核电冷源系统海生物防控技术研究

沿海核电厂需要海水冷却技术保证电厂的正常运行，海水冷却技术无论是直流冷却还是循环冷却，其冷却水源都直接影响核电安全。海洋生态受气候变化影响加剧，赤潮、水母旺发等异常现象频次升高，冷源风险生物种类动态变化。传统人工监测效率低，需依托智能巡航无人艇、AI 识别系统扩大监测范围至取水口10 公里水域，实现全天候响应。

一、核电冷源系统

核电冷源系统是核电站的核心组成部分，主要用于提供冷却水源以维持反应堆安全运行温度，确保机组稳定工作。该系统在滨海核电厂通常以海水作为冷源，负责为常规岛的凝汽器、冷却设备以及核岛的设备冷却水系统提供冷却介质，防止设备过热导致停堆或事故。其直接与环境接触的取水回路易受海生物堵塞影响，是核电安全的关键保障环节。

二、核电冷源系统主要功能

核电冷源系统是核电站安全运行的关键保障设施，其主要功能如下：

1.核心功能：反应堆热量导出。堆芯冷却降温，强制循环冷却水带走核裂变产生的巨量热能，将反应堆燃料棒温度稳定在 300^∘C 左右，防止堆芯熔毁事故。余热持续消散，在停堆后第一阶段，持续导出堆芯衰变热，避免残余热量引发系统超温。

2.能量转换介质。热量传递，通过蒸汽发生器将一回路冷却剂热量传递给二回路工质，驱动汽轮机发电（一回路冷却剂吸热后经主管道输送至蒸汽发生器，完成热交换）。

3.系统安全保障。放射性物质屏障，作为封闭循环系统（一回路主系统），承压边界包容放射性物质，防止裂变产物泄漏至环境。运行压力控制，通过稳压器维持15.2–15.5MPa 高压环境，确保冷却剂在高温下保持液态，防止偏离泡核沸腾现象。

4.辅助功能。慢化中子，轻水堆中冷却剂兼作中子慢化剂，将快中子减速为热中子以维持链式反应。反应性调节，含硼冷却剂作为化学毒物载体，通过调整硼浓度辅助控制核反应速率。

三、核电冷源系统海生物防控技术分析

以下是核电冷源系统海生物防控技术的综合分析，结合技术分类、应用现状及发展趋势：

1.监测预警技术。智能监测体系，多源数据融合：集成卫星遥感、声呐阵列、水下摄像头与智能浮标组网，实时追踪生物迁徙轨迹，AI 识别水母、藻类等风险生物的准确率达 85% 以上。风险生物目录：建立动态更新的风险生物数据库（如《核电冷源取水海域风险生物目录》），按物种风险等级（高/中/低）划分预警期，精细化指导防控策略。环境动力模型：结合水温、洋流数据预测生物聚集规律，例如南海毛虾暴发与水温跃层强耦合，实现日/周级预警。预警响应机制，通过数字平台整合监测数据，生成分级响应方案（如低风险加强巡检，高风险启动拦截设备）。

2.物理防控技术。拦截与清理设备，机械拦截网：升级网兜设计，配套自动抽吸装置分离捕获生物，解决传统渔船驳运受天气限制的痛点。水下机器人（ROV）：配备旋转刷、高压水射流及切割工具，可水下作业清除附着生物（如贝类、藻类），避免停机；大亚湾核电站应用后清理效率提升40% 。气泡幕技术：在取水口形成空泡墙驱离生物，减少对非目标物种伤害。生态友好设计，选择性清理特定危害物种（如紫贻贝），降低生态扰动；设备噪音控制优于爆破等传统方法。

3.化学与生物防控。化学防控局限：药剂（如次氯酸钠）易衍生环保处理成本，且长期使用可能引发生物抗性，现多作为辅助手段。新兴技术探索：紫外光消杀、超声波防污（如结合 ROV 应用），需与机械清理协同提升效果。

4.系统性防控策略。多技术协同，单一技术难以保障安全，需结合“监测-拦截-清理”链条（如“溯源-预警-防控”体系）。某核电站针对海地瓜暴发，采用预警 ⋅+ROV+ 拦截网组合方案，降低停堆风险。区域联防联控，建立核电群协同网络，共享设备与数据资源，优化区域应急响应。

四、核电冷源系统海生物防控技术挑战与改进

以下是核电冷源系统海生物防控技术的核心挑战与改进方向，结合最新技术实践综合分析：

1.当前技术挑战。预警时效性不足，生物暴发不确定性：海生物暴发无规律可循（如毛虾、水母突发聚集），传统监测难以提前预判，阳江核电站曾因毛虾群入侵导致机组停堆。监测技术局限：声呐、原位仪在强水流或低能见度环境下识别准确率降低，小型生物（如尖笔帽螺）易漏检。拦截设施效能瓶颈，柔性网具受力失控：台风期间取水明渠拦截网常因波浪冲击变形失效，需频繁修复。网目适配难题：单一网目尺寸无法兼顾水母（需密网）与鱼类（需疏网）拦截，防城港核电站因球形棕囊藻成团堵塞被迫停机。清理技术适应性弱，复杂环境作业受限：水下机器人（ROV）在强洋流或狭窄管道内清理效率骤降，红沿河核电站曾因水母堵塞需人工介入。生物抗性增强：贝类（如紫贻贝）长期附着后难以被高压水射流清除，需反复作业。跨区域协同缺失，核电集群海域缺乏统一生物迁徙数据库，无法共享水母、藻类暴发轨迹信息。

2.技术改进方向。智能监测预警升级，多源数据融合：集成卫星遥感、浮标组网与 AI 算法，南海核电区已实现水母入侵轨迹 85% 准确预警。风险生物动态分级：建立更新式风险目录，按生物量高峰期动态调整防护等级。拦截工程优化，主动导避设计：通过水流调控引导生物远离取水口。原型网具试验：在大型波浪水槽开展1:1 拦截网测试，突破比尺效应瓶颈。

3.清理技术革新。复合清理模式：[机械清除]- ..> [旋转刷 + 切割]-->[物理消杀]-->[超声波 ⋅+ 紫外光]-->[化学防控]-->[靶向药剂缓释]，采用"机器人 + 超声波"组合，年清理效率提升 40% 。数字孪生应用：构建冷源系统三维模型，模拟不同生物堵塞场景下的清理路径。

4.区域联防机制。跨集团数据平台：中广核、国家电投共建南海核电生态联合中心，共享赤潮、洋流实时数据。疏导网具标准化：制定网型切换规范（如毛虾暴发期换用5cm 网目）。

综上所述，核电冷源系统海生物防控技术研究是平衡核安全、生态保护与经济运行的必然选择，需持续融合声光探测、智能装备、大数据预警等技术，构建"溯源-监测-防控"一体化防御体系。

参考文献：

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[4]吴云春．滨海核电站海水冷却系统海生物控制改进[J]．电厂化学，2022