台山核电厂一期工程EPR机组温排水数值模拟研究.pdf

第 1期 2 0 1 3年 1月 广东水利水 电 GUANGDONG W ATER RES OURCES AND HYDROPOW ER N0 1 J a n 2 0 1 3 台山核电厂一期工程 E P R机组温排水数值模拟研究 陈丕翔 ，倪培桐 ，黄健 东 ( 广东省水利水电科 学研究院，广东省水动力学应用研究重点实验室，广 东 广州 5 1 0 6 3 5 ) 摘要 ：建立 了工程 海域平面二维潮流 、温排水数 学模 型，对台山核 电厂不 同取排水 工程 方案 的温排 水输运 、扩散进 行 了计算，预测了工程海区的温升分布和核电厂取水温升，为核电厂取排水工程的设计和环境影响评价提供科学依据，所 用的方法及结论可供同类工程参考。 关键词：台山核电；温排水；数学模型 中图分 类号 ：T V1 3 7 文献标识码 ：B 文章编号 ：1 0 0 8一 o l 1 2 ( 2 0 1 3 ) 0 1 0 0 1 5 0 4 1 工程 概 述 台山核电厂位于 台山市赤溪镇腰 古村 ( 见 图 1 ) ， 电厂规划建设 6台百万千 瓦级 以上压水堆机组 ，一期 工程建设 2台 1 7 5 0 MW E P R型机组 。电厂采用直流冷 却系统，循环冷却水取 自南海海水，一期工程循环水 量为 2 0 0 m s ，温升为 7 5 。核 电厂取排水 口的工程 布置各有 3种方案( 见图5 ) ，为了比较各方案的优劣， 得出最优的取排水工程布置，有必要开展温排水数值 模拟研究 ，通过数模计算手段 ，预测不同方案 的核 电 厂取水温升及工程海域的温升分布 ，为核 电厂的工程 设计及环境影响评价提供依据 J 。 距台山核电厂西南约 5 k m处为国华 台山电厂( 简称 国华台 电) ，该 电厂规划装 机容量 为 56 0 0 M W +4 1 0 0 0 M W，机组亦采用海水直流冷却，循环冷却水量为 2 5 0 m3 s ，温升为 9 4 C。由于台山核电厂和国华台电距离 2潮流、温排水数学模型 2 1 控制方程 平面二维潮流 、温排水运动控制方案表达式如下 ： + + ：6 ( q ) a t 0 、 ( g )=( h u ，h u + 2 ，h u v ，h u A T ) G ( q )=( h v ，h v u ，h v + 2，h v A T ) r 0 ， g ( s 一 ) ， g h ( s 。 一 ) ， 、 = - V ( e h V ( A T ) ) - c Tp + s l 式 中q 为守恒物理量 ，F( q ) 、G( g ) 分别为 、Y向 通量 ，6 ( q ) 为源项 ，h为水深 ，I t 和 分别为 和 Y向 垂 向平均流速分量 ， 为温升，s 、s 。 和 s 、s 厅 分别 为 、y向的底坡和摩阻， 为热扩散系数 ， 为水 面 综合散热系数， P为水的密度，c 为水的等压比热，Js 为源( 汇 ) 项。 方程的定解条件为 ： 初始条件 ：u=t t 0 ， = ，h= h 0 ， = 0 边界条件 ：开边界 h=h ( t ) ，闭边界 = 0， 为流速矢量 ， 为边界法 向单位矢量。 2 2 求解方法 控制方案的求解采用 非结构 网格有限体积法 ，其 中跨越 网格边界 的通量采用基于黎曼间断的 O s h e r 格 式进行估算 J 。 3 计算条件 3 1 模型范围与网格设置 模型范围的确定原则是使电厂温排水的热量尽可 收稿日期：2 0 1 3 0 1 0 6 作者简介：陈丕翔( 1 9 7 8一) ，男 ，硕士，主要从事计算水力学及环境水力学研究。 - 1 5 2 0 1 3年 1月第 1期 广东水利水 电 N o 1 J a n 2 0 1 3 南 ，开 口向西，取水头部后面接一段约 2 3 k m长 的明 渠 ，明渠依大襟岛西岸修建 ，末端在大襟岛西北角与 取水隧洞进 口相接 。取水隧洞长约 4 3 k m，隧洞出 口 与海水库相接。 2 )大襟 岛小港池取水方案 ：在大襟岛南面用防波 堤围成一个小港池 ，取水 口建在大襟 岛西南 ，开 口向 东取小港池 中的海水 ，其它布置同取水大襟 岛明渠取 水方案。 3 )重件码头港池取水方案 ：取水 口设在重件码头 港池 ，中问用隧洞与海水库相连。 6 2 排水工程布置方案 1 )近排方案 ：在排水 暗涵后接一段约 1 3 k in的排 水明渠将 温水送至近岸 ，向东北方向排放 ； 2 )远排方案 ：在排水暗涵后接一段约 3 0 k m的排 水明渠将温水送至近岸 ，向东北方 向排放 ，远排方案 的排水 口比近排方案 向东北移 了约 1 5 k m； 3 )隧洞 远排方案 ：利用 长约 6 5 k m 的排水 隧洞 将温排水送至电站西北 ，近岸 向东排放 ，隧洞远排方 案 的排水 口比远排方案向东北移了约 2 4 k m。 核 电厂取排水工程布置示意图见 图 5 。 图 5核 电厂 取排水工程布置示意 7 取排水工程方案比选 7 1 计算条件 方案比选计算中台山核电、台山电厂的装机容量 分别按4 1 7 5 0 M W和5 6 0 0 M W+ 4 1 0 0 0 M W进行 考虑，计算潮型选取夏季大、中、小潮。 7 2 温排水运动特征和温升面积 3个排水方案 的排水 口均位 于大襟岛北面 的潮流 幅散幅合 区，涨潮时 ，温排水随潮流顺岸线向北运动； 落潮时 ，温排水分成 2支 ，一支沿厂址 与大襟 岛之间 的海峡向西南运动 ；一支沿大襟岛东侧 向南运动。 近排方案排水 口处的潮 流最弱 ，该方案 的高温区 面积最大 ，4 温升包络面积达 2 8 0 k m ，隧洞远排 方案排水 口处的潮流最强 ，该方案的高温升面积最小 ， 4 温升包络面积不超过 2 4 5 k m ，远排方案介于两者 之间。夏季中潮条件下 ，取水方案采取大襟 岛小港池 取水 ，排水方案为近排 、远排 和隧洞远排的温升包络 线见分别 图 6图 8 。 由于核电厂的排水流量大 ，排水 口附近海域的水 深小 ，各 方 案 的 4 温 升 区面积普 遍大 于其 它 同类 工程 。 7 3 各方案 的核电厂取水温升 大襟岛明渠取水方案的取水 口布置在大襟 岛的西 南侧 ，距台山核 电、国华 台电的排水 口较远 ，核 电厂 不管采取近排 、远排还是隧洞远排 ，核 电厂的取水温 升均较低 ，夏季大 、中、小潮 的平均值分别为 0 5 、 1 1 o C 、 0 4o C。 大襟岛小港池取水方 案的取水条件优 于大襟岛明 渠方案 ，夏季大 、中、小潮时 台山核 电取水温升的平 均值分别为 0 5 、0 8 、0 2 。 重件码头港池取水方 案的取水 口温升较高 ，即使 采用隧洞远排 ，夏季大、中潮电厂取水温升的平 均值 亦达到 2 6 和 3 6 。重件码头港池取水方案取水温 升较高的原因是重件码头港池人 口距 国华台电的排水 口较近，港池入 口处水温直接受 国华 台电排出的温水 影 响 茅 海 南 图6 大襟岛小港池取水 +近排方案温升分布 1 7 2 0 1 3年 1月 第 1期 陈丕翔 ，等 ：台山核 电厂 一期工程 E P R机组温排水数值模拟研究 N o 1 J a n 2 0 1 3 南 图 7 大襟 岛小港池取水 +远 南 海 图 8大襟 岛小港池取水 +隧洞远排 方案温升 分布 7 4 方案 比选小结 各取水方案中，重件码头港池取水方案台山核 电 的取水温升较高 ，方案不可行 。大襟 岛明渠取水方案 和大襟岛小港池取水方案核电的取水温升不高 ，在台 山核电二期装机容量 、国华 台电规划装机容量条件下 台山核 电的取水温升不超过 1 1 o C，就核 电厂冷却水 安全运行而言 ，大襟岛明渠取水方案和大襟岛小港池 取水方案均 可行 。 取水方案为大襟 岛明渠取水方案或大襟 岛小港池 取水方案时，排水选取 近岸 、远排或隧洞远排方案对 核电厂的取水温升影响较小。 8 推荐方案温排水计算结果 经与设计单位沟通，综合考虑工程造价等其它因 素，选取大襟岛小港池取水、远排方案作为推荐方案， 进行了不同装机容量、潮型条件的温排水计算，典型 工况 的结果见表 1 。 1 8 表 1 推荐方案典型工况的温排水计算结果 注 ： 台 山 电厂 装 机 容 量 为 规 划 装机 容 量 ，潮 型 为夏 季 潮 型 计算 结 果 显 示 ，台 山核 电 厂 装 机 容 量 为 2 x 1 7 5 0 MW，在夏季水文条件下 ，核 电厂取水 温升平均 值不超过 0 4 3 ，核 电厂排水 口处 的 4 温升区包 络 面积为 8 7 k m 。 9 结 语 本文采用平面二维潮流 、温排水数学模型 ，对 台 山核电厂 3种取水工程布置方案和 3种排水T程布置 方案进行了计算 ，得出了各种取 、排水组合方案 的核 电厂取水温升及核电厂排水 口处 的 4 C温升面积 ，并 针对较优 的工程布置方案大襟 岛小港池取水 +远 排方案 ，进行了不 同装机容量 、不同潮型条件的温排 水计算 ，预测 了核 电厂取水温升 和工程海 域温升场 。 计算结果表明，大襟岛小港池取水 +远排方案的核电 厂取水温升不高 ，可满足电厂冷却水安全运行要求。 参考文献 ： 1 陈丕翔基于有限体积法的二维水流水质模拟 D 南 京 ：河海 大学 ，2 0 0 7 2 G B T 5 0 1 0 2 2 0 0 3 T业循环水冷却设计规范 S 3 广东台山电厂海区温排水二维数值模拟T程研究 R 北京：中国水利水电科学研究院，2 0 0 1 4 广东粤中电厂台山厂址冷却水研究及数模试验 R 北 京 ：中国水利水电科学研究院 ，1 9 8 8 5 台山电厂冷却水工程研究成果电厂附近海域 汁算报 告 R 北京：中国水利水电科学研究院，1 9 8 9 6 广东腰古核电厂冬季全潮水文观测分析报告 R 广州： 国家海洋局南海工程勘察中心，2 0 0 6 7 广东腰古核电厂夏季全潮水文观测分析报告 R 广州： 国家海洋局南海T程勘察中心2 0 0 6 ( 本文责任编辑马克俊 )