我國海上小型堆核應急工作探討

蘇建文 孫志剛 劉凱 豐毅

摘要：本文系統(tǒng)梳理了我國海上小型堆核應急工作目前的現(xiàn)狀，存在的主要問題，提出了下一步加強海上核應急工作的有關建議。

關鍵詞：海上小型堆;核應急;探討

海上小型堆是未來核能發(fā)展的重要方向之一，高效地做好海上小型堆核應急工作，是促進海上小型堆發(fā)展的重要舉措，也是確保我國核能事業(yè)安全、穩(wěn)定、有序發(fā)展的關鍵。

一、海上小型堆及核應急情況概述

根據(jù)反應堆功率大小，國際原子能機構(gòu)將電功率在300MW以下的核反應堆機組定義為小型堆。小型堆類型主要有：輕水堆、高溫氣冷堆、液態(tài)金屬反應堆和熔鹽堆。小型堆具有多用途特點，在發(fā)電、制氫、海水淡化、供熱等多個方面可以靈活部署。小型堆由于具有熱功率小、用途廣泛等特點，可以為沿海城市、臨港工業(yè)區(qū)、海島、海上鉆井平臺提供清潔、高效的供電、供氣、供暖、海水淡化解決方案，促進臨港工業(yè)區(qū)能源轉(zhuǎn)型，加快新舊能源轉(zhuǎn)換。小型堆就布置場地而言包含陸上小型堆和海上小型堆。

國際上，海上小型堆有多種，以俄羅斯種類最多，其中采用KLT-40S反應堆的海上浮動核電站“羅蒙諾索夫”號已于2020年投運，其主要為陸上供電和供熱，浮動核電站系泊在岸邊預先修設的防護堤內(nèi)。其余小型堆部分本質(zhì)上屬于先進核能系統(tǒng)（四代堆），包括高溫氣冷堆、快堆、熔鹽堆以及微堆，這些堆除少數(shù)幾種進入詳細設計外，大部分處于概念設計或初步設計階段，到工程建設還有較長時間。另外對于小型堆技術(shù)研發(fā)的國家有美國、日本等，其中NuScale是美國小型堆技術(shù)的典型代表。

我國海上小型堆研究應用較積極，當前有中廣核集團的ACPR50S和中核集團的ACP100S技術(shù)方案等。ACPR50S堆芯額定熱功率200MW，輸出電功率60MW左右，采用緊湊式布置，基于現(xiàn)有成熟商用壓水堆核電站技術(shù)，采用成熟設備進行研發(fā)和制造，堆裝料等涉核活動均在換料調(diào)試基地開展，位于廠址區(qū)域內(nèi)，不移動出海，擬與已建設的大堆共用同一廠址。ACP100S為一體化壓水堆，單堆熱功率310MW，采用國際上小型堆主流設計，結(jié)構(gòu)緊湊、重量集中、重心低、抗傾斜，搖擺能力和抗沖能力強，反應堆相關的主設備均開展過抗沖擊試驗。此外ACP100作為國內(nèi)小型堆示范項目，已在海南昌江核電廠廠址正式建設，該小型堆與大堆放置在同一個廠址，其作為多用途模塊式小型堆示范工程，采用“一體化”反應堆設計技術(shù)和“非能動”安全系統(tǒng)，具備比較完善的嚴重事故預防與緩解措施。

目前國內(nèi)小型堆主要與已有的大堆廠址共用同一廠址，因為小型堆功率設計相對大堆較低，其核應急相關工作相對大堆而言，在行業(yè)內(nèi)均有簡化意向，并與大堆共用一些應急設施，比如大堆的應急指揮中心，可能是小型堆的備用應急指揮中心等。由于堆型技術(shù)不同，大堆與小型堆的核應急準備工作必然存在一定差異，在同一廠址內(nèi)的小型堆和大堆在進行統(tǒng)一應急安排時，若核應急設施存在共享或備用的情況，則會存在有效接口銜接或技術(shù)應用是否相容的實際問題。在海上小型堆核應急具體工作中，現(xiàn)主要參考大堆的經(jīng)驗開展，或者主要參照國內(nèi)的現(xiàn)有技術(shù)文件，但對于海上小型堆核應急工作面對的差異性環(huán)境及技術(shù)要求和核應急設施及組織等問題，當前缺乏相關明確的核應急工作指導意見或技術(shù)文件等。

二、海上小型堆核應急方面存在的主要問題

當前ACP100小型堆機組已在海南昌江開工建設，海上小型堆ACPR50S、ACP100S正按計劃積極推進項目工作，考慮到海上小型堆機組本身位于大陸架近岸的海洋水域，廠址有別于以往陸上大堆或小型堆的特點，因此海上小型堆面臨更多新的問題，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1.海上小型堆核應急法規(guī)標準缺乏

對于陸上小型堆，在核應急工作或安全評審方面主要有如下文件：《陸上小型壓水堆核應急工作指導意見（試行版）》（國核應辦[2017]29號）;《小型堆壓水堆核動力廠安全審評原則（試行版）》（國核安發(fā)[2016]1號）。其中《陸上小型壓水堆核應急工作指導意見》對陸上小型堆的應急準備內(nèi)容優(yōu)化、應急計劃區(qū)劃定、核應急的縱深防御原則等給出了具體指導意見。對于當前國內(nèi)的海上小型堆，其位于海洋水域的環(huán)境，與陸域環(huán)境明顯不同，缺乏海上小型堆核應急工作指導意見。

2.海上小型堆核應急差異性分析不足

由于堆型技術(shù)不同，海上小型堆的設計原則或理念有差異，大堆與小型堆的核應急準備工作也存在一定差異，在同一廠址內(nèi)的小堆和大堆在進行統(tǒng)一應急安排時，若核應急設施存在共享或備用的情況，則必然存在有效接口銜接或技術(shù)應用兼容的實際問題，對此，既需要考慮同一廠址應急設施設備的兼容性，又需要考慮因堆型技術(shù)差異導致的事故差異、應急響應與行動差異，所以要提出匹配海上小型堆技術(shù)特征的技術(shù)報告以充分保障核安全。

3.海上小型堆廠址周圍人口要求缺乏

對于當前國內(nèi)的海上小型堆，其機組本身主要在臨近陸域的海岸水域，相對陸上機組而言，其與陸域居民相對距離較遠，其海上應用場景屬于人口密度較低的作業(yè)區(qū)，比如港口作業(yè)區(qū)等，故從海上小型堆對機組附近人口管控要求出發(fā)，暫未提出需要關注的特別因素，但從應急響應與行動的可行性出發(fā)，對海上小型堆機組周圍人口應提出要求，比如海上小型堆機組附近某距離范圍內(nèi)或者某個方向上，應保持一定人口規(guī)模，運營單位要重點保障周邊公眾海上撤離的可行性和可靠性等。

4.海上小型堆特殊氣象情況研究欠缺

當前國內(nèi)海上小型堆主要位于鄰近陸上大堆廠址的水域，比如ACPR50S項目規(guī)劃建造于大堆廠址附近水域，陸域小型堆ACP100建造于小型陸域海島。對于海上小型堆而言，相較陸域大氣，海域水域大氣流動性更強、湍流更復雜、季節(jié)性變化更突出。此外，在沿海還可能會出現(xiàn)海岸線薰煙大氣現(xiàn)象，對于當前鄰近陸域的海上小型堆，將導致機組附近公眾接受過度的事故后輻照，需要針對特殊氣象條件開展專題研究。

5.海上小型堆應急計劃區(qū)確定方法尚未明確

對于小型堆的應急計劃區(qū)劃分，當前國內(nèi)主要的指導性文件有《陸上小型壓水堆核應急工作指導意見（試行版）》，需要考慮事故工況、應急計劃區(qū)的劑量評價準則、應急計劃區(qū)范圍。具體實踐方面：ACP100小型堆其應急計劃區(qū)邊界設置在距離反應堆機組300m; ACPR50S海上小型堆項目與大堆共用同一廠址，確定應急計劃區(qū)的范圍要考慮與大堆的兼容性。由于對于小型堆應急計劃區(qū)的劃分方法各有差異，尚未像大型壓水堆一樣明確給出統(tǒng)一的應急計劃區(qū)要求。

6.對應急設施設備的簡化要求不明晰

由于小型堆的獨特設計，有更小的堆芯尺寸，更低的功率密度，更低的嚴重事故概率，更慢的事故發(fā)展速度，以及更小的事故場外后果，相應減少應急計劃區(qū)有現(xiàn)實需求。同時，小型堆的應急準備、應急設施等實施優(yōu)化也是國內(nèi)外的共識，且應急計劃區(qū)范圍的縮減直接涉及到小型堆應急準備相應的簡化。小型堆應急準備的簡化及簡化的程度需要監(jiān)管部門認可，也需要運營單位進一步開展相關研究工作。對于海上小型堆的應急設施、設備的簡化以及后備考慮等，當前缺乏明確的指引。

7.對海上小型堆應急組織優(yōu)化論證不夠

因為小型堆設計特點和應用場景，需要面向用戶、貼近用戶，但是對于海上小型堆本身的應用特征，導致產(chǎn)生的特殊應急響應行動需求，需給予關注。海上小型堆的應急組織一般參考大堆的經(jīng)驗，但具體的應急設施與人員安排等，存在簡化或優(yōu)化的需求，尤其要關注統(tǒng)一應急行動情況下，因堆型技術(shù)差異，導致各機組應急行動水平不一致而出現(xiàn)的應急行動水平等級不同的矛盾，為保障全廠統(tǒng)一的應急響應安排，需對小型堆的應急組織和應急響應給予進一步探究論證。

三、海上小型堆核應急研究工作建議

海上小型堆在我國核能領域受到廣泛關注，目前小型堆的應用經(jīng)驗不多，相關技術(shù)也尚未全面成熟。對于布置在海上的小型堆，其本身海洋環(huán)境又與陸地環(huán)境有巨大差異，導致其應急響應需求、應急響應組織等必然存在一定差異性。為體現(xiàn)小型堆技術(shù)先進性，當前國內(nèi)外均提出了對小型堆應急準備與響應簡化議題。為促進海上小型堆工程建設，建議盡快形成統(tǒng)一的核應急工作指導意見、應急計劃區(qū)劃分原則和應急設施與組織的建設與簡化要求等。

1.盡快編制和出臺相關工作指導文件

借鑒國內(nèi)陸上小型堆核應急指導工作意見的內(nèi)容，考慮結(jié)合海上小型堆本身的特殊性，為海上小型堆核應急工作開展給出原則性要求，以有效落實國內(nèi)法規(guī)文件對核應急工作的要求，應組織編制和出臺海上小型堆核應急工作指導文件，主要包括：一是提出應急計劃區(qū)的劃分原則性指導意見，給出嚴重事故源項選取原則、嚴重事故譜的截斷頻率、應急計劃區(qū)劃分劑量準則等;二是提出應急設施的簡化和設計指導性意見，若與大堆共用同一廠址，則考慮核應急設施兼容性和接口的可靠性等;三是提出應急準備工作以及應急組織簡化和優(yōu)化指導意見，既要體現(xiàn)小型堆技術(shù)先進性，也要充分滿足核應急工作基本要求;四是提出海上應急響應行動（服碘、撤離）特殊關注要求等。

2.開展應急設施設計與簡化原則研究

為體現(xiàn)小型堆的技術(shù)先進性或本身技術(shù)特征，小型堆的應急設施需做出簡化，同時為有效保障核安全，小型堆仍需依據(jù)自身應急響應需求，做好相關的應急響應準備與安排。建議開展以下研究：一是確定核應急設施和組織設計總要求，包括海上小型堆嚴重事故、設計基準事故下的可居留性和可用性準則，海上小型堆設計基準外部事件設計要求;二是確定應急設施相關系統(tǒng)設計要求，包括建筑、結(jié)構(gòu)、供水供電、通信以及總圖布置等;三是確定各應急設施功能定位、位置要求和應用條件等;四是確定應急設施的接受準則及評價方法（包括源項、擴散、運行方式、居留時間等）。

3.組織海上小型堆應急計劃區(qū)劃分研究

制定海上小型堆應急計劃區(qū)的劃分方法，確定其合理的區(qū)域范圍，對于我國海上小型堆的發(fā)展有著重要的意義。建議從以下幾個方面開展研究工作：一是調(diào)研其它國家關于陸上小型堆、海上小型堆等小型堆應急計劃區(qū)劃分技術(shù)的法規(guī)標準或相關研究成果;二是參考國內(nèi)針對小型堆已發(fā)布的相關規(guī)范要求，結(jié)合我國核電廠的經(jīng)驗方法，探討適用于海上小型堆的應急計劃區(qū)的劃分技術(shù);三是以具體海上小型堆為研究對象，結(jié)合其設計特點，并利用不同特征的典型廠址條件，驗證完善應急計劃區(qū)的劃分技術(shù)，并研究合適的安全指導準則;四是整理并形成一套完整的海上小型堆應急計劃區(qū)劃分技術(shù)，同時給出一般情況下應急計劃區(qū)域的建議范圍。

4.統(tǒng)籌開展其它專項問題研究

針對海上小型堆特點，有針對性地組織開展以下專題研究：一是開展機組所在區(qū)域大氣現(xiàn)象研究，氣象情況涉及機組事故后果評價，海洋環(huán)境相對陸域環(huán)境更為復雜，惡劣天氣影響更大，要做好其對區(qū)域民眾各項影響研究;二是開展海上小型堆附近公眾撤離研究，要考慮應對惡劣天氣海上撤離的可行性等;三是開展嚴重事故情況下，對機組附近水域的放射性污染影響研究，考慮因機組事故海洋水域生物被污染后，通過食物鏈進入公眾體內(nèi)，危害公眾身體健康情況等;四是因海上小型堆具有可移動性，需關注其冷源的安全性，開展海洋生物對機組冷源危害研究。

總體而言，海上小型堆隨著核能事業(yè)的發(fā)展，將逐步進入工程化建設和應用階段，預先組織相關單位開展海上小型堆核應急法規(guī)標準編制、應急計劃區(qū)劃分等關鍵技術(shù)研究，提出優(yōu)化場內(nèi)外組織及設施建設和優(yōu)化方案等，已是應著手開展的一項重要工作，這也是為核能事業(yè)健康、安全發(fā)展保駕護航的關鍵舉措。