积极安全有序发展核电是我国早日达成碳达峰、碳中和目标^[1]，实现社会经济与生态环境协调发展的重要途径^[2]，也是我国“十四五”时期进一步优化能源产业结构的关键内容^[3]，核安全是保障核电健康可持续发展的生命线^[4]，加强冷源安全保障能力对于进一步提升核电厂运行安全水平具有重要意义。

近年来，我国滨海核电厂周边海域多次出现海藻、水母与毛虾等海生物大规模爆发性生长繁殖情况，并在冷源取水口附近聚集引发流道堵塞。由于在核电厂设计过程中，对该类风险的估计不足，多数核电厂冷源系统未针对海生物堵塞风险建立有效的预警与应急响应机制，导致海生物堵塞引发核电机组停机甚至停堆事件的发生^[5]。本研究根据我国滨海核电厂冷源安全研究成果，结合我国核安全监管要求^[6-7]与国内外相关工程实践经验，对冷源取水口海生物堵塞事件的原因与对策进行分析，进一步提高核电厂运行安全性与经济性。

一、堵塞事件及其原因分析

1. 海生物堵塞事件：随着全球海洋生态环境的不断变化，近海海域富营养化程度持续加剧，海生物的大规模生长繁殖与聚集导致滨海核电厂冷源取水口堵塞事件频发。自2000年至今，全球核电机组因海生物堵塞引发的冷源安全事件达百余起。另据美国核电运行研究所(INPO)数据统计，2004—2008年期间，美国共发生44起冷源取水口堵塞事件，其中多数事件的堵塞原因与海生物有关^[8]。我国部分滨海核电厂在调试与运行期间也发生多起冷源取水口海生物堵塞事件，严重影响核电厂的运行安全性，并造成一定经济损失。针对该类事件，国内外滨海核电厂既有因处置能力不足导致的失败教训，也有通过优化冷源系统设计以及加强预警与应急响应能力，对冷源安全实施有效保障的成功经验。

2014年7月，我国某滨海核电厂处于反应堆功率运行模式，由于大量水母涌入冷源取水口，使机组鼓网压差快速上涨并达到高风险信号，触发两列循环水泵跳闸，导致汽轮机停机保护动作，引发冷凝器真空快速下降并触发冷凝器故障信号，叠加反应堆功率过高信号，最终导致机组停堆。

2014年12月，我国某滨海核电厂热调试期间，周边海域球形棕囊藻大规模生长聚集，重要厂用水系统运行过程中频繁闪发泵出口压力高报警且泵出口压力缓慢上升，海水过滤系统随后出现故障，导致冷却取水流量降低，严重影响冷源系统正常运行。后经调查发现，冷源取水口堵塞物为球形棕囊藻。

2017年7月，以色列Orotrabin滨海核电厂周边海域遭遇大量水母生长繁殖，聚集堵塞冷源系统取水流道，由于缺乏有效的预警与处置措施，取水口过滤网堵塞情况不断加剧，导致冷却取水流量减少，冷却功能下降严重，最终迫使核电厂紧急关闭，造成经济损失。

2021年3月，我国南海海域某滨海核电厂，鉴于每年春夏季多次发生毛虾种群大规模生长繁殖情况，为防范冷源取水口海生物堵塞风险，核电厂通过优化冷源取水口结构设计，加强周边海域的海生物打捞与清理作业，建立风险海生物预警与冷源安全应急响应机制，在该年度毛虾生长季节有效保障了核电厂运行安全，并为防范海生物堵塞风险提供了借鉴。

表 1列举了部分国内外滨海核电厂冷源取水口堵塞事件的发生时间、核电厂名称、简要信息与堵塞物类别的具体情况，资料来源于冷源安全相关调查结果。

2. 堵塞事件原因分析：冷源系统是核电厂电力生产流程的重要组成部分，其功能为向循环水与重要厂用水等系统提供冷却水，通过热交换方式带走汽轮发电机厂房及核岛厂房系统设备运行过程中产生的热量，换热后的冷却水由虹吸井排入最终热阱。我国现阶段运行与在建滨海核电厂冷源系统均采用直流冷却水设计，选取厂址周边海域作为自然水源与最终热阱，即由冷源取水口直接引入海水，经过滤并完成冷却功能后排回周边海域^[8]。冷源取水口堵塞导致核电机组停机甚至停堆事件发生的主要原理是由于冷源系统取水流道受堵塞影响，冷却水进水流量减小，导致冷源系统对核电厂功率运行期间相关系统设备的冷却功能无法满足正常需要，当冷却水进水流量过低引发机组鼓网压差升高并超过警戒值时，易触发机组停堆保护信号，对核电厂运行安全性造成不利影响。

分析近年来已发生的堵塞事件的具体情况，国内外滨海核电厂冷源取水口堵塞物类别主要包括海生物(藻类、水母、毛虾及其他种类海生物)、砂石(砂土、淤泥及碎石)、冰块以及原油等异物，其中堵塞物类别中以海生物为主，且由于核电厂周边海域海洋环境的不同，造成冷源取水口堵塞的海生物也具有不同的种群特征，需要有针对性地开展具体研究。根据世界核电运营者协会(WANO)对于2004—2015年全球滨海核电厂发生的冷源取水口堵塞事件的调查与分析，超过80%以上的堵塞事件对核电厂的正常运行产生不利影响^[9]，其中主要堵塞物类别及其比例分别为：海生物(84%)、冰块(9%)、砂石(5%)、原油(2%)，可见海生物是造成冷源取水口堵塞事件的首要原因，开展相关研究具有重要意义。

3. 风险海生物特征分析：除周边海洋生态环境与气象条件等自然因素外，核电厂设计、建造阶段对工程海域调查不充分导致针对风险海生物的预警能力不足也是造成冷源安全保障能力薄弱的重要原因。开展滨海核电厂周边海域风险海生物调查工作涉及的海生物种类繁多，为建立海生物堵塞风险预警机制，有必要对周边海域存在的造成潜在堵塞风险的海生物进行筛选，重点分析相关风险海生物的生长繁殖与聚集特征^[10]。

分析近年来发生的冷源取水口海生物堵塞事件，得出风险海生物普遍具有以下几个特点：一是堵塞风险具有季节性，根据核电厂周边海域的海洋环境特点，在每年相同季节，同种海生物堵塞风险发生概率较高，例如我国南海海域，春夏季节属于毛虾种群的生长繁殖期，易对冷源取水口造成堵塞风险，需要加强预警；二是风险海生物具有不同海域特点，其中北方海域以水母为主，南方海域以毛虾、海藻为主^[11]；三是对于纬度较高的海域，主要考虑夏季海水温度上升引发的风险海生物生长繁殖情况，对于纬度较低的海域，还要考虑极端气象条件对风险海生物聚集的影响，台风、风暴潮等极端气象条件容易引发风险海生物涌入冷源取水口造成堵塞^[12]。根据相关调查结果，我国滨海核电厂周边海域主要风险海生物物种和特征见表 2。

二、存在问题与对策

1. 开展风险海生物调查与预警工作：加强滨海核电厂冷源系统对海生物堵塞风险的保障能力，首先需要深入开展周边海域风险海生物的调查研究工作，根据核电厂所处不同海域的海洋环境特点以及风险海生物的种群特征，构建科学高效的监测预警机制。现阶段我国核电厂厂址选择与设计安全相关核安全法规未对核电厂厂址海域海生物调查提出具体要求，其中厂址选择准则主要针对地震、海啸等外部事件的安全要求；核电厂设计安全主要关注核电厂相关系统设备的可靠性，针对风险海生物调查与预警缺少核安全法规标准的相关技术要求。

在核电厂设计、建造的前期阶段，应当对周边海域的海洋生态环境进行充分研究，分析可能造成冷源取水口堵塞的海生物种类与季节性变化规律，并根据海洋生态环境变化情况与相关历史数据开展风险海生物调查工作^[9]。核电厂可联合地方海洋部门，开展厂址周边海域海生物种群调查，调查内容主要包括风险海生物种类(如海藻、水母、毛虾等)、季节性生长规律(如生长周期、生长条件、海洋环境变化对种群影响等)、极端气象条件影响(如台风、风暴潮等)。建立包括风险海生物种群、生长周期、气象影响以及活动规律的数据分析模型，编制海生物堵塞风险防控月历，为有效防范该类风险提供科学依据，例如在我国南海地区海生物堵塞风险防控月历中，根据风险等级与发生时间对不同风险海生物(主要包括棕囊藻、毛虾、海鳟与水母等)进行具体分类，有效指导了冷源安全的相关保障工作^[13]。

风险海生物的生长繁殖需要特定的海洋环境与时间积累，可通过先进的技术手段对影响风险海生物生长繁殖的重要海洋水质数据(包括pH值、水温、盐度、总磷、总氮和溶解氧含量等)持续监测，依据海洋水质监测数据变化判断对风险海生物生长繁殖的影响，重点关注风险海生物生长繁殖的变化情况，在生长季节与极端气象条件下实施有效预警^[14]。针对风险海生物的预警机制要保证预警范围足以覆盖到影响冷源安全的全海域，对于生长繁殖季节性变化较大的风险海生物，应当在高风险季节加强关注。另外，核电厂可联合地方气象部门，对核电厂周边海域可能发生的极端气象实施预警，考虑在极端气象条件下对冷源取水口海生物堵塞风险的防范^[15]。

2. 规范建立海生物拦截过滤系统：建立多层级海生物拦截过滤系统是降低海生物堵塞风险的重要措施，海生物拦截过滤系统遵循纵深防御设计理念，对海生物拦截过滤设备进行梯级配置，在冷源取水流道的不同阶段有针对性地发挥作用。国内多数滨海核电厂配置的海生物拦截过滤系统相关设备主要包括：冷源取水口外设置的多层拦截网(平面型拦截网、网兜型拦截网)、取水构筑物以及联合泵房海水过滤系统相关设施(如粗格栅、细格栅、滤网、海生物捕集器、二次过滤网等^[16])，以及水下声呐等监控设备。工程实践表明，海生物拦截过滤系统的配置有效减少了海藻、水母、毛虾等风险海生物进入冷源取水口及相关系统设备的数量，提高了冷源系统的功能可靠性，并通过增加拦污设施，改进设备性能以及配置冲洗装置等手段保障了对海生物的拦截过滤效果^[17]。

目前，我国多数滨海核电厂已通过配备拦截过滤系统对海生物堵塞事件进行科学预防。然而，由于现行核安全法规标准在冷源安全方面未对海生物拦截过滤系统提出具体技术要求与评价准则，核安全监督管理部门难以对相应工程设计实现规范化管理，导致不同核电厂采用的拦截与探测设备存在差异，且部分核电厂采用的拦截网种类单一，对不同种类的海生物难以充分发挥阻拦作用，容易造成海生物堆积堵塞^[9]。

因此，核电厂可开展相关技术交流与合作，并结合不同海域的风险海生物特征，形成具有较强适应性与操作性的通用技术标准，并通过核安全法规标准的形式予以体现以发挥对冷源安全保障的指导作用。另外，通过合理配置不同形式的拦截网，可以有效提升拦截过滤系统对于不同种类海生物的阻拦作用。现阶段普遍采用的拦截网种类主要包括平面型拦截网与网兜型拦截网，平面型拦截网通过平面网格组件对体积较大的海生物实施拦截，具有结构简单、易于操作的特点，应用广泛；网兜型拦截网主要针对个体较小、群体数量庞大的海生物，海生物进入网兜后在水流作用下被疏导进网体尾部，由于网兜可便捷更换，降低维护难度，提高了拦截网的可靠性与拦截能力^[18]。

3. 优化冷源结构设计与管理制度：国内相关工程实践经验表明，良好的冷源取水口结构可以减小海浪对取水明渠和拦污设施的冲击作用，有效缓解极端气象条件下风险海生物的聚集。我国滨海核电厂冷源取水口普遍采用直堤结构设计，取水明渠直接与工程海域相连，受海流、波浪等因素影响显著，当风险海生物大规模生长繁殖期间，容易造成风险海生物涌入冷源取水口的情况^[19]。因此，部分核电厂对冷源取水口结构进行了优化：一是采用深层涵洞取水方式，将取水口设置于海床底层，减小浮游海生物涌入取水口的可能性；二是改进围堤结构，在取水明渠外层设置弧形围堤，避免台风等极端气象条件下冷源取水口出现海生物聚集。

海生物堵塞事件对核电厂安全性与经济性造成严重影响的主要原因除自然环境变化与工程设计缺陷等客观条件外，冷源系统日常维护欠缺、堵塞风险预警意识淡薄以及应急响应能力不足等问题也应得到必要的重视。为进一步强化核电厂内部管理，需要构建完善的冷源安全管理机制，提升核电厂应对冷源取水口海生物堵塞事件的预警与应急响应能力^[20]，可从以下几个方面开展工作：一是制定冷源海生物拦截过滤系统的日常巡视与定期维护制度，确保相关系统设备的有效运行；二是建立机组鼓网压差持续跟踪机制，当压差过高触发报警信号时，及时组织开展周边海域打捞清理工作；三是编制针对冷源取水口海生物堵塞事件的专项应急预案，定期组织演习并总结经验，提高冷源安全管理的工作效率和应急响应能力。另外，针对台风、风暴潮等极端气象条件，核电机组可提前主动做好降功率准备，避免冷源取水口堵塞后，由于冷却水流量不足导致冷却功能降低，减小非计划停堆对核电厂安全性造成的不利影响。

三、结语

随着全球海洋生态环境的不断变化，以及核安全与环境保护要求的不断提高，为保障滨海核电厂运行安全性与经济性，设计理念与管理制度也需要不断完善以适应复杂多样的新形势。冷源取水口海生物堵塞风险作为核电厂冷源安全研究的重点问题，有必要得到充分的重视，通过开展风险海生物调查与预警、构建海生物拦截过滤系统、优化结构设计以及建立良好的冷源安全管理机制等对策，可以有效预防海生物堵塞事件的发生，缓解其对核电机组造成的不利影响，保障核电厂的长期安全稳定运行。

利益冲突  无

作者贡献声明  王逊负责撰写论文；史强指导论文修改；王晓峰指导论文撰写；肖鹏军、程天珩协助论文修改