海水在超大型冷却塔内“经历”了什么？

  近日，国家电投广东廉江核电项目一期工程1号机组核岛首个千吨级模块CA20吊装就位，这是一期工程开工后实现的第一个一级里程碑节点，全面拉开了核岛大件吊装工作序幕。

  广东廉江核电项目是国家电投集团在广东省控股开发建设的沿海核电项目，厂址位于湛江市辖廉江市车板镇田螺岭，一期工程建设2台CAP1000压水堆核电机组，是国内首次将超大型自然通风冷却塔应用于核电项目，也是国内首个采用海水二次循环冷却的核电项目，将为拓宽我国核电厂址开发的布局和空间提供重要示范和借鉴。

  广东廉江核电项目与我国其他核电站有何区别？超大型冷却塔如何运作？项目建成后如何拓宽双碳之路？南方日报记者走进项目现场，与有关技术人员对话，试图揭开广东廉江核电项目的“神秘面纱”。

  “烧开水”是初学者对核电站工作原理的形象概括。核燃料在反应堆能承受压力的容器中通过核裂变产生能量，将液态水加热成蒸汽，然后利用水蒸气推动机械装置发电。一般来说，压水堆核电站通过三个回路系统的热交换来完成发电工作。

  何为三个回路？具体而言，一回路是反应堆装置，二回路是汽轮发系统，三回路是循环水系统。核燃料在反应堆中发生特殊形式的“燃烧”，产生热量来加热一回路的冷却剂，被加热的冷却剂在主泵的推动下进入蒸汽发生器，加热二回路的水，使之变成蒸汽，然后又被主泵送回堆芯重新加热。这样不断循环称为一回路。蒸汽通过管路进入汽轮机，推动汽轮发做功发电，然后进入冷凝器，冷却成水返回蒸汽发生器，这样的汽水循环过程称为二回路。三回路使用海水或淡水，它的作用是在冷凝器中冷却二回路蒸汽使之变回冷凝水。

  国核湛江核电有限公司设计管理处核岛设计科科长褚福立解释道：“核电站三个回路之间是相互独立的，一回路完全封闭在安全壳中，即使燃料破损了，放射性物质局限于一回路内部，不会传递到外部环境中。”

  广东廉江核电一期工程采用CAP1000核电技术，该技术是在AP1000技术基础上，充分吸收了三门核电、海阳核电等项目研发、设计、建设和安全运作所积累的成功经验。这是通过自主设计和改进形成的国产化先进核电型号，是对AP1000技术消化吸收形成的标志性成果。

  CAP1000系列的一大特点，是运用非能动安全设计理念，采用非能动专设安全系统模块设计保障电厂安全功能。在规划建设中，广东廉江核电项目反应堆厂房顶部有个装着3000立方米水的大水箱。如果发生意外事故，水箱阀门将自动打开，里面的水依靠自身重力喷淋下来，达到冷却反应堆的效果。“非能动就是依靠密度差、重力、压缩气体等技术让反应堆处于一个安全状态，即使发生极端事故，72小时内不依赖人为干预，机组也是安全的，这样大幅度的降低人为失误导致的事故风险。我们采用系统性的严重事故预防及缓解措施，增强严重事故抵御能力。”褚福立说。

  廉江核电项目充分结合地理位置、厂址特性，坚持环境友好，采用“超大型自然通风高位集水冷却塔”（简称“高位塔”），一期工程两台机组一机一塔配置。单塔淋水面积2万平方米，塔高218.7米，为目前全球范围内已建、在建最大湿冷塔，主要由基础、斜支柱、塔筒、进水中央竖井、配水系统、换热填料、收水系统、主集水槽、除水器等构成。

  相比于常规自然通风冷却塔，廉江核电项目采用的冷却塔有何优势？国核湛江核电有限公司常规岛与BOP设计科科长王萌解释，高位塔无淋水雨区，进风均匀，冷效高。相比于有雨区的常规淋水塔，同等条件下，高位塔的换热面积可减少2000多平方米，运行噪声更低，且塔内高位收水，回收了淋水雨区浪费的势能，从而节省了约12米的循环水泵扬程，大量节约厂用电。

  超大型冷却塔对设计和施工要求高，广东廉江核电项目处于台风多发区，风压高。“因此，廉江项目冷却塔设计保守，从设计上确保建设及运行期间绝对安全，经过抗倒塌数模专题分析，冷却塔受风荷载影响的破损临界值高于蒲福风力等级最高级对应的风速（17级），换句话说，冷却塔可以抗击截至目前人类已知自然界出现过的最大台风。”王萌说。

  目前国内已建、其他在建商用核电站均采用“海水直流循环冷却方式”，是利用海水对不能用于发电的余热进行冷却，带出热量并传导至海洋，而廉江核电项目采用“海水二次循环冷却方式”，是通过冷却塔将余热传导至大气，以大气作为最终热阱。

  在系统中，冷却塔利用自然对流换热和蒸发冷却原理实现热水与空气的热交换，将不能用于发电的余热排放到大气中。当空气自冷却塔下部进入，循环水自配水系统向下喷淋，通过水—气对流换热、蒸发散热对循环水进行冷却，空气被循环水加热而抬升，形成水蒸气从而带走热量，同时水蒸气在塔顶遇冷凝结成水滴又回到塔内。

  作为国内第一个采用冷却塔二次循环冷却方式的核电机组，使不具备海水直流循环冷却条件的沿海厂址具备建设核电项目的可能性。王萌说：“我们从海边取的水，大多数都用在冷却塔的补水，一方面补充蒸发损失，另一方面补充为维持冷却水一定浓度所需的排水损失。”

  相较国内同容量采用直流循环冷却方式的核电机组，取水量大幅度减少，仅为同等规模直流循环核电站的几十分之一，对区域洋流无影响，可有很大成效避免海生物卷吸效应，有利于海洋生态环境保护、保障核电厂取水安全。

  海水二次循环冷却技术方案是加强海洋生态文明建设、坚持绿色发展的具体实践，贯彻了绿色发展与海洋生态文明建设统筹兼顾的指导方针，对后续核电高水平质量的发展具备极其重大参考价值和示范意义。

  近年来，湛江市工业领域的钢铁、石化等高化石能源消费项目接续投产，对能源的需求尚且没达峰，能源消费结构中煤炭占比较高，未来能源消费水平仍将较快增长。

  同时，湛江市可再次生产的能源资源禀赋优越，以陆上风电、海上风电、光伏、生物质为主的可再次生产的能源装机容量持续提升，廉江核电一期工程加快建设，可以有明显效果地支撑能源系统实现清洁低碳转型，助力全社会高质量发展。

  据统计，湛江地区清洁能源装机容量约占全部电源装机总容量的一半，2021年累计消纳新能源电量约60亿千瓦时，占湛江电网供电量的32%。每3度电中就有1度是清洁能源，这张绿色名片将持续擦亮。广东廉江核电项目投入到正常的使用中后，将进一步改写湛江的供电格局，加速能源绿色低碳转型。

  广东廉江核电项目规划建设6台CAP系列三代核电机组，一次规划、分期建设，总装机容量862万千瓦。一期工程两台机组计划于2028年建成投运，年发电量约200亿千瓦时。6台机组全部建成后，年发电量约为702亿千瓦时，每年可减少标煤消耗约2007.6万吨，减排二氧化碳约5260.1万吨、二氧化硫约17.1万吨、氮氧化物约14.9万吨，减排效应相当于种植阔叶林约14.8万公顷。

  国核湛江核电有限公司相关负责这个的人说，广东廉江核电项目一期工程将成为广东电网的主力电厂之一，它的建设不仅能有效地缓解广东能源供求的结构性矛盾，推进能源供应结构多元化的进程，减少对煤炭等传统不可再次生产的能源的依赖，而且能保障广东省的能源安全和经济安全，为地方和区域经济的可持续发展提供强大的动力。

  资料显示，依托该项目的高质量建设，国家电投集团将推动“大项目带动大基地”战略提速，全力打造核风氢储融合式大基地，建设粤西一体化综合能源基地，助力广东省、湛江市产业体系升级和能源系统绿色低碳转型。