、江苏、山东、辽宁等省份选出了一批可能的厂址和可供优先建设的厂址。上述省份的基本特点是经济比较发达，二次能源比较缺  乏。随着沿海核电厂前期工作的广泛开展，内陆许多省市，如：扛西、安徽、湖北、湖南、重庆等也开展了厂址普选和筛选工作。
      我国现已投入运行的核电厂有秦山核电厂一期、二期、三期工程；广东大亚湾核电厂(1#、  2＃机组)；岭澳核电厂(1#、2#机组)以及田湾核电厂(1#、20机组)。现巳通过国家批准建设的核电厂有：浙扛三门核电厂一期工程、广东岭澳校电厂二期工程。
本文结合两个工程实例(广西白龙核电厂址、湖北大畈核电厂址)对沿海厂址、内陆厂址在总平面布置方面的异同进行初步的分析。

2     厂址特征比较

2.1  地理位置和地形地魏

       广西白龙核电厂址位于广西自治区防城港市江山半岛的白龙。北距防城港市江山乡15Km，西北距防城港市区17．3km。厂址区南、西、北三面环海，向东为一系列侵蚀、剥蚀孤立的低小残丘，地形呈波状起伏，丘顶浑圆，偶见短山脊，残丘高程20．0-60．0m，马鞍岭顶高程约64．9m。在各低丘间多分布洼地、沟谷等负地形，谷底及相对平地高程0．0~13．Om，海滩区以砂质海滩为主，高程一般为0．0-3．0m，海岸以岩质海岸为主。
       湖北大畈核电厂址位于湖北省咸宁市通山县大畈镇高坑村西侧的狮子岩山体。厂址西南距通山县城19km，西北距咸宁市38km，武汉市l00km，东北距阳新县城51km。厂址附近范围涵盖了低山地貌区、低山一丘陵地貌区和低丘谷地地貌区三个地貌单元。区域山势、水系展布方向为近东西向。厂址处在低丘谷地地貌区的边缘地带，其所在的狮子岩为低山丘，海拔180m。区内地势最低处为富水水库水面，也是区域现今侵蚀基准面，海拔50m左右。

      从比较可以看出，广西白龙厂址三面环海，一面为陆，属典型的“半岛”地形，山体又较低，厂址的土石方开挖量将不会很大，但多余的土石方由于受到“半岛”条件的限制，除去“填海造田”外，很难找到其他地方消纳；而湖北大畈厂址，山体较宽硕且高，土石方开挖虽然巨大，但其周围有很多低洼地，利于消纳多余的土方。另外，广西白龙厂址三面环北部湾，充沛的海水水量是核电厂用水的保证，也为核电机组直流冷却提供了基础条件；而湖北大畈厂址三面为陆，南临富水水库，核电机组只能采取二次循环冷却方式。秦山核电厂一期／二期／三期以及广东大亚湾核电厂均是沿海核电厂，均采用了直流冷却方式；对于内陆核电厂，考虑到水资源利用和生态环境保护的因素，目前切实可行的冷却方式是二次循环。

2.2  厂址外部交通条件

      白龙厂址外部公路条件较好，现有一条四级公路可与广西一级公路相连，另有一条二级的旅游景区基础设施道路，也可与广西一级公路相连。厂址附近20km处有南宁一防城港的铁路线通过；厂址三面环海，水上交通十分便利，厂址西北面有一海军码头，最大停泊吨位为800t。
      湖北大畈厂址西面4km处有通山县一大畈县四级公路经过，厂址5km范围内无铁路通过，无码头。

     从比较不难看出，广西白龙厂址的外部交通条件明显优于湖北大畈厂址。这是因为白龙厂址地处沿海，自身的公路交通、旅游发展较好，而大畈厂址地处内陆，地理条件限制着自身的公路交通发展。考虑到水路条件和厂址附近码头的情况，沿海厂址更是具备先天优势。白龙厂址三面环海，厂区附近有码头，提供了大件水路运输的可能。而对于湖北大畈厂址，大件运输条件则因其特殊的地理位置和地形而显得困难，只能采取“水陆联运”方式，导致运输费用上升，运输管理复杂。一般地说，在绝大多数内陆厂址的核电工程中，大件运输在初可研阶段就需要进行专题研究。

2.3  气象与工程水文

      广西白龙核电厂址区域气候属于东亚季风气候，夏半年盛行偏南风，冬半年盛行偏北风。主导风向为NNE风向，频率为22．0％；次导风向为N风向，频率为16．2％；最少风向为W风向，频率仅为0．3％。
       厂址区域海域属于正规全日潮类型，厂址附近海区，夏季泥沙含量不高于0．07kg／m3，冬季不高于0．05kg／m3。工程水文参数如下(均采用85国家高程基准)：历史最高潮位3．49m，P=97％设计低潮位-2．58m，历史最低潮位-2．06m，P：99．9％设计低潮位—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，千年一遇减水-3．08m，千年一遇设计高潮位4．15m，千年一遇波高H，65．94m，设计基准高水位10．77m，设计基准低水位-5．13m。
       湖北大畈核电厂址所属的通山站历年；年平均风速为1．4m／s，主导风向E；最大风速21．7m／s(2000年7月28日)；历年平均g静风频率35％。
        厂址南面的富水水库工程水文参数：如下：设计基准洪水位为68．71m(黄海高：程，下同)，万、千年一遇洪水位分别为62．35m、60．17m(2000调度方式时)，万、千年一遇低水位为41．99m、42．61m，历史最高、最低洪水位分别为57．27m、44．09m(1969年7月17日和1968年7月17日)，水库总库容16．21亿m3，防洪库容2．81亿m3，兴利库容5．48亿m3，调节库容8．08亿m3，死库容4．21亿m3。
       从广西白龙和湖北大畈核电厂气象与工程水文的比较中可以看到，沿海厂址大多面临宽阔的海域，为核电厂运行提供了充足的水量，并且，沿海厂址的水弥散条件也较好，核电机组宜采用直流冷却方式，；而内陆厂址周围大多是水库或湖泊，即使有宽阔的水域(如湖南、江西厂址附近有长江)，距离厂址也较远。因此，在这种情况下，大多数内陆核电厂宜采用二次循环冷却方式。况且，在必须加强生态环境保护的大背景下，二次循环可谓是智举。

3  总平面布置差异

      厂址基本条件的差异是沿海与内陆核电厂在总平面布置上产生差异的重要原因。下面以APl000机组(美国第三代百万千瓦级核电机组)为主选机型，结合广西白龙核电、湖北大畈核电两个工程实例，从几个主要方面进行分析。图1与图2分别给出了两个实例的总平面方案。

3.1  规划容量

      由于沿海厂址的大气弥散和水体弥散条件比内陆核电厂好，从环保角度来说，沿海核电厂大多规划6台百万千瓦级核电机组，如广西白龙厂址等；而内陆核电厂一般规划4台百万千瓦级核电机组较合适，但需考虑扩建的可能性(湖北大畈核电厂如图2所示可扩建至6台)。

3.2  取水量与冷却方式

       沿海厂址和内陆厂址在循环水量上是基本相当的，但二者在取水量上有区别。沿海厂址核电厂取水量约50~80m3／8，内陆厂址核电厂取水量为6~9m3／s。沿海厂址采用直流冷却的方式，取水量包括自身系统内部的循环水水量和重要厂用水冷却水量，需水量较大；而内陆厂址采用二次偱环，取水只需考虑身系统在循环利用过程中损耗的水量，需水量相对较小。沿海核电厂大都临海，具备可靠的水源和充足的水量，为直流冷却提供了基本条件。通常，沿海厂址的海域比较宽阔，附近居民的日常饮水不会直接用海水，循环冷却水和经过处理达标排放的低放废水排人到海域在容许的温升范围内，不会对居民和生态产生影响。而且，一次循环的成本远远小于二次循环。所以，综合考虑经济技术的合理性，沿海核电厂首选直流冷却方式。对于内陆核电厂，厂址附近居民的生活用水依靠所临江河，若采用直流冷却，大量循环冷却水和排放废水可能会对居民生活和水生生物产生影响。所以，从生态环境保护和民生为本考虑，内陆核电厂采用二次循环最可行。

3.3  厂区用地

      表3与表4分别列出两个厂址的用地平衡表。

      从表3与表4可以看出，两个厂址在厂区用地上差别较大，分别是101．8万m2与151．5万m2，大畈厂址比白龙厂址多49．7万m2。厂区用地主要由三部分用地组成：主厂房区用地，现场办公区用地，辅助设施区用地。两个厂址现场办公区用地均在10万m2左右。由于内陆厂址采用二次循环冷却，冷却塔区将会占据很大的用地，增多的部分主要来源于这一需要。一般情况下，在相同机组容量的前提下，内陆核电厂厂区用地会比沿海核电厂多40-50万m2。
      结合工程经验，参照相关规范，一般情况下每百万千瓦级核电机组用地约30~35万m2。在几大功能区块中，主厂房区占地对于沿海厂址为每百万千瓦级7-8万m2，内陆厂址由于应急水池等安全建筑物的增加，通常为每百万千瓦级10~12万m2；辅助设施区，对于沿海厂址因通常规划容量为6000MWe，故相应占地约40~50万m2，而内陆厂址由于采用二次循环的取水方式，冷却塔区占据很大面积，在  规划总容量为4000MWe的情况下，辅助设施区占地大致为40~50万m2，与沿海厂址相当；施工生产区参照国内已有核电厂经验一般为30~35万m2，施工生活临时设施区一般为10万m2左右，现场办公区依据我国现有管理水平，一般为10-15万m2。

3.4  厂坪标高选择及土石方开挖量

      根据初步可行性研究的分析结果，广西白龙厂址和湖北大畈厂址设计基准洪水位分别为：10．77m(85国家高程基准)和68．71m  (黄海高程)。按照干厂址设计厂坪标高，广西白龙厂址与核安全有关厂房厂坪标高应在1lm (含1lm，85国家高程基准)标高之上，湖北大畈厂址与核安全有关厂房厂坪标高应在69m (含69m，黄海高程)标高之上。需要指出，与核安全有关的厂房对于地基的选择比较苛刻，最好落在岩石地基上。随着厂坪标高的升  高，岩石地基的范围会越来越小，但厂区的土石方开挖量将减少。另外，厂坪标高升高对于  增加循环水补给水的运行费用也有影响。所以，在设计基准洪水位的基础上，厂坪标高主要由核安全厂房地基条件、土石方开挖量、循环水补给水增加的运行费用等因素综合确定。
      湖北大畈核电项目进行厂坪标高的选择时，曾对提高厂坪标高和增加循环水补给的运行费用进行过比较：
      4x1600MWe机组循环水补给水量约6m3／s；4x1000MWe机组循环水补给水量约4m3／s，计算按6m3／s考虑。厂坪标高每提高lm，增加循环水补给水的运行费用为：

      (1)式中，C，是全年补给水泵耗电费用增加量(万元／年)；N是动力换算系数(kWm／s)；r是水比重(kS／m3)；AH是泵扬程差值(m，约等于厂址标高的调整数量)；η1：是电机效率；η2：是水泵效率；Q总是补给水流量(m3／s)  ；h是全年机组运行小时数(按7000小时计)；q是电量单价(按上网电价计，上网电价未确定时按0．25元／kWh计算)。
      在参数取值为h=7000，r=1000，△H=I，Q总=6，q=0．25，N=102，0000000=0．95，η2=0．85的条件下，按照公式(1)计算得出C1=12．748万元／年。
      也就是说，厂坪标高每抬高lm，4X1600Mwe级机组增加循环水补给水的运行费用约12．7万元／年。
      在大畈厂址，厂坪每提高lm，厂区挖方量可减少约80万m3，按每方30元计，挖方费用可减少2400万元。根据上述比较，对于大畈厂址，厂坪标高的选择在土石方工程量与补给水运行费用两个因素中应主要考虑前者。但是，厂坪标高的提高，将导致岩石地基的面积缩小，核岛主厂房就可能不完全落在岩石地基上，所以，还需综合地基条件确定厂坪标高。
      在广西白龙厂址，初步选择了12．5m作为核安全厂房的厂坪标高。选择过程中也对不同厂坪标高的竖向设计方案进行了比较，相应的土石方量见表5。

      由表5可知，厂坪标高最低取12．0m时，土石方开挖回填平衡后剩余土石方约110万m3，厂坪标高提高至12．5m时土石方基本平衡。对于一次循环冷却方式的核电厂，在保证安全的前提下，厂坪标高提高对运行费用的增加有一定影响(在不采取其他工程措施的前提下)。
      按6台百万千瓦核电机组考虑，厂坪每提高0．5m，每年增加的运行费用采用动态方法(折现率取6％)折算到土石方开挖期的费用为3637万元(按不含所得税的上网电价0．31元／kWh估算)。厂坪提高0．5m，土石方量减少45-96万m3，相应减少的土石方费用1575-3360万元(土石方单价按35元／-m3计)。厂坪提高0．5m时，每年增加的运行费用较减少的土石方开挖费用高277-2062万元。由此可见，本厂址降低厂坪标高带来的经济效益有限。考虑到将来在工程设计中还可采取降低汽轮机厂房基础埋深等措施，综合土石方平衡情况，在本次总平面规划方案设计中厂坪标高取12．5米。
      综上所述，沿海厂址、内陆厂址在选择厂坪标高时，均需考虑到土石方平衡及循环水补给水的运行费用及核安全厂房的地基条件等诸多因素，综合比较平衡后确定。

3.5  大件运输条件及运输方案

      由于大多数沿海厂址均具备良好的水路运输条件，因此，沿海厂址多采用大件水路运输的方案。在广西白龙，厂址三面环北部湾，西北向有一个海军码头，最大停泊吨位800t。但是由于海军码头的特殊隶属关系，直接利用的可能性不大，所以，拟在海军码头旁边新建一个3000t级的泊位，以满足核电厂大件运输的要求。新建这样一个泊位所需的费用共计约2400万元。
       内陆厂址通常没有沿海厂址那样的地理优势，所以，大多数内陆厂址均采用水路和陆路联运的运输方案。例如，湖北大畈厂址，可行的方案是将大件沿长江运输至咸宁市的潘家湾(简易)码头，起驳上岸后走省道咸潘线、107国道、省道咸温线、横路线、咸通线、县道通大线至厂址，运输里程约107km。所经省道或国道的部分道路标准偏低，不能满足大件运输的要求，需进行改扩建；同时，途中有若干桥梁和其他障碍物(如收费站等)，需加以改造或加固，方可满足大件运输的荷载和净空等要求。湖北大畈厂址大件运输配套设施投资估算，包括道路改扩建费用、桥梁加固费用、改建大件码头费用以及其他费用等，共计5892万元。同时，该大件运输方案在公路运输过程中的交通管制问题也不容忽视，由此案例可见，内陆厂址的大件运输相比沿海厂址往往更加困难和复杂。

4  结语

      沿海厂址、内陆厂址在总平面布置上因厂址固有性质的不同而存在差异。在前期工作中，应当重视厂址固有性质，重视由厂址性质不同而对核电厂总平面布置产生的不同要求。

参考文献

    ［1］ 核电厂总平面及运输设计规范［S］.GB/T50294—1999
     [2]    核电建设前期工作规程规范汇编［C］.电力工业部规划计划司，1996