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    《中国核能行业智库丛书(第三卷)》已完成出版发行,这是一本发产业先声的智慧文萃,是行业专家们从不同角度、不同深度对产业前途命运进行思考的思想文库。即日起,协会微信公众号将精选部分文章与广大读者共享。今天推出的文章是《海岛核电项目开发探索与思考》。

    第一作者:方明豹

    国核浙能核能有限公司总经理助理,博士,高级工程师,长期从事核电项目开发、工业领域仪控系统开发与应用等工作。近年来,在海岛核电项目可行性研究、重大技术方案论证、用岛用海适应分析、空间规划体系调适、环境安全评价等方面担任负责人,组织完成了几十个海岛核电相关专题的研究工作。

    文章摘要

    在大力发展海洋经济背景下,海岛核电成为核电厂址新的选择方向。本文分析了海岛核电项目在减少陆地资源占用、提高公众可接受度、解决核电厂址日益稀缺问题等方面的重要意义,并结合海岛核电项目开发所面临的困难和前期 研究成果,从用岛用海审批、总平面方案、核应急方案、电力送出方案以及项目经济性等方面探索海岛核电项目开发要点,可为后续开展海岛核电研究提供借鉴和参考。

    海岛核电项目开发探索与思考

    1.背景

    中国是海洋大国,海洋面积相当于陆地面积的三分之一,是重要的“第二疆土”和“蓝色粮仓”。21 世纪,人类进入了大规模开发利用海洋时期,党的十八大、十九大先后做出了建设海洋强国的重大部署。浙江省拥有丰富的海洋资源和海岛资源,而常规能源资源又较为贫乏,因此,在浙江众多海岛上进行核电开发探索具有十分重要意义。2003年,习近平总书记主持召开浙江省委十一届四次全会,做出了“八八战略”重大决策部署,提出了进一步发挥浙江的山海资源优势,大力发展海洋经济。2010年,浙江省政府委托中国工程院开展浙江沿海及海岛综合开发战略研究,提出了充分利用海岛相对独立的区位优势,发展核电等对土地空间要求较大的工业基地,将浙江省建成全国清洁能源示范基地的开发思路和建议。在此背景下,2012年,浙江省启动了海岛核电项目的选址和开发。

    2.海岛核电项目开发意义

    随着我国核电厂址的不断开发,滨海基岩核电厂址已基本筛查完毕,再开发条件优良的滨海核电厂址难度越来越大。内陆核电不存在技术上的制约因素,但社会关注度高,短期内公众接受难度大,国家尚未对此做出决策。因此,为满足未来我国核电发展需要,国内企业在不断开发和储备新的核电厂址资源。我国拥有近300万平方千米海域和32000千米海岸线,其中大陆岸线就有18000千米。漫长海岸线附近密布众多的小岛,开发利用海岛资源是我国未来发展的重要选择,也成为我国核电厂址新的选择方向。

    目前国内核电项目中,福建宁德和霞浦项目属于海岛厂址,不过其距离大陆较近,与滨海厂址或半岛厂址的特点较为类似。本文所讨论的海岛核电厂址,特指距离大陆若干千米以上的孤立岛屿,对进一步拓展核电项目选址空间,解决我国滨海厂址资源稀缺矛盾,更具有代表性和示范意义。同时,在远离大陆的孤立岛屿上开发核电项目,也更有利于提高核电项目公众接受度,最大限度减少对周围环境和公众的影响,进一步探索和丰富海岛资源开发利用的内容和模式,符合我国发展海洋经济、建设海洋强国的国家战略。

    3.海岛核电项目开发面临的挑战

    由于海岛与陆域不相连,四周环海,海岛核电厂址需要通过船舶或后期通过建设桥梁、隧道等方式与大陆连接和沟通,这对通道方式、场平施工、电力送出、应急撤离等将带来一定困难和挑战,对项目的经济性也将产生较大影响。同时,由于海岛保护相关政策法规和岛屿面积的限制,在项目审批、集约节约用地、总平面优化布置等方面与沿海核电也存在显著不同,需要结合海岛厂址的地理特征以及拟采用的技术路线特性,深入开展研究论证工作。

    4.海岛核电项目开发探索

    4.1 用岛用海审批

    随着国民经济进入高质量发展阶段,国家对生态环境特别是海洋生态环境的要求日益提高,相关政策法规频繁出台,因此,海岛厂址涉及的有关海岛保护利用、生态红线、海洋功能、海洋环境功能等规划是否满足政策法规的要求,是项目开发建设的前提。其中,海岛核电项目除了满足海域使用相关要求以外,相较于滨海厂址而言,最需要引起高度关注的是海岛特别是无居民海岛使用管理的相关政策法规,这也是海岛厂址所独有的问题。

    国家高度重视海岛的保护,《中华人民共和国海岛保护法》(2010 年 3 月 1 日) 第三条规定:“国家对海岛实行科学规划、保护优先、合理开发、永续利用的原则”;第三十条规定:“海岛保护规划确定的可利用无居民海岛的开发利用活动,就当遵循可利用无居民海岛保护和利用规划,采取严格的生态保护措施,避免造成海岛及其周边海域生态系统破坏,确需填海连岛以及其他严重改变海岛自然地形、地貌的,由国务院审批”。

    2018年9月,浙江省印发《浙江省海岛保护规划》,对省内的有居民海岛和无居民海岛实行分区保护、分类管理,其中无居民海岛分为国家权益海岛、自然保护区内海岛、海洋特别保护区内海岛、其他重要保护海岛、保留类海岛和限制开发类海岛等6个三级类。用于核电项目开发的海岛需满足该保护规划的要求,并在此基础上,按照《无居民海岛开发利用审批办法》(2016年12月)的规定,完成无居民海岛开发利用方案及申请书,上报国家审批。

    4.2 总平面方案

    由于海岛往往大小不一、形状各异,施工建设场地面积有限,并且在海域使用、海岛保护等方面有严格、明确的法规要求,因此在海岛核电项目规划过程中需结合核电厂工艺特点,合理布置各子项,尽量减少岛内建构筑物,减小用岛及围填海面积,减少占用海岛和岛礁的数量,满足相关用岛要求。同时,作为海岛厂址的特点,需考虑在岛内设置就地隐蔽所,作为主应急撤离方式的补充,以满足核应急方案多样性的要求。此外,还需考虑进场道路跨海大桥登陆点的接入展线,结合大桥通航净空高度和坡度的要求,预留足够的距离和岛内用地面积。

    由于岛屿厂址位于离岸海域内,易受到台风浪等极端天气影响,对工程建设提出一定挑战。因此,海岛核电厂址总平面布置方案的设计基准洪水水位,应充分考虑安全裕度,以此确定海岛厂址的场平标高;同时,需充分结合地形、地质条件,尽可能减少土石方开挖、回填工程量以及其他工程量,以降低工程造价和缩短建设工期,并尽量实现土石方就地平衡。此外,还需尽可能多地保留海岛自然岸线,在满足海岛保护指标要求的同时,尽量提高岸线及边坡护岸的稳定性。

    根据《关于规范和加强生态用海审查的意见 ( 征求意见稿 )》(2016年9月) 的要求,核电项目排水口设置应当体现“离岸深水”的原则,尽量减少温排水用海面积,降低温排水、低放射性废液对周边养殖等开发活动及海洋生态系统的影响。由于海岛位于海中,水深条件好,采取“离岛即排”的排水方式,可天然地满足“离岸深水”原则,具有较好的可批性和经济性。但是,如果海岛周边水文条件复杂, 存在往复流、旋转流和余流等多种形式海流,又可能造成温升面积偏大。为此,需进行充分的方案比选和数模物模验证,以最终确定符合生态用海要求且经济性良好的取排水方案。

    4.3 核应急方案

    由于海岛特殊的地理位置,相比于滨海核电厂址,海岛核电项目在核应急时会面临特殊问题,但也有独特优势。海岛应急的困难主要是事故情况下因岛屿与大陆的交通问题,核电厂相关工作人员的撤离和应急救援存在一定的困难,对于道路的设计具有更高的可靠性要求。而海岛应急的优势则在于:周围社会环境情况简单,厂址周边多为海域,事故条件下需要采取应急撤离行动的居民数量较少,只需适当考虑规划限制区周边及区外人员和船只的应急问题,以及核电厂工作人员和施工人员的应急撤离或隐蔽的问题。因此,海岛应急工作相对目标明确,应急撤离的人口数量和应急工作量相对较少。

    关于海岛厂址应急计划区的测算,通过专业方法计算条件概率,结果表明,针对特定核电堆型源项,机组发生一次堆芯熔化事故时,距离反应堆3km以外各处的有效剂量当量高于0.05Sv(即撤离行动水平)的平均概率最大值,和距离反应堆7km处的有效剂量当量高于 0.01Sv的概率(即隐蔽行动水平)的平均概率最大值,均远小于用于判断应急计划区大小可接受的条件概率值。因此,该堆型的核电厂址烟羽应急计划区可取简化场外应急方案的范围,即内区3km、外区7km 是合理可行的。而海岛厂址距离大陆约4km,应急计划区内区均为海域和岛屿,这是海岛厂址在核应急方面的一个重要优势。

    为此,海岛核电项目核应急方案中,主要考虑的是电厂相关人员的撤离,需要确保事故情况下撤离的桥梁或者隧道的可用性,同时注意为应急计划区外区(取 半径7km)范围内大陆侧居民的应急撤离留出通道。同时,考虑通过就地隐蔽所、轮船、直升机等多样性的辅助手段作为主应急撤离方式的补充,可满足现行法规核应急要求。

    4.4 电力送出方案

    由于海岛核电厂址特点,其送出线路分为海上段和陆上段两部分,其中,陆上送电技术已较为成熟,与滨海厂址类似,无论1000千伏还是500千伏电压等级的送出方案,均可采用架空线技术满足项目需求。海上送电线路则受厂址与大陆距离、整体工程方案以及经济性等诸多因素影响,是海岛核电项目电力送出方案研究重点。

    针对1000千伏电压等级送出方案,目前国内已投产的特高压送电线路均采用架空线技术。针对500千伏电压等级送出方案,考虑到海岛厂址距离大陆直线距离较短,可通过修建进出厂道路大桥连接至大陆,按照目前较为成熟的海上送电方案,有海底方案、随桥电缆方案及大跨越架空方案。从技术经济角度出发,海底电缆方案输送容量低,运行可靠性较差,造价最高,且对海洋廊道资源需求大,因此不推荐海底电缆方案。大跨越架空方案与随桥电缆方案均具备可行性,但从投资角度看,在不考虑大陆开关站及大桥费用时,随桥电缆比大跨越架空方案节省投资50%以上。

    综合来看 , 考虑到核电项目的安全性和多样性及当地输电规划,电力送出方案宜500千伏和1000千伏两个电压等级可选,并保留两个不同的海上电力送出通道。

    4.5 经济性

    海岛核电项目由于增加了跨海大桥、海上电力送出通道等工程内容,投资成本增加,海岛核电项目的经济性一直为业界各方所关注。需要结合各专项研究成果及工程技术方案,开展经济性分析与研究。

    由于增加了跨海大桥和电力送出通道投资费用,项目经济性面临一定挑战,但由于所增投资为一次性投入,如果规划装机较多、容量较大,将有利于分摊建设成本,再考虑到海岛项目在征地补偿等方面费用相对较少,经测算,海岛核电项目单位投资(建成价)与滨海核电机组基本相当,甚至更优。

    5. 对海岛核电项目开发前景的思考

    我国拥有丰富的海岛资源,随着东南沿海地区经济的快速发展和陆地资源的日益紧缺,以及桥梁、电力、港口、海工等基础建造技术的不断提高,在满足国家有关海岛保护与开发政策法规要求的前提下,海岛核电厂址开发的综合性优势将越来越明显,也必将成为未来核电项目开发的一个重要方向。

    由于海岛面积大小不一、形状各异,与大陆或附近岛群的距离也各不相同,未来还可根据不同岛屿的特点和保护要求,综合考虑海岛小堆、核能综合利用、储能等技术的应用,以及核能与海洋波浪能、风能等不同能源的结合,不断拓展海岛资源利用、海洋经济开发的内涵。

    6.结语

    海岛核电项目开发符合我国发展海洋经济、建设海洋强国国家战略,有利于进一步拓展核电项目选址空间,解决滨海厂址资源稀缺矛盾,并最大限度减少对周围环境和公众的影响。

    海岛核电项目开发,需高度关注海洋、海岛方面等相关政策法规,在符合规划的前提下按要求上报国家审批,并结合海岛保护利用、海域使用等相关指标要求, 优化项目总平面布置方案和取排水方案,以满足生态用岛用海要求。在核应急方 面,由于海岛厂址应急计划区内多为海域和岛屿,可简化场外应急方案,但应在提供桥梁或隧道等撤离通道的同时,考虑就地隐蔽所、轮船、直升机等多样性的辅助手段作为主应急撤离方式的补充。从核电项目安全性、多样性以及当地输电规划等方面考虑,海上电力送出方案宜采用 500千伏和1000千伏两个电压等级可选, 并保留两个不同的海上电力送出通道,包括随桥电缆和大跨越架空方案。在考虑多机组、大容量条件下,海岛核电项目经济效益良好,且具有独特的优势,可作为我国未来核电发展的一个重要方向。(作者:方明豹   黄佳钰)

 
 
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