濱海核電冷源取水區(qū)風(fēng)險(xiǎn)生物的分類及特征分析

沈萍萍, 于先波, 孟不凡, 武存超

濱海核電冷源取水區(qū)風(fēng)險(xiǎn)生物的分類及特征分析

沈萍萍1, 于先波2, 孟不凡1, 武存超1

(1. 煙臺(tái)大學(xué)海洋學(xué)院, 山東 煙臺(tái) 264005; 2. 山東核電有限公司, 山東 煙臺(tái) 265116)

近年來(lái)由海洋生物入侵造成的核電冷源安全事件頻發(fā), 表明冷源安全已成為核電安全與可靠的重要影響因素, 受到社會(huì)高度關(guān)注。本文對(duì)國(guó)內(nèi)外發(fā)生的主要冷源安全事件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析, 歸納總結(jié)冷源致災(zāi)生物的分類特征及其致災(zāi)機(jī)制, 探討致災(zāi)生物的篩選及分級(jí)預(yù)警標(biāo)準(zhǔn), 解析相關(guān)的探測(cè)技術(shù)、預(yù)警手段及處置方法, 提出致災(zāi)生物研究中亟待解決的關(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)問(wèn)題, 以期為更好應(yīng)對(duì)解決濱海核電冷源安全問(wèn)題提供參考與理論依據(jù)。

濱海核電; 取水區(qū); 風(fēng)險(xiǎn)生物; 冷源安全

核電作為優(yōu)質(zhì)綠色清潔能源, 在促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)中具有不可比擬的優(yōu)勢(shì), 各國(guó)將核電作為控制溫室氣體排放的最重要措施之一, 核電因此得到快速發(fā)展。我國(guó)從1984年第一座濱海核電站——秦山核電站開工建設(shè), 至2017年9月, 大陸地區(qū)共有商業(yè)運(yùn)行機(jī)組37個(gè), 在建機(jī)組19個(gè)[1]。隨著核電的飛速發(fā)展, 核電運(yùn)行安全變得更為重要, 而冷源系統(tǒng)安全是重中之重。近年來(lái), 隨著越來(lái)越多的核電機(jī)組投入運(yùn)行, 國(guó)內(nèi)濱海核電發(fā)生了數(shù)起由海洋生物[如水母(Medusozoa)、海地瓜()、棕囊藻(spp.)等]或者異物(秸稈、漂浮物等)入侵造成的冷源取水口濾網(wǎng)堵塞、影響核電正常運(yùn)行的安全事件, 導(dǎo)致核電機(jī)組降低功率、跳機(jī)甚至緊急停堆, 造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失及安全隱患, 引起了社會(huì)高度關(guān)注[2]。類似的事件在法國(guó)、日本、美國(guó)、英國(guó)、瑞典等多個(gè)國(guó)家濱海核電站都有發(fā)生, 據(jù)世界運(yùn)行重要事件反饋報(bào)告統(tǒng)計(jì)顯示, 2004—2015 年十余年間, 世界各地發(fā)生了 100 余起核電站取水口堵塞事件[3], 核電冷源安全問(wèn)題成為“世界性難題”。

盡管核電行業(yè)已認(rèn)識(shí)到事件的嚴(yán)重性, 并采取了預(yù)防措施, 但該類事件的發(fā)生率不降反升, 如北方某核電廠自機(jī)組運(yùn)行以來(lái), 2014—2017 年先后發(fā)生了4起較為嚴(yán)重的冷源取水堵塞事件, 每年1次[4-5]; 而2020年3月24日—25日, 陽(yáng)江核電廠連續(xù)2 d發(fā)生了2起毛蝦()群入侵事件, 導(dǎo)致大范圍機(jī)組反應(yīng)堆接連緊急保護(hù)停堆, 造成了極大的安全隱患。冷源事件的頻發(fā), 表明冷源安全已成為影響核電廠安全與可靠的重要因素。冷源安全屬于多領(lǐng)域、跨學(xué)科的技術(shù)難題, 涉及核電工程、海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)、海洋生物的分析預(yù)警及其生物學(xué)特性研究等多個(gè)領(lǐng)域。同時(shí)由于各個(gè)電廠所處的海洋地理環(huán)境獨(dú)特, 國(guó)內(nèi)外沒有能夠完全參照的治理成功案例, 因此需要綜合分析已經(jīng)發(fā)生的冷源事件的緣由, 結(jié)合自身海洋環(huán)境及入侵生物特點(diǎn), 制定針對(duì)性強(qiáng)的冷源保障措施, 切實(shí)維護(hù)電站的安全運(yùn)行。2016年國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人高度重視并針對(duì)廣西防城港核電站大量球形棕囊藻入侵事件做出重要批示, 建議開展相關(guān)研究、攻克關(guān)鍵技術(shù)[6]。本文將專門針對(duì)海洋生物入侵對(duì)近海核電冷源安全的影響進(jìn)行深入總結(jié)與探討, 追溯其發(fā)生原因與機(jī)制, 總結(jié)關(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)問(wèn)題, 提出相關(guān)建議與對(duì)策, 為防控近海生態(tài)災(zāi)害、保障近海核電冷源安全提供科學(xué)依據(jù)與技術(shù)支撐。

1 冷源安全事件的統(tǒng)計(jì)與分析

近年來(lái), 國(guó)內(nèi)外由海洋生物或異物入侵導(dǎo)致的核電廠冷卻水取水安全事件頻繁發(fā)生[6-8]。如2004—2008年間全球共記錄取水口堵塞事件61起, 其中80%導(dǎo)致機(jī)組降功率運(yùn)行或停堆, 20%對(duì)核電廠安全系統(tǒng)造成直接影響[9]。表1對(duì)國(guó)內(nèi)外發(fā)生的主要核電冷源安全事件進(jìn)行了統(tǒng)計(jì), 分析事件發(fā)生后果及其相關(guān)原因, 以便更好地應(yīng)對(duì)由海洋生物暴發(fā)或者入侵導(dǎo)致的濱海核電運(yùn)行安全問(wèn)題。

表1 國(guó)內(nèi)外主要核電冷源事件的統(tǒng)計(jì)分析

此外, 2015年防城港、嶺澳、福清、昌江等核電廠在調(diào)試、運(yùn)行期間, 也發(fā)生過(guò)因海生物的影響造成冷源喪失或安全異常, 甚至觸發(fā)自動(dòng)停堆的事件[17]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì), 我國(guó)絕大部分沿海核電站都發(fā)生過(guò)生物入侵導(dǎo)致的冷源安全事件, 發(fā)生頻率不降反升。

總結(jié)發(fā)現(xiàn), 目前不管國(guó)內(nèi)國(guó)外, 除碎冰及漂浮雜物外, 絕大多數(shù)事件是由海洋生物的大量暴發(fā)及入侵造成, 但也存在明顯不同。在國(guó)外, 造成入侵危害的海洋生物種類較少, 主要是水母類(占大多數(shù)), 其次是大型海藻(海草), 剩余為海冰、雜草等, 如日本1996—2000年的5年間, 108個(gè)火電廠中有43個(gè)電廠受到水母的影響[1]。而國(guó)內(nèi)電站致災(zāi)的海洋生物種類多樣, 個(gè)體大小差別較大, 包括浮游植物(棕囊藻)、浮游動(dòng)物(毛蝦、尖筆帽螺、水母等)、游泳生物(鱸魚等)、底棲動(dòng)物(海地瓜、貝類、?？?Actiniaria)等)、大型海藻(滸苔、石莼、海帶等)、水草(伊樂(lè)藻、水葫蘆())等(表1)。相比而言, 國(guó)內(nèi)的冷源致災(zāi)生物個(gè)體偏小(如微藻、毛蝦)、種類更多且不斷出現(xiàn)新型災(zāi)害生物(如大亞灣核電站新近出現(xiàn)尖筆帽螺入侵), 因此其現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、預(yù)警及防控更加困難, 后期打撈與治理亦更加艱巨, 對(duì)相應(yīng)的攔截和過(guò)濾防護(hù)能力要求極高, 因此必須對(duì)這些致災(zāi)生物進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分類, 建立核電冷源取水區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)生物目錄及日歷, 進(jìn)而進(jìn)行科學(xué)監(jiān)控與預(yù)警, 提高風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)能力。

2 冷源致災(zāi)生物分類及其特征

2.1 致災(zāi)生物分類

冷源致災(zāi)生物是指暴發(fā)性涌入核電站循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)取水口, 堵塞取水口攔截網(wǎng)、格柵或鼓網(wǎng)等設(shè)施, 造成核電站冷卻水水量低而導(dǎo)致機(jī)組反應(yīng)堆跳機(jī)、停堆運(yùn)行安全事件的一類海洋生物的統(tǒng)稱, 僅針對(duì)于核電冷源安全而言, 因?yàn)橛行┤肭稚锉旧硪彩菨O業(yè)資源, 比如毛蝦群、魚類等。冷源入侵致災(zāi)生物種類較多, 根據(jù)其不同的形態(tài)特征及生長(zhǎng)特性, 主要分為浮游植物、浮游動(dòng)物、游泳生物、大型藻類及大型底棲動(dòng)物等五大類別(表2)。各類別生物致災(zāi)的原因也不盡相同, 例如浮游植物類致災(zāi)生物雖然個(gè)體微小, 但是能夠形成粒徑較大的群體(成囊、成鏈、成團(tuán)), 且繁殖速度快, 因此短時(shí)間內(nèi)即能夠形成高密度、高生物量的群體, 如棕囊藻; 浮游動(dòng)物類致災(zāi)生物通常為游動(dòng)能力弱、易漂浮聚集的種類, 其繁殖及生長(zhǎng)速度都非?？? 如水母、中國(guó)毛蝦、尖筆帽螺等; 而底棲生物類致災(zāi)生物一般個(gè)體較大、生物密度不一定很高但集中分布, 受惡劣天氣、風(fēng)浪攪動(dòng)等易漂浮并聚集, 如海地瓜、貝殼類、大型海藻(海草)等。

2.2 致災(zāi)生物特征

盡管目前有關(guān)核電冷源安全事件及致災(zāi)生物、致災(zāi)原因受到社會(huì)及業(yè)界高度關(guān)注, 但是專門針對(duì)冷源致災(zāi)生物的調(diào)查與評(píng)價(jià)還比較少見[3, 18], 比如海地瓜等生物, 絕大部分研究集中在其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值, 而對(duì)于其生長(zhǎng)繁殖、生活習(xí)性及分布等特征鮮有報(bào)道, 缺乏相應(yīng)的調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)與評(píng)價(jià)體系, 導(dǎo)致核電站現(xiàn)有的環(huán)境生物調(diào)查結(jié)果與實(shí)際冷源事件的致災(zāi)生物并不一致, 且存在較大偏差[16, 19]。

表2 核電冷源致災(zāi)生物的種類及特征

冷源安全屬于多領(lǐng)域、跨學(xué)科的技術(shù)范疇, 涉及核電工程、海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)、海洋生物預(yù)警及其生物學(xué)特性研究等多個(gè)領(lǐng)域。如何依據(jù)致災(zāi)生物的形態(tài)特征及生活習(xí)性將生物的監(jiān)測(cè)預(yù)警與核電工程設(shè)計(jì), 尤其是取水口攔截濾網(wǎng)的優(yōu)化布置等科學(xué)地結(jié)合起來(lái), 才是有效防控冷源取水口生物入侵與堵塞的關(guān)鍵。如浮游植物需要光照進(jìn)行光合作用, 主要分布在水體上層; 浮游動(dòng)物能夠垂直遷移, 主要生活在中下層, 如大亞灣海域中國(guó)毛蝦主要集群分布于水深5.2～7.2 m 的中下層水域[11]; 而有些底棲生物則棲居在下層水域及表層沉積物中并且呈明顯區(qū)域性分布特征, 如海地瓜的不平衡式分布易造成常規(guī)監(jiān)測(cè)的疏漏[3]。因此, 攔截網(wǎng)需要根據(jù)不同生物的體型大小及空間分布特征進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整, 以攔截不同大小、不同水層的入侵生物。同時(shí), 不同水層的透光性、能見度等條件不同, 對(duì)于相應(yīng)的探測(cè)設(shè)備和探測(cè)技術(shù)也有不同的要求[15]?？梢? 不同類別致災(zāi)生物的生物特性及生活史策略差異較大, 必須首先厘清它們的分類特征, 了解各類生物致災(zāi)的生物及環(huán)境機(jī)制, 才能制定出有針對(duì)性的防控對(duì)策。

3 致災(zāi)生物篩選標(biāo)準(zhǔn)及分級(jí)預(yù)警

水母是我國(guó)和世界多國(guó)核電首要的致災(zāi)生物, 2020年12月31日, 中國(guó)能源研究會(huì)[20]首次發(fā)布了針對(duì)水母災(zāi)害的核電廠冷源安全分級(jí)預(yù)警規(guī)范(T/CERS 0009-2020 核電廠冷源安全分級(jí)預(yù)警規(guī)范水母災(zāi)害), 確定水母災(zāi)害預(yù)警等級(jí)及閾值, 規(guī)定了水母災(zāi)害的4個(gè)等級(jí)及其確定依據(jù)(表3)。此標(biāo)準(zhǔn)的制定對(duì)于保障沿海核電站在水母暴發(fā)期間的冷源安全, 提高水母災(zāi)害的應(yīng)急響應(yīng)和管理能力具有重要意義。

表3 水母災(zāi)害預(yù)警等級(jí)劃分表[20]

注: EFL——水母應(yīng)急打撈極限值(單位: g/m3): 沿海核電廠處于應(yīng)急狀態(tài)下每天動(dòng)用船只打撈水母的最大量與核電納水量的比值。

但是除水母外, 其他冷源致災(zāi)生物的篩選標(biāo)準(zhǔn)尚未成熟且無(wú)法統(tǒng)一, 國(guó)內(nèi)外均未形成指導(dǎo)性規(guī)范與評(píng)價(jià)體系[16]。除了與冷源致災(zāi)生物的本身復(fù)雜性有關(guān)外, 各核電站所處的海域環(huán)境特殊亦是主要因素。如南方海域, 福建寧德核電站運(yùn)行前后水動(dòng)力條件發(fā)生變化, 沉積環(huán)境改變加上臺(tái)風(fēng)天氣影響, 取水口受到海地瓜、淤泥等的威脅; 廣東大亞灣核電站面臨著海蝦、尖筆帽螺、棕囊藻赤潮等威脅; 廣東臺(tái)山核電站由于采用隧洞取水的方式, 存在魚、蝦侵入的問(wèn)題; 廣西防城港核電站受到棕囊藻赤潮的影響最為嚴(yán)重。中部海域如浙江秦山核電站因海域水質(zhì)泥沙淤積嚴(yán)重, 面臨水葫蘆和泥沙的威脅; 江蘇田灣核電站附近種植農(nóng)作物較多, 惡劣天氣導(dǎo)致小麥或玉米秸稈入海, 引發(fā)取水口堵塞的風(fēng)險(xiǎn); 而大連紅沿河核電站地處寒冷的北方海域, 則多次受到海月水母、滸苔和海冰等的入侵(表1)。根據(jù)歷史資料和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)果, 張朝文等[1]篩選出紅沿河核電取水區(qū)高風(fēng)險(xiǎn)生物并提出海月水母的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)基準(zhǔn); 唐婭菲[3]運(yùn)用層次分析法, 建立寧德核電站致災(zāi)生物篩選標(biāo)準(zhǔn)體系, 篩選出12種潛在致災(zāi)生物(表4), 并提出了針對(duì)海地瓜的預(yù)警和防控措施。

而其他核電站的冷源致災(zāi)生物各具特色, 因此應(yīng)加快制定相關(guān)的致災(zāi)生物篩選標(biāo)準(zhǔn)及分級(jí)基準(zhǔn)。建議各核電站結(jié)合考慮當(dāng)?shù)氐乃臍夂驐l件、海洋地質(zhì)及化學(xué)等環(huán)境要素, 率先針對(duì)性地建立地方核電冷源取水區(qū)風(fēng)險(xiǎn)生物的目錄及篩選標(biāo)準(zhǔn), 對(duì)于后續(xù)制定全國(guó)統(tǒng)一的指導(dǎo)性準(zhǔn)則有重要意義。

4 探測(cè)技術(shù)與處置方式

4.1 探測(cè)技術(shù)

根據(jù)入侵生物種類的特點(diǎn), 有針對(duì)性地研發(fā)生物探測(cè)及預(yù)警防控技術(shù), 是核電冷源安全“卡脖子”的技術(shù)難題之一。目前常用的入侵生物探測(cè)技術(shù)主要包括: 聲學(xué)手段、光學(xué)手段、衛(wèi)星遙感技術(shù)、雷達(dá)技術(shù)等, 其優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用范圍參見表5[11]。但由于受到水體能見度低、環(huán)境條件變化劇烈等限制, 加上致災(zāi)生物本身的復(fù)雜性(如浮游植物個(gè)體太小無(wú)法探測(cè), 或者水母類生物水分太多, 身體呈透明狀, 光學(xué)手段無(wú)法探測(cè)), 難以實(shí)現(xiàn)致災(zāi)生物的可靠探測(cè), 需要多種探測(cè)手段結(jié)合使用, 優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。如魚、蝦及水母的探測(cè)應(yīng)以聲學(xué)為主, 光學(xué)、水動(dòng)力等為輔的綜合體系, 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)量化評(píng)估[15]。

目前, 大多數(shù)核電站取水口都布設(shè)生物監(jiān)視設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)與預(yù)警: 如大亞灣核電站進(jìn)水口設(shè)置水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)浮標(biāo), 搭載多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀及氣象傳感器, 實(shí)現(xiàn)了連續(xù)、自動(dòng)、實(shí)時(shí)、定點(diǎn)監(jiān)測(cè), 能抵御惡劣天氣的影響, 有助于核電站進(jìn)水口海水水質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立以及進(jìn)行海洋赤潮的監(jiān)測(cè)和預(yù)警預(yù)報(bào); 陽(yáng)江核電站利用水下機(jī)器人系統(tǒng)對(duì)進(jìn)水明渠海生物進(jìn)行全面的監(jiān)控, 實(shí)時(shí)觀測(cè)進(jìn)水明渠中蝦群、水母、藻類等生物的活動(dòng)情況, 預(yù)測(cè)發(fā)展趨勢(shì), 提前做出預(yù)警機(jī)制及應(yīng)對(duì)措施[16]。但是不可否認(rèn), 由于海洋生物暴發(fā)的突然性、不確定性等因素, 目前的探測(cè)設(shè)備與技術(shù)仍然不能滿足監(jiān)測(cè)預(yù)警的需求, 冷源事件持續(xù)發(fā)生, 如2020年3月, 陽(yáng)江核電站連續(xù)兩天暴發(fā)了毛蝦群入侵事件, 暴露現(xiàn)有水下機(jī)器人監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的不足與缺陷, 而根本原因在于缺乏應(yīng)對(duì)毛蝦暴發(fā)的預(yù)警技術(shù)與方法。隨著全球氣候及環(huán)境的變化, 海洋生態(tài)系統(tǒng)亦發(fā)生了巨大變化, 生物群落結(jié)構(gòu)隨之變化, 這應(yīng)該是越來(lái)越多的生物能夠暴發(fā)成災(zāi)的根本原因。因此只有在了解與掌握特定海域生態(tài)環(huán)境及其生物群落結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上, 才能有的放矢、深入開展冷源取水口生物監(jiān)測(cè)與預(yù)警技術(shù)的研發(fā), 后續(xù)冷卻水過(guò)濾設(shè)備配置方案的優(yōu)化調(diào)整, 找出之前技術(shù)上的不足并加以改進(jìn), 為核電廠冷卻水過(guò)濾系統(tǒng)的安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行提供重要保障。

表4 中國(guó)沿海各核電冷源區(qū)風(fēng)險(xiǎn)生物及篩選標(biāo)準(zhǔn)

表5 常用生物探測(cè)手段對(duì)比及應(yīng)用范圍(改自曾雷等[11])

4.2 處置方式

據(jù) WANO《重要運(yùn)行事件報(bào)告》等[16]資料顯示, 國(guó)內(nèi)外核電站目前主要采取消殺驅(qū)離、攔截、降功率運(yùn)行等手段應(yīng)對(duì)海生物暴發(fā)及入侵事件。驅(qū)離措施主要包括針對(duì)魚、蝦等游泳生物的電脈沖攔網(wǎng)、氣泡幕墻法; 針對(duì)魚類、水母、藻類等的水下聲波法和光學(xué)手段; 消殺措施主要有次氯酸殺生劑及針對(duì)赤潮藻類的改型黏土法[9, 16]。

廣西防城港核電站受球形棕囊藻()赤潮的影響最嚴(yán)重, 機(jī)組多次受到球形棕囊藻赤潮的入侵, 出現(xiàn)冷卻水系統(tǒng)堵塞現(xiàn)象, 造成跳機(jī)、停堆[6]。其中球形棕囊藻典型特征就是具有單細(xì)胞和群體2種形態(tài), 單細(xì)胞非常微小(<10 μm), 常規(guī)監(jiān)測(cè)很容易忽略, 但在條件適宜時(shí)卻能夠形成直徑超過(guò)1 cm的膠質(zhì)囊體, 暴發(fā)高密度、高生物量的赤潮災(zāi)害。不管是單細(xì)胞還是囊體, 均能穿過(guò)攔截網(wǎng)進(jìn)入下游CFI粗格柵(200 mm)、細(xì)格柵(50 mm)及最后屏障——鼓形濾網(wǎng)(3 mm), 導(dǎo)致格柵清污機(jī)組損壞[4]。目前多層防護(hù)網(wǎng)、攔截設(shè)施等均不能有效攔截球形棕囊藻, 所以針對(duì)棕囊藻的處理策略必須是在赤潮暴發(fā)高峰期及高發(fā)區(qū)域, 提前進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警, 棕囊藻細(xì)胞密度達(dá)到一定致災(zāi)閾值時(shí), 及時(shí)噴灑改性黏土進(jìn)行消殺處置[6]。近年改性黏土技術(shù)通過(guò)國(guó)家核安全局審核, 成為我國(guó)近海核電冷源取水海域赤潮應(yīng)急處置的唯一技術(shù)方法, 成功應(yīng)用于防城港核電冷源取水海域, 有效保障了我國(guó)濱海核電的冷源取水安全。

但是黏土消殺法目前只適用于棕囊藻等浮游植物或微型浮游動(dòng)物, 對(duì)于水母、海地瓜及大型海藻類生物尚無(wú)有效試驗(yàn)證據(jù)。由于水母、沙海蜇等水分太多, 身體呈透明狀, 聲吶及航拍等監(jiān)測(cè)技術(shù)無(wú)法有效的進(jìn)行預(yù)警預(yù)報(bào), 目前只有設(shè)置攔截網(wǎng)清理打撈水母。2015年8月大量海地瓜受到臺(tái)風(fēng)攪動(dòng), 涌入寧德核電3號(hào)機(jī)組取水口, 導(dǎo)致跳閘、反應(yīng)堆停堆, 對(duì)海地瓜等底棲生物的數(shù)量及空間分布等生物特征不了解導(dǎo)致監(jiān)測(cè)、預(yù)警及應(yīng)急處置能力的缺失也是事故發(fā)生的主要原因之一。

由于海洋致災(zāi)生物種類多, 暴發(fā)原因復(fù)雜, 類似改性黏土法這樣有針對(duì)性的防治技術(shù)仍亟待研究。在尚無(wú)法有效進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警的情況下, 冷源取水口的攔污網(wǎng)是核電廠循環(huán)水系統(tǒng)的第一道安全屏障[22], 增加改進(jìn)攔截網(wǎng)過(guò)濾系統(tǒng)是目前最直接有效的應(yīng)對(duì)措施之一。EPRI1020524報(bào)告對(duì)美國(guó)77家電廠進(jìn)行了取水口堵塞問(wèn)題的調(diào)研和信息收集, 調(diào)研包括各電廠出現(xiàn)的海生物種類、特點(diǎn), 以及各電廠取水口和泵站的配置, 給出了各電廠針對(duì)取水口堵塞問(wèn)題采取的成功治理經(jīng)驗(yàn)反饋和設(shè)備改進(jìn)建議[23]。國(guó)家安全局也要求, 核電廠營(yíng)運(yùn)單位對(duì)取水和過(guò)濾系統(tǒng)可能存在的設(shè)計(jì)或建設(shè)問(wèn)題加以改進(jìn), 增強(qiáng)抵御海洋生物或異物的能力。措施包括增設(shè)不同孔徑的攔污網(wǎng)、改進(jìn)攔污網(wǎng)材料等, 如紅沿河核電站取水口原先沒有設(shè)置攔污設(shè)施可后期進(jìn)行增設(shè)[7]; 或在取水口改設(shè)“人”字形攔污網(wǎng), 海生物可隨潮汐作用自動(dòng)疏散, 或采用新型回轉(zhuǎn)式清污機(jī)提高清污效率, 有效減輕鼓網(wǎng)負(fù)荷[4]; 秦山第三核電站采用的鏈?zhǔn)叫D(zhuǎn)濾網(wǎng)比第二核電站的鼓網(wǎng)濾網(wǎng)故障率低且效果更好; 而美國(guó)Donald C. Cook 核電廠新型多盤式濾網(wǎng)在濾網(wǎng)壓差達(dá)到1 270 mm的情況下持續(xù)運(yùn)行, 清除垃圾能力達(dá)到每小時(shí)115 m3, 對(duì)防止取水口濾網(wǎng)堵塞有很好效果[9]。

5 建議與對(duì)策

核電冷源安全事件頻發(fā)影響到電廠的安全與可靠性, 冷源安全的重要性已成為普遍共識(shí), 而冷源生物入侵是重中之重。如何根據(jù)入侵生物種類的特點(diǎn), 有針對(duì)性地研發(fā)生物探測(cè)及預(yù)警技術(shù)、進(jìn)行致災(zāi)生物的防控與處置, 是核電冷源安全“卡脖子”的技術(shù)難題之一, 多學(xué)科交叉, 涉及核電工程、海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)、海洋生物預(yù)警及其生物學(xué)特性研究等多個(gè)領(lǐng)域。國(guó)家核安全局要求核電營(yíng)運(yùn)單位應(yīng)高度重視海洋生物或異物對(duì)海水系統(tǒng)特別是安全重要廠用水系統(tǒng)的影響, 結(jié)合有關(guān)案例, 分析自身可能存在的問(wèn)題; 同時(shí), 多單位合作, 努力掌握海洋生物或異物的產(chǎn)生和運(yùn)動(dòng)規(guī)律, 建立預(yù)警和預(yù)防機(jī)制。在總結(jié)分析諸多冷源安全事件的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上, 我們建議:

1)結(jié)合當(dāng)?shù)睾Ｑ笊鷳B(tài)環(huán)境及生物特征, 參考已有記錄的冷源致災(zāi)生物, 建立適用于當(dāng)?shù)氐臐撛陲L(fēng)險(xiǎn)生物目錄及風(fēng)險(xiǎn)日歷, 針對(duì)特定致災(zāi)生物形成具體可操作的調(diào)查規(guī)范, 實(shí)行“一站一策、一災(zāi)一策”;

2)目前已確定水母災(zāi)害預(yù)警等級(jí)及閾值, 規(guī)定了水母災(zāi)害的4個(gè)等級(jí)及其確定依據(jù)并建立風(fēng)險(xiǎn)等級(jí); 針對(duì)水母外的其他冷源致災(zāi)生物, 建議首先選擇有條件、有能力的核電站結(jié)合自身需求, 建立地方致災(zāi)生物的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn), 如防城港核電站可牽頭建立棕囊藻災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)及標(biāo)準(zhǔn); 大亞灣核電站和陽(yáng)江核電站建立中國(guó)毛蝦的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)及標(biāo)準(zhǔn); 秦山核電站牽頭制定海地瓜等底棲生物的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等, 為后續(xù)綜合形成全國(guó)統(tǒng)一的指導(dǎo)規(guī)范與準(zhǔn)則提供數(shù)據(jù)支撐與依據(jù);

3)長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看, 亟須加強(qiáng)學(xué)科間科技合作與融合發(fā)展, 進(jìn)一步開展海域致災(zāi)生物與生態(tài)環(huán)境的調(diào)查與長(zhǎng)期研究, 分析海洋致災(zāi)生物暴發(fā)的規(guī)律及演變趨勢(shì); 在此基礎(chǔ)上, 結(jié)合致災(zāi)生物的特點(diǎn)及環(huán)境特征, 研發(fā)綜合性與特異性相結(jié)合的探測(cè)技術(shù)及預(yù)警手段; 開展致災(zāi)生物的防控與處置設(shè)備和技術(shù), 才是從根本上解決核電冷源安全的生物暴發(fā)與入侵問(wèn)題的關(guān)鍵。

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Classification and characteristics of the risk organisms in cold source water intake area of coastal nuclear power plants

SHEN Ping-ping1, YU Xian-bo2, MENG Bu-fan1, WU Cun-chao1

(1. Ocean School, Yantai University, Yantai 26400, China 5; 2. Shandong Nuclear Power Co., Ltd, Yantai 265116, China)

In recent years, there have been frequent incidents related to cold source safety at nuclear power plants caused by marine organisms, indicating that cold source safety is an important factor that affects nuclear power safety and reliability. In this paper, the main incidents at a national and international level are analyzed to summarize the classification and characteristics of organisms that cause cooling-water system disasters, discuss the screening and grading of the early warning standards of these organisms, and analyze relevant detection technologies. Finally, the key scientific and technical problems needing urgent resolution are proposed to provide a reference and theoretical basis for better dealing with the safety problems of coastal nuclear power cold sources.

coastal nuclear power plant; water intake area; risk organisms; cold source safety

Nov. 16, 2022

[National Natural Science Foundation of China, No. 41976114; State Environmental Protection Key Laboratory of Coastal Ecosystem (202311) Yantai City School and Local Integration Development Project]

P735

A

1000-3096(2023)9-0131-10

10.11759/hykx20221116003

2022-11-16;

2023-01-04

國(guó)家自然科學(xué)基金(41976114); 國(guó)家環(huán)境保護(hù)近岸海域生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題(202311); 煙臺(tái)市校地融合發(fā)展項(xiàng)目

沈萍萍(1975—), 山東青島人, 女, 教授, 主要研究方向?yàn)楹Ｑ笊锱c生態(tài)學(xué), E-mail: pshen@ytu.edu.cn

(本文編輯: 趙衛(wèi)紅)