火、核电厂温排水余热量分析及 应用前景展望

基于我国近十年火、核电厂装机容量发展状况,从采用直流供水系统的火、核电厂循环冷却水排水所携带的热量出发,估算分析了我国每年电厂余热的排放量。结果表明,电厂在运行过程中通过温排水向环境水体排放的热量无比巨大,每百万火、核电机组每年排入环境水体的余热可折合标准煤约70一150万t/年,这些余热的直接排放将对受纳水体造成十分严重的热污染,如果能够回收利用,对节能降耗、保护环境意义重大、深远。在此基础上,结合黄浦江沿岸电厂温排水现状的实地调研结果,对进入黄浦江的电厂余热量进行了更深入的估算分析,并进一步探讨了温排水余热利用的可行性与发展前景。     

略谈火电厂温排水高密度养鱼

东宁火电厂位于黑龙江省东部,年排放冷却水3000万吨,平均水温27℃。过去这些温排水直接排入河道,不但浪费了大量的热能和水资源,而且造成了热污染,破坏了正常的生态环境。现在利用温排水高密度养罗非鱼,年产罗非鱼20万公斤,年产值200万元,年利税50万元。即在不增加电厂设备投资的情况下,每年可增产值10％,增利税25％。同时,可使排水温度下降5～10℃,大大减轻了热污染,保护了生态环境的自然平衡。这项成果先后荣获国家星火计划三等奖和牡丹江市科技成果二等奖。下面结合本厂的情况谈谈温排水高密度养鱼的技术要点。     

基于热污染率的湖水源热泵温排水影响评价方法

湖水源热泵因其节能及运行稳定等优点而被广泛应用，但是湖水源热泵温排水的排放可能会引发水体热污染问题。通过建立湖水热平衡模型，分析了湖水源热泵温排水的热影响，并根据中国现有的地表水环境质量标准，以湖水温度变化为切入点，将水体热污染定量化，定义了水体热污染率，提出了湖水源热泵温排水影响的评价方法。将该评价方法在南京工程大学天印湖水源热泵系统中进行应用，测试了湖水源热泵系统及湖水的相关参数，得出了最热周和最冷周湖水在竖直方向和水平方向的温度梯度，计算出水体最热周最大和平均水体热污染率分别为0.69和0.48;最冷周最大和平均水体热污染率分别为0.42和0.38,与冬季相比，夏季更容易造成水体热污染。实践表明，该方法可以定量评价湖水源热泵温排水影响，可为类似湖水源热泵的设计应用提供参考。     

对大水域电厂群温排水环境热影响研究的认识

对大水域电厂群温排水热影响课题研究的方向及路线提出了看法,即在热影响的预测和评估研究方面必须正视大水域电厂群温排水的特点,突破以往着眼于单一电厂的评估模式,提高数值模拟和物理模拟的精度,强化数值模拟和物理模拟之间的协同和互补作用;研发新的水质预报模型和大水域环境热容量的评估模式,建立大水域火、核电厂水环境管理信息系统。提出温排水余热的高效利用研究和水域水质温度标准的修订是水域环境热容量修复研究的主要内容。     

基于数值模拟和原型观测联合的电厂温排水影响评价

原型观测的温度场分离出自然非均匀背景场一直是温排水影响后评价的重点和难点。本文采用多重嵌套网格技术,建立了水文和气象场耦合作用下的热输运数学模型,实现了海域水温动态演变过程的跨尺度模拟;结合潮汐、潮流、海面遥感温度场观测数据,提出了非均匀海域背景场条件下电厂温排水影响范围的计算方法,并应用于某滨海电厂的温排水影响后评估。研究结果表明：本模拟评价方法较好反映了复杂海洋与气象动力双重驱动下海域背景温度分布特征(高温团)与温排水的输移扩散过程;案例厂址海域背景温度场的时空变异与温排水1℃温升影响相当,1℃温升影响评价需充分考虑非均匀背景温度的影响。本文提出的模拟与评价方法可为复杂环境条件下火核电厂温排水的生态环境影响评价提供支撑。     

电厂温排水对港口结冰环境效应的试验研究

火电厂冷却水量很大,而实际热效率却很低。在燃料总热量中50％以上的余热随温排水注入受纳水域,造成热污染。如何利用这部分度热,已成为日益关注的重要课题。本项研究旨在将电厂温排水注入毗邻的港池,使该港池变成不冻港。这在国内外尚无先例,属首次尝试。为在非负气温的试验室条件下能模拟和预报冰冻问题,提出了能反映冰冻问题的冷却水运动模型相似准则,并在试验室内得到实施,开辟了水力物理模型试验的新途径。本研究既解决了电厂废热利用问题,又解决了试验技术的理论和实际问题。所提的各项技术措施均被工程设计单位采纳,经济和社会效益巨大。     

寒区工业取水口防冰工程新方法的研究

寒冷地区火、核电厂的取水口或取水流道在严冬季节易受到冰块或水内屑冰堵塞，电厂将因取不上水或取水量不够而被迫停产或减负荷运行。本文探讨利用电厂自身排出的含水量废热的温排水缓解取水口及取水流道上的冰情，给出了温排水的融冰能力估算方法，并以我国丹东电厂温排水缓冰工程为例进行了试验研究，所得结论可用于寒带地区的火、核电厂及其他工业用水的取水口工程的防冰、缓冰设计。     

关于火、核电厂循环冷却水的余热利用问题

火、核电厂循环冷却水的冷却过程中向其排放的环境释放出极其巨大的余热能量。如此巨量的废热排放必将造成燃煤能量的大量浪费,也使生态环境遭受热污染。必须重视电厂循环水余热的回收与利用,这是关系到节能、保护生态环境和资源综合利用,转害为利、化废为宝的大好事情。     

基于FVCOM模式的温排水三维数值模拟研究

为反映河口海湾温排水所具有三维结构特征,在基于三维非结构有限体积海岸和海洋模型(FVCOM 2004版)建立的三维潮流数值模型基础上,采用类似的有限体积法开发了一个三维温排水对流扩散模型用于模拟近岸海域温排水的扩散输运过程,并应用该模型对象山港内某滨海电厂的温排水进行了计算,模拟得到了温排水对流扩散过程的三维分布特征,即电厂冷却水温排放后,温差所产生的浮力效应使温排水趋于海水上层输移,海水上层温升与深层温升存在明显的垂向差异.     

湖水源热泵温(冷)排水三维温度场数值模拟

结合南京某湖水源热泵工程项目,利用三维数学模型对系统运行时温(冷)排水温度场进行数值模拟,预测温(冷)排水扩散范围及温升(降)程度。结果表明:该项目造成的湖泊温升(降)满足地表水环境质量标准要求;温、冷排水受密度影响,从湖泊表层排放后扩散情况不同,温排水对湖泊表层水温影响较大,排放口附近区域水温层趋水平方向分布,而冷排水对湖泊底层水温影响较大,排放口附近区域水温层趋垂直方向分布;相同排放流量、排水方式情况下,冷排水对湖泊水温的影响更大。     

海域围填对某核电厂温排水输运影响研究

基于数学模型与物理模型的特点及其适用性,采用取排水局部水域物理模型与大范围海域二维数学模型相结合的方法,对某核电工程排水口附近区域有无围填区温排水的水力、热力特性变化规律进行了对比研究工作。研究结果表明:海域围填不会改变工程海域流场的总体特征,但会对核电厂排水附近的局部流场特性产生明显影响,与此相应的温排水输运轨迹、温度场分布特性等也会随之改变,进而可能对温排水环境影响以及电厂取水温升等产生负面影响。因此,对于电厂取排水工程附近海域围填问题需慎重处理,应通过模拟研究工作对围填方案影响加以研究论证。     

From a continuous thermal profile to a stepped one: The effect of run of river hydropower plants on the river thermal regime

Both reservoirs and run of river power plants affect the thermal regime of rivers but despite the higher number of the latter few studies have focused on their effect. In this study, we investigated the water thermal regime of Serio River (Northern Italy), a subalpine river regulated by a reservoir and characterized by a cascade system of run of river power plants. Water temperature has been monitored continuously for more than 4 years at the extremes of 4 stretches subjected to water diversion and thermal alterations have been quantified. Our results show that hydroelectric power plants act locally causing a considerable thermal alteration that increases with the distance from the diversion weir. Indeed, within the by-passed stretch, the rate of warming doubles the natural gradient (0.47°C/km vs. 0.19°C/km annually) with peaks in summer (0.73–0.90°C/km on average). By contrast, the run of river power plants keep the water temperature almost constant in the diversion channels. Thus, a cascade system of run of river plants shifts the overall riverine thermal regime from a continuous to a “stepped” longitudinal profile. Results highlight that the thermal effects of run of rivers plants are not negligible and should be considered and monitored continuously. Since there are thousands of hydropower plants powered by flowing waters it is time to consider their thermal impacts in environmental flow policies and bioassessment programs.     

核电厂分散式排水口邻近区温升分布试验研究

由于核电厂温排水产生的热污染问题日益突出,环境影响评价不再仅局限于沿水深平均的二维平面温升分布及取水温升,同时要求垂线温升分布符合标准。通过建立温排水正态物理模型试验,研究了某核电厂分散式排水口近区三维温升分布特征,在不同潮位、流速、水深作用条件下,观测了排水口附近表面及垂线温升变化规律。试验结果表明:多点蘑菇头式排水口布置型式在水深条件为15.5 m时能够更好地满足环境影响评价及最小水深要求。计算结果可为核电厂取排水工程设计、海域使用论证提供科学依据。     

滨海火、核电厂温排放数值模拟研究进展

回顾近年来国内外滨海火、核电厂温排放数值模拟研究的进展,着重讨论现有温排放数值计算模型的发展以及存在的问题,主要包括温排放系统模式的选取和模型边界控制等。认为三维数值模型在一定程度上代表温排放数值模拟的发展方向,并应考虑斜压效应,且将水动力场与物质扩散场耦合求解。     

冷却水运动物理模拟的理论与实践

本文是我国半个多世纪来火/核电厂冷却水运动模型试验研究的一个简要历史回顾。在整体分析水力热力模拟难点和解决途径的基础上，对此领域中常遇见的比较复杂的物理模拟问题所做的一些理论探索、工程模型实践和原体检验作了概括性阐述，包括分别含有风吹、冰冻、波浪、喷气防沙等环境效应得冷却水运动模拟。介绍重点放在实现这种复杂模拟的指导思想和具体措施上，伴以工程实际应用实例说明。     

电厂余氯排放对水域环境影响评价方法研究

为了探讨火(核)电厂冷却系统余氯排放对受纳水域环境影响的范围和程度，本文在以往电厂环境影响研究和评价工作实践的基础上，总结前人的研究成果，针对工程建设的不同阶段和电厂采用的不同加氯方式，提出具体的获得余氯影响范围和程度的方法。对已生产运行的电厂，采用现场直接采样观测方法；对于采用间歇加氯工艺的电厂，采用现场快捷比色实验方法；对已建和拟建电厂，均可采用一级动力学反应数学模型计算方法；对于拟建电厂在资料不充分的情况下，采用二维对流扩散数学模型预测方法。并对这些方法的适用范围进行了分析，列举了相应的应用实例。为研究电厂排放余氯对水环境的影响和这类建设项目环境影响评价及后评估提供了可供选择的工具。     

火/核电厂冷却水研究回顾与展望

本文全面回顾了中国水利水电科学研究院60年来持续开展火、核电厂冷却水研究的发展历程,分阶段总结了冷却水专业的创新思路和重要成果。结合行业需求变化,从以下四个方面重点阐述了近十年的创新性成果及实践经验,主要包括:(1)冷却水相似理论完善及精细化模拟技术;(2)环境友好型取排水工程;(3)新型测控技术在冷却水研究中的应用;(4)专业拓展及交叉学科发展。文章结合当前我国火、核电发展趋势以及日趋严格的水生态环境保护要求,展望了本领域未来的发展方向及其应对策略。     

温排水对湖泊、水库富营养化影响的数值模拟

本文针对大型火、核电厂温排水对湖泊、水库富营养化影响预测的迫切需要，建立了一套以改型分步杂交法为计算手段，对二维守恒型浅水环流方程及能量方程求解，在正确模拟流场及温度场的基础之上，继续求解单步一级生态动力学模型，并用单因素分析法考虑水温对藻类生长过程影响的计算模式．并结合一大型火电厂的建设，对该模式进行了验证和实际工作应用．