淺談我國(guó)濱海電廠溫排水對(duì)海洋環(huán)境的影響狀況*

曹宇峰，曾松福，林春梅

（1.中國(guó)海洋大學(xué)海洋環(huán)境學(xué)院 青島 266100；2.國(guó)家海洋局廈門海洋預(yù)報(bào)臺(tái) 廈門 361008）

淺談我國(guó)濱海電廠溫排水對(duì)海洋環(huán)境的影響狀況*

曹宇峰1，2，曾松福2，林春梅2

（1.中國(guó)海洋大學(xué)海洋環(huán)境學(xué)院 青島 266100；2.國(guó)家海洋局廈門海洋預(yù)報(bào)臺(tái) 廈門 361008）

我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)能源電力需求越來(lái)越大，濱?；穑穗姀S的大量建設(shè)在一定程度上緩解了緊張局面，但電廠溫排水的排放對(duì)海洋環(huán)境和水產(chǎn)養(yǎng)殖等造成了影響。文章總結(jié)了我國(guó)電廠溫排水 （冷卻水）及其對(duì)海洋環(huán)境等的影響狀況，并對(duì)溫排水管理和技術(shù)研究工作提出了幾點(diǎn)看法。

濱海電廠；溫排水；海洋環(huán)境；熱污染

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，全國(guó)各省、市、自治區(qū)對(duì)能源的需求不斷加大，電力作為能源輸出的重要組成部分，其供需矛盾也顯現(xiàn)出日益加劇的態(tài)勢(shì)，為了緩和緊張局面，確保企業(yè)和國(guó)民生產(chǎn)生活用電，各地紛紛加快建設(shè)以燃煤發(fā)電為主的電廠項(xiàng)目。此外，根據(jù)我國(guó)“十二五”規(guī)劃，國(guó)家在發(fā)展核電的態(tài)度上已經(jīng)從 “積極發(fā)展”轉(zhuǎn)變到 “盡可能發(fā)展”，新的核電規(guī)劃也對(duì) 《核電中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃 （2005－2020）》進(jìn)行大幅調(diào)整?？梢哉f(shuō)，在今后相當(dāng)長(zhǎng)的一個(gè)時(shí)期內(nèi)，火／核電在電力生產(chǎn)中將占較大比重。

電廠在投產(chǎn)運(yùn)行后產(chǎn)生的大量余熱、二氧化硫和灰渣等都需要向外排放、轉(zhuǎn)移，為了減少投資和便于余熱等的冷卻排放及再利用，我國(guó)的火／核電廠大多建在靠近水庫(kù)、水池、直流河段和感潮河段、河口。

近年來(lái)，考慮到燃料的運(yùn)輸和電力輸送等原因，火力發(fā)電廠一般都建立在濱海城市附近［1－2］。濱海電廠主要包括半封閉型海域、開放型海域和海島型開放海域的火／核電廠 （群），建立在海濱的火／核電廠一般利用海水作冷卻水，這些冷卻水?dāng)y帶大量的熱量進(jìn)入海洋，使得受納水域水溫升高，對(duì)海洋環(huán)境產(chǎn)生了一定的負(fù)面影響，主要包括隨溫排水進(jìn)入附近海域的余熱、余氯等對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)等的影響［3－4］。

1 電廠溫排水 （冷卻水）情況

從1958年起，由中國(guó)水利水電科學(xué)研究院開始冷卻水專業(yè)的試驗(yàn)研究，至今已經(jīng)有50多年。20世紀(jì)80年代初，我國(guó)專家開始發(fā)表與電廠熱排水有關(guān)的研究成果［5－8］。隨著電廠建設(shè)的發(fā)展，目前我國(guó)電站的裝機(jī)容量增長(zhǎng)速度居世界首位，總裝機(jī)容量?jī)H次于美國(guó)，從裝機(jī)容量和發(fā)電量來(lái)看，都是以火／核電為主［5］。火／核電廠由于提供熱機(jī)冷源和各種設(shè)備冷卻降溫的需要，在發(fā)電過(guò)程中需要大量的冷卻水連續(xù)供應(yīng)。根據(jù)我國(guó)發(fā)改委、國(guó)家海洋局和財(cái)政部2005年7月發(fā)布的 《海水利用專項(xiàng)規(guī)劃》，我國(guó)2003年利用海水作冷卻水用量達(dá)330億m3左右，應(yīng)用最多的行業(yè)是電力、石化、化工等，其中電力企業(yè)利用海水作冷卻水的量約占全國(guó)海水作冷卻水總量的90%左右；全球直接利用海水作為工業(yè)冷卻水總量每年在6000億m3左右，我國(guó)至2020年海水直接利用能力將達(dá)到1000億m3／a。所以，對(duì)應(yīng)于冷卻水量的大幅增加，冷卻水對(duì)環(huán)境的影響問(wèn)題越來(lái)越多，也越來(lái)越復(fù)雜。

運(yùn)行中的火／核電廠的熱效率比較低，一般由冷卻水帶走的能量為發(fā)電量的1.4倍 （火電）至2.5倍 （核電），在近岸和海灣等水資源充足的條件下，海水從取水口進(jìn)入電廠，在機(jī)組內(nèi)部運(yùn)行后，攜帶大量余熱的冷卻水往往直接通過(guò)排水口排放，或者采用循環(huán)供水或部分循環(huán)供水方式將來(lái)自電廠的冷卻水進(jìn)行冷卻降溫，再抽回電廠循環(huán)使用。作為機(jī)組冷源的冷卻水經(jīng)過(guò)熱交換器后，溫升在8℃～12℃之間，成為“溫水”流出，一般說(shuō)來(lái)，百萬(wàn)千瓦級(jí)的火電廠，需冷卻水量約30～40m3／s，同級(jí)核電廠需水量達(dá)50～60m3／s，如此大量的熱量通過(guò)冷卻水排放到周圍水域環(huán)境中，會(huì)引起相應(yīng)的海洋環(huán)境問(wèn)題［9－10］。

2 電廠溫排水對(duì)海洋環(huán)境的影響研究

一般大型火電廠實(shí)際效率僅為40%，核電不及35%，60%以上的熱量如果沒(méi)有加以利用則排入大氣及隨冷卻水排入受納水體［11－12］，循環(huán)冷卻水將大量余熱釋放到環(huán)境自然造成了能源的浪費(fèi)和明顯的環(huán)境熱污染，還有就是核電廠冷卻水中可能包含不同程度的低放射性物質(zhì)，這對(duì)環(huán)境的影響更不容忽視［13－14］。大量溫排水入海，局部海區(qū)就可能產(chǎn)生熱污染，溫排水對(duì)水域生態(tài)環(huán)境的影響多為潛在的和累積的，但其危害更多和更主要的是從根本上、整體上改變水體理化特征，進(jìn)而嚴(yán)重影響水生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。

2.1 對(duì)水質(zhì)環(huán)境的影響

溫排水使水域溫度升高，在水體表面常出現(xiàn)白色浮沫，造成水色渾濁，透明度降低，以及溶解氧含量下降，增加氨氮及重金屬的毒副作用，從而影響水域中生物的生存。而且在電廠中常用的濕式尾氣脫硫工藝 （FGD）雖不會(huì)引起冷卻水溫度的顯著升高［15］，對(duì)排放口附近海域的水質(zhì)、沉積物和生物體內(nèi)的主要指標(biāo)不會(huì)造成明顯的影響，但研究發(fā)現(xiàn)海水中汞含量有升高的情況，鑒于汞的生物累積性，應(yīng)高度重視汞的增量對(duì)附近海域環(huán)境的危害性［16－17］。

此外，由于溫排水溫度比周邊海域水溫高，電廠排出的 “熱水”浮于冷水上面，在近排放口的淺水區(qū)如果水動(dòng)力條件比較好，潮流混合比較充分，溫排水入水后很快就能和水體垂直混合均勻，但當(dāng)垂直混合不是很強(qiáng)烈時(shí)，溫排水會(huì)影響到水體表層下2～4m［18］，因此在對(duì)混合區(qū)水域進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)應(yīng)關(guān)注這一水層，尤其是該水層的生物生態(tài)受影響情況。

電廠大量溫排水的排放，會(huì)使得近排放口處局部水域的水溫高于鄰近海域，一定程度上促進(jìn)耐溫水生生物的增殖，同時(shí)由于水體自凈能力下降，促進(jìn)沉積環(huán)境中營(yíng)養(yǎng)鹽的釋放，使水中氮磷比更趨于適合富營(yíng)養(yǎng)化特征藻類的增殖需要，這都在某種程度上加速了水體的富營(yíng)養(yǎng)化［19－21］，當(dāng)條件合適時(shí)可能引起赤潮發(fā)生，并使局部水域赤潮發(fā)生的時(shí)段有所延長(zhǎng)。

2.2 對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響

因水溫升高造成水體中溶解氧的溶解度下降，將對(duì)生物生長(zhǎng)產(chǎn)生不利的影響，尤其是在夏季高溫?zé)o風(fēng)條件下，高溫對(duì)生物的脅迫作用被溫排水的升溫所強(qiáng)化，而且溶解氧濃度的下降會(huì)造成生物的缺氧甚至窒息，在水生生物的需氧和水體中的低氧狀況間形成矛盾，這種影響一般在夏季升溫較高的局部海域發(fā)生［22－24］。溫排水造成的溫升還能改變水生生物的生活條件，引起浮游生物數(shù)量種類和多樣性的變化，使得個(gè)別耐熱種類數(shù)量開始增加，并作為優(yōu)勢(shì)種而存在［25－26］。許多水生動(dòng)物的種群結(jié)構(gòu)、生長(zhǎng)與繁殖等活動(dòng)都將受到水溫的制約與影響，而其中以魚類對(duì)水溫的反應(yīng)最為敏感，魚類因缺氧而浮頭于水面呼吸。大量研究表明，當(dāng)增溫幅度大于3℃時(shí)，對(duì)魚類的危害比較明顯［27］，當(dāng)升溫超過(guò)水域中的魚類、養(yǎng)殖生物的適應(yīng)閾值，就會(huì)引起水生生物代謝的異常甚至死亡。

2.3 緩蝕劑的影響

緩蝕劑是一種用于腐蝕介質(zhì)中抑制金屬腐蝕的添加劑。濱海電廠之所以使用緩蝕劑是由于在發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中是以海水作為冷卻水，使得冷卻設(shè)備容易受到海水的腐蝕，同時(shí)為了防止污損生物在電廠冷卻系統(tǒng)內(nèi)壁附著，常常添加防生物附著的緩蝕劑，以殺死或抑制污損生物的生長(zhǎng)。目前，濱海電廠常用加入含氯的氧化性殺菌劑來(lái)達(dá)到殺菌、滅藻和緩蝕的目的，不過(guò)緩蝕劑的使用也會(huì)造成一定的環(huán)境影響，主要是附著生物的代謝和死亡嚴(yán)重地惡化周邊海域的水質(zhì)，污染海洋環(huán)境；其次就是一些新型的緩蝕劑雖然防腐和消除生物附著能力較好，但可能析出有機(jī)類污染物，會(huì)對(duì)環(huán)境造成更大污染［28］；再者就是溫排水中余氯對(duì)海洋環(huán)境的影響，研究表明，溫排水中的余氯通過(guò)排放系統(tǒng)進(jìn)入海洋環(huán)境中，不僅對(duì)生物有影響，還與水體中有機(jī)物形成一些有毒的有機(jī)氯化合物，通過(guò)毒性的累積效應(yīng)進(jìn)入食物鏈并影響人類健康［29－30］。因此電廠應(yīng)選用環(huán)境友好、具有緩蝕效能的殺菌滅藻劑。

3 問(wèn)題和研究展望

3.1 海域溫排水排放的管理水平有待提高

國(guó)外關(guān)于溫排水和混合區(qū)的研究已經(jīng)趨于成熟，但我國(guó)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)未明確混合區(qū)的范圍，目前運(yùn)行和在建的火／核電站排水溫升主要集中在8℃～10℃，一般以溫升不超過(guò)當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)厮疁?℃的變化作為水質(zhì)判定標(biāo)準(zhǔn)，不過(guò)由于混合區(qū)的劃定涉及功能區(qū)劃、水域水動(dòng)力條件和熱排工程技術(shù)條件等因素，地方政府多因受技術(shù)條件限制而無(wú)法根據(jù)海域條件確定混合區(qū)的范圍。因此，有必要在法律法規(guī)建設(shè)中對(duì)排放口的絕對(duì)溫度、溫升、混合區(qū)邊緣的溫升、混合區(qū)范圍進(jìn)行研究分析和統(tǒng)一規(guī)定，以減少濱海電廠溫排水對(duì)周邊海洋環(huán)境的影響。

3.2 溫排水對(duì)環(huán)境影響范圍的評(píng)估存在困難

我國(guó)的溫排水對(duì)環(huán)境的影響評(píng)估體系中，數(shù)模、物模試驗(yàn)的目的是預(yù)測(cè)電廠排水口處溫升為1℃、2℃、3℃，4℃時(shí)的溫升包絡(luò)面積，以滿足 “人為造成的海水溫升不超過(guò)當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)?℃”的海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，并據(jù)此最終確定取排水位置、結(jié)構(gòu)等。但在判斷取排水口布置是否合理的實(shí)際操作中存在困難，目前只能在確定取排水口方案時(shí)，在安全運(yùn)行的前提下，結(jié)合工程造價(jià)和工程可實(shí)施性，優(yōu)化取排水方案，盡可能做到縮小4℃溫升包絡(luò)面積。所以有必要加強(qiáng)溫排水對(duì)環(huán)境影響范圍的評(píng)估，并以此來(lái)指導(dǎo)電廠的設(shè)計(jì)選址和建設(shè)。

3.3 建立溫排水影響的監(jiān)測(cè)評(píng)估和生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制

目前在海洋領(lǐng)域?qū)嵤┝艘恍V義生態(tài)補(bǔ)償范疇的海洋開發(fā)利用收費(fèi)制度，如 “排污 （傾廢）收費(fèi)制度” “漁業(yè)資源增殖保護(hù)費(fèi)制度”，近年來(lái)，沿海部分省、市、自治區(qū)探索性開展了海洋生態(tài)補(bǔ)償?shù)膶?shí)踐工作，2006年浙江省探索建立海洋生態(tài)補(bǔ)償 （賠償）機(jī)制，2007年山東省確定了生態(tài)補(bǔ)償?shù)膶?duì)象和標(biāo)準(zhǔn)，《國(guó)家 “十一五”渤海環(huán)境保護(hù)總體規(guī)劃》與其他一些與渤海社會(huì)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境發(fā)展的綱領(lǐng)性文件，均把建立生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制作為渤海治理的新的途徑和手段，但與陸地生態(tài)系統(tǒng)相比，海洋生態(tài)補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)研究較少，且尚未從產(chǎn)業(yè)開發(fā)的角度真正建立補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)濱海電廠的溫排水影響，加強(qiáng)對(duì)新型環(huán)保的生物緩蝕劑的研究及其對(duì)海洋環(huán)境影響的評(píng)價(jià)，建立并逐步完善相關(guān)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范和評(píng)價(jià)辦法，制定相應(yīng)的補(bǔ)償機(jī)制尤為重要。

3.4 溫排水余熱的利用

近年來(lái)，火核電廠建設(shè)規(guī)模、數(shù)量突飛猛進(jìn)，電廠建設(shè)周期縮短，容量加大，密集度增高，同一大水域中共存數(shù)座大型電廠的現(xiàn)象已不鮮見(jiàn)，局部水域內(nèi)蓄熱量隨之增大，水域本地水溫可能升高。尤其是近20余年來(lái)火電裝機(jī)容量的高速發(fā)展，其排放的廢熱量隨之猛增，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生累積的持久的負(fù)面影響?？梢?jiàn)，伴隨電力的發(fā)展，溫排水的熱影響已越來(lái)越成為不可忽視的環(huán)境問(wèn)題。但溫排水余熱也是世界上最大的潛在廢熱能量，其開發(fā)利用的程度對(duì)整個(gè)能源的開發(fā)有著重要的影響，亦有著不可小覷的研究?jī)r(jià)值，余熱的利用也有著重要的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益［31－32］。目前國(guó)內(nèi)主要是利用溫排水域的余熱來(lái)進(jìn)行養(yǎng)殖，這樣有利于水面散熱，減輕了溫排水對(duì)自然水體的熱影響。

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海洋公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目 “濱海電廠污染損害監(jiān)測(cè)評(píng)估及生態(tài)補(bǔ)償技術(shù)研究 （200905010）”子項(xiàng)目 “漳州后石華陽(yáng)電廠污染損害監(jiān)測(cè)與評(píng)估”.