中核海南核電廠取水明渠改造成功抵御致災海生物入侵實踐案例

中核海南核電廠取水明渠改造成功抵御致災海生物入侵實踐案例推薦單位：海南省發(fā)展和改革委員會經(jīng)濟運行調(diào)節(jié)局案例單位：海南核電有限公司團隊成員：陳建新張煜張世保田雷雷趙龍李晗康樂王學斌王昊魯李建業(yè)鄭彬劉聰丁斐唐銳趙天翼白瑋代麗魏華張高明林和山一、基本情況（一）單位基本情況海南核電有限公司位于海南省昌江縣，瀕臨北部灣，現(xiàn)已建成兩臺650兆瓦核電機組，并正在建設兩臺“華龍一號”機組和一臺“玲龍一號”全球首堆示范工程，均已于2021年正式開工建設，形成“雙龍齊飛、三堆共建”的格局。作為海南一號能源工程，海南核電基地每年為海南省提供90億—100億度電的清潔能源保障，約占海南全省用電總量的30%，從根本上解決了電源性缺電問題，有效改善了海南省能源結(jié)構(gòu)。同時，已建成雙機組每年減排二氧化碳804萬噸、二氧化硫2.6萬噸、氮氧化物2.2萬噸，減排效益相當于節(jié)約標準煤307萬噸，助力海南的天更藍、山更綠、海更清，為海南自貿(mào)港建設及“雙碳”目標的實現(xiàn)注入了強勁動力。海南核電有限公司是中核集團先期在瓊落戶企業(yè)，同時是海南省最大的清潔能源生產(chǎn)企業(yè)。在海南建設清潔能源島背景下，大力發(fā)展和推進核電關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)、清潔能源產(chǎn)業(yè)、核技術(shù)應用產(chǎn)業(yè)，其中在海南核電工業(yè)用海領(lǐng)域利用溫排水培育優(yōu)質(zhì)白蝶貝已初步形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模，是核電與生態(tài)環(huán)境共融共生的良好實踐。結(jié)合海南自貿(mào)港建設實際，海南核電將持續(xù)充分發(fā)揮央企科技創(chuàng)新引領(lǐng)作用，深度融入海南自貿(mào)港建設，并打造生態(tài)環(huán)境保護與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的樣板工程。（二）案例背景現(xiàn)階段，我國核電廠均沿海布置并采用海水作為冷卻介質(zhì)，通過水泵抽吸輸送至電廠生產(chǎn)系統(tǒng)，將電能生產(chǎn)過程中系統(tǒng)和設備產(chǎn)生的熱量導出，然后返回大海，取用海水的設備設施構(gòu)成了電廠冷源系統(tǒng)，由于海水供應狀況直接影響到電廠安全生產(chǎn)，故冷源系統(tǒng)安全運行極為重要。但近年來，國內(nèi)核電廠發(fā)生了多起海生物以及漂浮垃圾等雜物入侵取水系統(tǒng)事件，使得過濾裝置堵塞、水泵吸水困難等事件時常發(fā)生，嚴重時還造成了機組非計劃停運，對電網(wǎng)安全形成極大隱患。對此情況，上級監(jiān)管部門高度重視，從2015年起多次發(fā)文要求電廠重視冷源安全、提升堵塞物防控能力，尤其是2023年紅沿河核電再次出現(xiàn)水母大規(guī)模暴發(fā)、堵塞取水流道并造成4臺機組停運事件。為此，國家發(fā)展改革委、國家能源局和國家核安全局等五部委聯(lián)合發(fā)文，要求各單位“科學精準改進取水安全相關(guān)工作……杜絕多機組同時停運事件發(fā)生，確保核安全萬無一失，保障電網(wǎng)安全和電力供應穩(wěn)定”。（三）案例概要海南核電冷源系統(tǒng)流程如下圖1所示：海水進入取水明渠（CA），通過取水閘門井廠房（CB1），進入隧洞（CB2）至聯(lián)合泵房（PX），到達循環(huán)水泵及重要廠用水泵入口。CAPXCB2CB1CAPXCB2CB1圖1海南核電冷源系統(tǒng)流程2016年10月19日，受臺風“莎莉嘉”影響，冷源系統(tǒng)取水明渠進入大量生活垃圾、海生物等雜物，造成鼓網(wǎng)堵塞并最終導致汽輪機跳閘、反應堆停堆。圖2泵房內(nèi)打撈的雜物堆積情況2018年4月7日，取水海域海藻大面積暴發(fā)并涌入取水明渠及泵房，堵塞取水過濾設備設施，最終雙機組停運。二、主要做法與實踐針對冷源系統(tǒng)頻繁出現(xiàn)的雜物堵塞問題，海南核電開展了以明渠改造為主的、全面的冷源防控能力提升與工程實踐行動，防控對象主要為海藻、水母為代表的海生物以及海漂雜物等，并最終取得了良好效果。（一）工作思路海南核電遵循事物發(fā)展規(guī)律開展工作，即先了解堵塞物，再研究防控方法：圖3海南核電冷源管理提升工作思路（二）主要做法1.組建冷源專班，健全工作機制海南核電成立以公司總經(jīng)理為組長、多專業(yè)人員參與的冷源工作專班，并首創(chuàng)冷源工程師負責模式，高效開展冷源防控工作。2.探索堵塞物甄別和評價新方法要做到防控有的放矢，就應首先了解防控對象。海南核電在實踐中摸索出基于堵塞風險的新的堵塞物甄別和評價方法，并形成了指導防控措施的風險性海洋生物時序表和風險月歷。圖4新的堵塞物調(diào)查和評估方法（左：新方法；右：與原海洋生態(tài)調(diào)查的區(qū)別）3.建立堵塞物監(jiān)測預警系統(tǒng)海南核電配置水面、水下監(jiān)視設備，引入氣象、水文和衛(wèi)星等數(shù)據(jù)，創(chuàng)建了國內(nèi)首個多源輸入冷源堵塞物監(jiān)測預警系統(tǒng)，實現(xiàn)了對堵塞物的早期發(fā)現(xiàn)、實時監(jiān)控和預報預警。圖5取水口堵塞物監(jiān)測預警系統(tǒng)（左：監(jiān)測預警首頁；右：聲吶掃描）4.主動導避防控海南核電通過分析確認了明渠直堤式布置和攔污網(wǎng)選型不當是冷源系統(tǒng)堵塞頻發(fā)的主要原因，為此從2017年開展了包括導流堤和攔污網(wǎng)數(shù)模物模、泥沙沖淤及漂浮物軌跡模擬等專題在內(nèi)的海工設計優(yōu)化工程，并提出取水構(gòu)筑物對堵塞物的主動導避防控理論。圖6海工優(yōu)化工程專題研究（左：防波堤物模；右：漂浮物軌跡模擬）5.取水參數(shù)一體化監(jiān)視為快速干預、精準控制，海南核電在取水流程中增加了除污機、鼓網(wǎng)等過濾設備的水位、差壓等遠傳信號，并建立了一體化監(jiān)視系統(tǒng)，有效提高了冷源應急干預能力。圖7關(guān)鍵參數(shù)一體化監(jiān)視畫面6.攔截體系提升海南核電深入貫徹縱深防御理念，對攔污網(wǎng)科學選型、合理布置，同時研發(fā)泵房區(qū)自動清理裝置，體系攔截能力大為提升。圖8攔截體系提升（左：網(wǎng)兜式攔污網(wǎng)；中：自動清理除污機；右：鼓網(wǎng)電機優(yōu)化）7.附著性海生物化學抑制針對冷源系統(tǒng)中的海生物滋生、附著，海南核電積極采用化學抑制方法，并首度基于運行環(huán)境下開展臺架試驗，篩選出效果顯著、對海域無害的附著性海生物生長抑制藥劑。圖9附著海生物化學抑制（左：構(gòu)筑物附著的海生物；右：化學方法實施前后附著情況）8.核電廠冷源管理標準化研究海南核電積極總結(jié)經(jīng)驗，進行冷源管理和技術(shù)的標準化研究，開發(fā)了國內(nèi)首份冷源相關(guān)技術(shù)標準，填補了國內(nèi)核電廠冷源防控領(lǐng)域標準的空白。圖10海南核電開發(fā)的冷源技術(shù)標準三、成效與創(chuàng)新防控對象更加明確海南核電在實踐中摸索出新的堵塞物甄別和評價方法，明晰了取水口堵塞性海生物種類及其暴發(fā)期，使得防控更加及時和有效。圖11堵塞性海生物月歷（左：堵塞物調(diào)查報告；右：風險月歷）監(jiān)視能力明顯增強冷源堵塞物在線監(jiān)測預警系統(tǒng)的建立，使運維人員有了“千里眼”和“順風耳”，可以實時了解取水區(qū)堵塞物情況。圖12堵塞物監(jiān)測預警系統(tǒng)（左：攔污網(wǎng)受力監(jiān)測；右：視頻監(jiān)控）入侵雜物顯著減少基于工程實踐的取水構(gòu)筑物主動導避技術(shù)，增強了對明渠內(nèi)部的掩護，提升了攔污網(wǎng)抗風浪沖擊能力。2020年海工設計優(yōu)化工程完工，后續(xù)機組運行顯示，進入明渠的致堵性海生物及海漂雜物等堵塞物數(shù)量減少了80%以上。圖13導流堤疏導漂浮物遠離取水口泵房區(qū)域堵塞物打撈量對比攔截效果顯著攔截體系的優(yōu)化和自動工器具研發(fā)應用使海南核電冷源堵塞物的攔截清理能力有效提升。圖14攔截設施優(yōu)化（左：鼓網(wǎng)電機改造；右：除污機耙齒改造）冷源管理標準化海南核電通過建立相關(guān)技術(shù)標準，使冷源防控工作更加系統(tǒng)化、流程化，并編撰出版了國內(nèi)首部《核電廠冷源風險管理》專著，在行業(yè)內(nèi)推廣，示范效果良好。圖15《核電廠冷源風險管理》出版物四、總結(jié)與建議海南核電冷源防控能力提升與工程實踐行動，是一項集多個專題研究在內(nèi)的綜合性改造工程，首創(chuàng)并實現(xiàn)了對堵塞物主動導避理論，并運用縱深防御理念建立梯級攔截體系，攔大疏小，有效解決了冷源系統(tǒng)頻繁堵塞的問題。另外，在實踐過程中秉承早發(fā)現(xiàn)、早干預的理念首創(chuàng)了冷源監(jiān)測預警、取水一體化監(jiān)視等系統(tǒng)，相關(guān)行動實施后，海南核電未再出現(xiàn)取水堵塞事件，公司年均增加發(fā)電收益約1900萬元，節(jié)省運維成本約900萬元，成為海南電網(wǎng)能源保供的壓艙石，樹立了核電冷源管理的標桿。目前我國有大量濱?；蚪S址的火電機組，也直接或間接使用海水作為冷卻介質(zhì)，取水過程也經(jīng)常面臨被雜物堵塞的風險，如2024年9月18日，臺風“貝碧嘉”過后，浙江浙能嘉華發(fā)電有限公司海蜇大規(guī)模暴發(fā)，對電廠正常生產(chǎn)造成了嚴重影響（據(jù)統(tǒng)計，在一周內(nèi)攔截、清理海蜇超過100噸）。鑒于火電機組取用海水流程與核電相類似，故海南核電冷源工作成果對火電機組也完全具備適用性，相關(guān)防控技術(shù)及工程經(jīng)驗對火電領(lǐng)域冷源防控具有良好的推廣價值。受海洋環(huán)境變化和人類活動影響，堵塞物種類并非一成不變，冷源安全防控是一項持久工作，為持續(xù)提升冷源安全水平，在此建議：開展冷源暗取方式研究相對明取海水形式，暗取取水憑借用海流程簡化等優(yōu)勢后續(xù)會更廣泛被采用，但其堵塞物防控經(jīng)驗還較少，需要深入研究，以