CN104995688A - 用于冷却核能发电厂的取水装置,以及包括该装置的核能发电厂 - Google Patents

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CN104995688A CN201380072892.XA CN201380072892A CN104995688A CN 104995688 A CN104995688 A CN 104995688A CN 201380072892 A CN201380072892 A CN 201380072892A CN 104995688 A CN104995688 A CN 104995688A
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Abstract

本发明涉及一种取水装置，它能够向核能发电厂(1)一个或多个界面(IA)的至少一个基于热交换器的冷却回路供水，并且包括蓄水池(2)和从该蓄水池中抽水的至少一个泵站(10)。装置进一步还包括注水隧道(3)，以便与蓄水池(2)连通以为其提供水，并与潜入水体(5)中的至少两个进水口(51,52)连通。注水隧道(3)的至少部分分段构成一个回路，它具有与蓄水池(2)连通的两个端口(31,32)。本发明也涉及适用于生产这种取水装置的方法,以及核能发电厂包括该装置，并视情况由相同蓄水池供水的多个原子界面。

Description

用于冷却核能发电厂的取水装置,以及包括该装置的核能发电厂
本发明涉及一种取水装置，适用于核能发电厂一个或多个反应堆机组的至少一个以热交换器为基础的冷却回路，它包括有水供入的蓄水池，而且发电厂的至少一个泵站从该蓄水池汲水以在所述冷却回路中循环，并且进一步包括与蓄水池连通的注水隧道以便向其供水且与潜入在诸如海、湖或河等水体中的至少两个进水口连通。
基于热交换器的冷却回路常常被设计用于冷却核能发电厂反应器的二次回路中的汽轮发电机排出的蒸汽，以便冷凝该蒸汽使之恢复到液态的水重新返回到二次回路的蒸汽发生器中。蒸汽发生器从密封的初级回路中吸取热量，通过初级回路与二次回路之间的热交换来冷却反应器。初级和二次回路呈封闭式的液体系统，而基于热交换器的冷却回路是开放的而且与二次回路是完全隔离的，二次回路同样是与初级回路完全隔离的。因此，从热交换器排出的水是没有放射性的且可排出例如返回到供应回路的水体中。
如上所定义的取水装置是熟知的，典型实例是西布鲁克核能发电厂，它建造在南新罕布什尔(美国)的海滨附近并于1990年被委托建造。装置包括独立的且主要分段呈直线的注水隧道，它有几千米长，具有一个位于海床下的端口并且连通着三个均匀分布且彼此间隔小于30米的垂直注水竖井。每个垂直注水竖井的开口都正好在海床上并且包括构成所述水下的进水口的上部，它位于水平面以下大约15米。每个进水口都装有格栅，格栅的尺寸大小刚好防止诸如海豹等大的海洋动物被进入注水隧道而且在其内迷路。
该已知装置没有完全符合单一故障准则，该准则规定安全系统即使某一单一故障影响其某个部件仍能执行其功能。该准则通常要求基本安全功能具有冗余度。该装置即使在三个垂直注水竖井中的一个甚至两个发生故障时仍能满足该准则，例如，如果发生由于船直接下沉到进水口之上而导致竖井的进水口损坏，但它没有提供隧道的冗余度，使得当隧道中发生严重损坏时水仍能正常继续向蓄水池供应。严重损坏也可能时常发生，例如隧道分段发生了公认的不大可能的坍塌情况。
1984年6月17日出版的编号JP60111089A的日本专利申请书同样使我们已知：取水装置包括通过地下注水隧道供水的蓄水池，隧道连通着浅埋在海洋中的进水口，这样进水口在海啸浪之前会露出水面。该专利没有提供进水口和/或注水隧道的双重结构。注意，如果发电厂位于处于重大海啸浪或浪潮危险区域的海岸线附近，蓄水池通常通过穿过用于保护发电厂的堤坝之下的地下注水隧道来供水。
如果发生示例隧道内发生坍塌之后至少部分隧道分段堵塞的情况，为了满足单一故障准则，就有可能需要设计两个平行放置的相同的注水隧道。然而，这种解决方案往往会涉及到高昂的建筑成本。
本发明目的是提供一种满足单一故障准则的取水装置，其建筑成本显著小于上述解决方案的建筑成本。
为此，本发明涉及一种如前文中所定义的取水装置，其特点在于，所述注水隧道的至少部分分段构成一个具有与蓄水池连通的两个端口的回路。
利用这些方案，就有可能满足单一故障准则而无需两个独立的注水隧道。这种结构的显著优势是如果所用的建造技术允许创建有一定曲率的隧道，则注水隧道可以采用隧道掘进机(TBM)沿单通路来挖掘。通过在底土不是很硬的地理区域来选择隧道位置，沿单通路挖掘隧道通常允许TBM能够使用一种单刀盘头。
相比之下，每端都在海洋之下的两个独立注水隧道的挖掘会引起挖掘每个隧道的TBM的取回问题，而且在需要使用至少两个刀盘头来挖掘两个注水隧道的所有情况下，刀盘头不得不被遗弃在海床下的隧道中。申请人已经对两个彼此有一定距离的进水口的相同安排的隧道建筑成本进行了比较研究并且相信，本发明的解决方案基本上给出了更加低的建筑成本，尽管环形隧道的总长度大于两个平行且独立的注水隧道的总长度。此外，对于环形隧道的机器人或潜水员的检查与维修操作估计比两个独立的注水隧道更加快速而且比较便宜。例如，一个机器人可以在一次单一操作中检查环形隧道，因为机器人可以从隧道的一端进入并穿过整个隧道而从另一端出来。
另外，如下所详细描述，如果例如由于隧道中发生坍塌而导致局部堵塞，两个与环形注水隧道连通的进水口足够蓄水池通过两个进水口来维持基本供水。这种结构在安全性上与设置两个独立的且各自都具有进水口的注水隧道相比更为有利，在两个独立隧道中，两个隧道之一的局部堵塞一定意味着通过相应进水口的水池供应会有损失。
依据本发明的取水装置的一个有利实施例，注水隧道包括至少一个曲线曲率半径在50米到300之间的分段。这种设置通常使环形注水隧道能够通过单个TBM沿单通路对其总长度进行挖掘，这样隧道建造成本就小于挖掘两个独立的注水隧道的建造成本。
在根据本发明的取水装置的其它最佳实施例中，使用一个或多个下列方案：
-所述曲线分段构成了一个延伸至少一个半圆的圆弧；
-所述至少一个进水口以一定的深度潜入水体中，使得所述深度处的水温全年保持在21℃以下并且最好在16℃以下；
-装置包括第二注水隧道，连通着至少两个潜入在所述水体中的进水口，所述第二注水隧道构成一个具有与蓄水池连通的两个端口的回路；
-注水隧道的两端中至少一端通过一个在地面上开口的倾斜分段构成的作业隧道延伸，所述作业隧道已经通过适用于挖掘注水隧道的TBM挖掘出来。
-所述至少两个水下进水口位于一个与注水隧道连通的基本垂直的注水竖井的上端而且彼此至少相隔100米。
-蓄水池位于隧道的底部，所述隧道包括连通所述水体的进水分段，而且装置包括至少一个墙，以便将隧道的所述底部与所述进水口隔开，使得蓄水池的水不会与隧道所述进水口的水相混。
-蓄水池可由基本上为水密盖的装置所覆盖，而且在蓄水池与该蓄水池外部环境之间的校准开口创建在所述盖装置中或附近蓄水池，以便在水池由于所述水体中非同寻常的高水位而完全注满时，能使蓄水池有限的水流能从蓄水池流向所述外部环境中。
-由注水隧道所构成的回路的两端可设置在通过单一基本垂直通道与蓄水池连通的同一地下洞室中。
本发明还涉及包括至少一个反应堆机组和根据本发明的取水装置的核能发电厂，所述注水隧道和各个所述进水口有一定尺寸，以便能通过注水隧道两个端的任何一端以及通过仅一个所述进水口向蓄水池的供水就足够满足所述装置的所有泵站在发电厂的所述一个供水反应堆机组或所有反应堆机组正常工作期间的供水。在发电厂由至少两个反应堆机组构成的情况下，所述蓄水池可能有利地适于向多个泵站供水且各个泵站附属于一个反应堆机组。
本发明也涉及包括至少两个反应堆机组和根据本发明的取水装置的核能发电厂，所述取水装置至少包括第二注水隧道，从而构成回路并且具有与蓄水池连通的两个端口。
本发明也涉及建造根据本发明的取水装置的方法，执行通过TBM沿预定轨迹挖掘注水隧道的步骤，其中所述挖掘步骤相继包括以下步骤：
-TBM挖掘从地面开始区域向下倾斜的第一隧道分段，直到第一地下区域到达蓄水池第一区域之下的预定深度，所述第一地下区域构成由隧道形成的回路的第一端口；
-TBM继续挖掘隧道以形成面向水体的第二分段，之后形成第三圆弧分段，随后为面向发电厂的第四分段，所述第四分段到达位于蓄水池第二区域之下预定深度的第二地下区域，所述第二地下区域构成由隧道形成的回路的第二端口；
而且其中挖掘连通着所述第一地下区域与蓄水池的所述第一区域的第一基本垂直通道，而且挖掘连通着所述第二地下区域与蓄水池的所述第二区域的第二基本垂直通道。
所述挖掘步骤可能包括第三步骤，在该第三步骤期间，TBM挖掘第五隧道分段，包括从所述第二地下区域向上倾斜到地面端口区域的分段，TBM通过该地面端口区域从隧道中出来。
本发明的其它特点和优点将通过一些非限定性例示性实施例参考附图的以下描述而更加清晰，附图包括：
图l以图示表示海滨附近的核能发电厂的俯视图，发电厂已改进实施了根据本发明第一实施例的取水装置，在装置中循环的水流代表发电厂的正常运行。
图2以图示表示图l所示核能发电厂的俯视图，在装置中循环的水流代表注水隧道坍塌之后的递降运行，该情况仍然使发电厂能够继续正常运行。
图3以图示表示图1所示取水装置的局部侧视图，以及在设计中需要考虑的不同潮位。
图4以图示表示图3所示取水装置改进的局部侧视图。
图5以图示表示可能暴露于浪潮下的核能发电厂的取水装置的局部侧视图，以及在设计中需要考虑的不同水位。
图6以图示表示图1所示核能发电厂的俯视图，已改进实施了根据本发明另一个实施例的取水装置。
图7以图示表示由相同蓄水池供水的的两个反应堆机组构成的核能发电厂的俯视图，其中还包括根据采用单一注水隧道的本发明的取水装置。
图8以图示表示由相同蓄水池供水的的至少三个反应堆机组构成的核能发电厂的俯视图，其中还包括根据采用两个注水隧道的本发明的取水装置。
图9以图示表示由一个蓄水池供水的核能发电厂的俯视图，其中还包括根据采用注水隧道的本发明的取水装置且构成回路分段的两端远离蓄水池。
图l、图2和图3代表根据本发明第一实施例的相同取水装置，在下文中一起讨论。取水装置安装在海岸边的核能发电厂1的位置，而且改进了现有装置以大大降低蓄水池2中的水的温度，发电厂泵站10从该蓄水池抽水供向发电厂的至少一个基于热交换器的冷却回路。
蓄水池2位于隧道6的底部63，该隧道由连通着大海5的进水口60构成。隧道6受位于隧道和海岸线5B之间的堤坝61的保护而免受海洋危害。在所述改进之前，蓄水池与进水口60连通而因此通过隧道供水。进入泵站10的水因此大体上与海边表面水的温度相同。
改进的装置包括墙62，例如堤墙的形式，将底部63与隧道的进水口60隔开，使得来自蓄水池2的水不会与或实际上不会与隧道进水口的水相混。水通过利用两个竖井与水池连通的地下注水隧道3向蓄水池2供水，每个竖井由向水池底部开口的基本垂直通道7构成，如图3所示。
为了说明的目的，注水隧道3在图1和2中是可见的，但是应该明白的是，该隧道是埋在海床下的，因此从海上是看不见的。隧道3从海岸线延伸一定距离，在海床下通过达到海平面下深度(法语为MSL)，其深度根据蓄水池中不应超过的水的最大温度来确定。不管以热交换器为基础的冷却回路的冷源类型是什么，发电厂二次回路的效率η取决于冷源的温度Tf，即进入热交换器的水的温度，而且定义如下：
η＝(Tc-Tf)/Tc
式中：Tc是热源的温度，即从热交换器中排出的水的温度。效率η因此随冷源的递减温度Tf而增加。
为了提高现存装置的二次回路的效率，或者当设计新的核能发电厂时，热交换器的设计以及对于正常运行的要求和设备的递降运行都要求冷源不能超过的温度。
根据水体的特点和发电厂建设的区域，冷源的最高温度意味着与地下注水隧道连通的进水口必须安置在至少等于预定最小深度的深度处。例如，对于建造在地中海海滨位置处的核能发电厂来说，如果冷却系统具有一定尺寸以便冷源的最高温度设置在20℃，则进水口的最低深度大约在海平面以下35米，位于温跃层。这意味着在海洋最热年时期，通常是在八月和九月期间，我们必须下到大约35米以下，水温才能永远不超过20℃。
核反应堆的冷却系统的特点是运行期间的冷源的最佳温度低于系统运行所限定的最高温度。例如，当最高冷源温度设为20℃时，最佳运行温度可以为大约15℃。根据海洋的温跃层曲线，即每个曲线代表一年的特定时间段(例如一个月)并且显示了给定深度与在该深度下的水温之间的关系，我们可以确定70米深度的水温一定永远不会超过15℃，尽管仍然在温跃层内。在该深度下，水温全年变化非常之小，而且例如在最冷月不会下降到13℃以下。很显然，在该示例中，为了进一步提高效率，不宜从低于70米的深度下取水，因为隧道建设的额外成本与效率的微小提升相比偏大。
通过了解不同深度处注水隧道3的建造成本的估计，同时也通过了解根据冷源温度的装置的效率，以及利用海洋的温跃层曲线，就可以确定我们在取水装置的建筑成本与装置的预期效率之间获取最佳平衡的深度。
就海洋新核能发电厂来说，该建造成本与建造采用传统冷却系统的发电厂的成本相比较。在传统冷却系统中，蓄水池的水由隧道提供。采用根据本发明的冷却系统的新发电厂由于注水隧道的建造，总体而言，通常会更加昂贵些。然而，在热交换器以及尤其是循环泵上、包括相关的土木工程等方面会节省些，这种节省由于冷源的最高温度的下降可能会尺度较小。此外，从更深深度处取水消除了各种污染，例如化学品、植物(藻类)或者浮游物体，从而简化了过滤系统并且减少了它们的建造和维护成本。
因此，采用根据本发明的冷却系统的新发电厂的额外建造成本不一定非常高。另外，在一年几个月中或全年中，取决于地区，发电厂效率的提高有助于产生更高的营业毛利，从而提高了装置的成本效益，特别是在海洋的表面温度常常超过25℃的地区。增加的建造成本因此与发电厂的预期寿命相比可以相对较快地与装置的提高效率相抵消，在长期或更长期内将导致包括建造和运行的总成本降低。
在图l所示的实施例中，注水隧道3位于海床之下海平面下大约40米的深度，而且连通着两个彼此间隔至少100米距离D的进水口51和52。至少100米的距离将两个进水口同时故障的风险最小化。例如，由于其分隔距离，进水口附近船只沉没不太可能同时损坏两个进水口51和52。每个进水口位于海床几米之上以防止沉积被吸入到注水隧道3，并且位于连通着图3所示的注水隧道的基本垂直注水竖井8的上端上。进水口51或52在海平面L0以下的深度H可以通过如上所述方法进行确定，以便在取水装置的建造成本和装置的预期效率之间获取平衡。
注水隧道3构成具有两个端口31和32的回路，各端都连通着蓄水池2，如图2和图3所示。隧道回路的各端31和32垂直位于蓄水池的各自相应区域21或22而且通过基本垂直通道7连通着蓄水池。如图3所示，隧道回路的端口31或32可构成采用垂直通道7的弯管，这有助于在弯管底部存贮可能被吸进隧道中的任何沉积物17。为了避免达到蓄水池之前回路中出现不必要的压头损失，垂直通道7的内径最好小于隧道3的内径。后者，例如，为大约5米。
由注水隧道3构成的回路位于水平面上，从而通过消除管理斜坡上地表的移动和挖掘的需要来方便于TBM沿回路在建造期间的工作。然而，可以想象的是，在回路中具有倾斜部分，例如为了适应特殊的心土地质。朝向垂直注水竖井8的非常微小的倾斜都会根据需要来排空隧道中的水，例如为了发电厂停工期间的异常维修，通过首先关闭进水口51和52，然后将回路的端口31和32中的水抽出，因为这些都构成隧道的最低点。然而，如下所解释，当隧道有损坏时，隧道设计通常不需要排干水就能进行维护。相反，朝向垂直注水竖井8的向下倾斜，例如其倾斜度在10°和20°之间，将减小每个垂直通道7的所需高度，而且将多少缩短回路的总长度。根据。TBM挖掘技术的当前状况，在一个基本水平面上挖掘一个隧道回路似乎是最简单的方案。
注水隧道3具有曲率半径R在50米和300米之间的曲线的分段3C。所述曲线路段3C有利于构成以中心为C和半径为R延伸超过半圆的圆弧，以便鉴于回路端口31和32比较接近或者可能甚至重合来使隧道的总长度最小化(参见图6)。具有至少一个所述曲线分段的隧道可以利用当前TBM挖掘技术来建造，其墙的加强分段采用TBM来挖掘。加强分段各个是耐抗和预制的混凝土砖。为了创建延伸360°的强化模块，即环状的，我们可以使用四个相同的分段和一个格外分段来构成一块楔石，这些分段采用弹性密封剂相互连通。加强模块的长度是大约1到2米，5米的内径。
沿隧道的连续加强模块也采用弹性密封剂来相互连通，而且有角度地成对围绕模块的轴偏移，使得两块连续楔石不成一直线。弹性密封剂的连通的相对灵活性也使两个连续模块的轴之间可以轻微不重合，这样能够建造出至少具有一定曲率的隧道分段。当前用于车辆交通的隧道技术使曲率半径能够达到大约150米而无需折衷考虑由组装分段所提供的隧道墙的机械强度。对于此中描述的注水隧道，有可能曲率半径更小，尤其因为一旦隧道注满水则机械应力会稍微降低。
注水隧道3的挖掘可以由TBM相继进行以下步骤。在第一步中，将TBM放置在远离蓄水池2和远离反应堆机组1A的地平面开始区域35，地平面开始区域相对于蓄水池的距离是TBM必须在水池之下穿过的深度函数。TBM挖掘隧道的第一分段3A，它朝海洋向下倾斜直至在蓄水池第一区域21之下的预定深度处达到所述第一地下区域3A1，如图2和图4所示。所述第一地下区域3Al构成隧道形成的回路的第一端口31。在隧道回路形成的第二步骤中，TBM继续挖掘隧道以形成第二分段3B，基本上面向第一水下进水口51所放置的位置，之后构成第三圆弧部分3C，在第一进水口51的预期位置之下和第二进水口52的预期位置之下穿过，继而是所述第四分段3D，面向发电厂1。所述第四分段3D适用于达到位于蓄水池第二区域22之下的预定深度的第二地下区域3A2。第二地下区域3A2构成由隧道形成的回路的第二端口32，而且基本上位于同所述第一地下区域3A1相同的深度处。
在第三挖掘步骤期间，TBM挖掘隧道第五分段3E，从第二地下区域3A2向上倾斜直至地面端口区域36，TBM可通过该区域退出。注意该第三步骤并非对隧道的创建必不可少。可能这样安排，例如TBM在挖掘了第二地下区域3A2之后放弃了其刀盘头，之后通过隧道倒转回到地平面开始区域35退出。必须进行隧道第一分段3A或第五分段3E的挖掘，这样地势不会被削弱，特别是核设施之下的地势。因此最好是这些隧道分段在远离反应堆机组的敏感系统的区域之下穿过。
为了将蓄水池2连通隧道形成的回路的第一和第二端口31和32，挖掘第一基本垂直通道7，将所述第一地下区域3A1与蓄水池的第一区域21连通，而且类似地，挖掘第二基本垂直通道7，将第二地下区域3A2与蓄水池的第二区域22连通。这些通道7的墙采用混凝土覆盖，或者可能由金属管来界定。注意第一和第二通道7的挖掘可能在隧道挖掘之前、过程中或之后。隧道的第一和第五分段3A和3E中至少一个可能在挖掘之后被重新密封，在图3所示的实施例中通常是这样。也可能拦住第一和第五分段3A和3E中至少一个并且用混凝土覆盖住墙以创建所述作业隧道，为隧道检查和维护提供简易通道，在如图4中所示以及在下面描述中讨论的实施例中通常就是这样。
或者，可能在为基本垂直通道7挖掘竖井之后挖掘注水隧道3，而且TBM的布置可以通过将其连续要素降低到井底部来完成，特别是钻井部分，随后为汽车。因此就没有必要挖掘隧道的第一向下倾斜分段，例如所述分段3A。
在下文中，假定水体5是一片受潮汐影响的海洋。可以理解为所描述的实施例也适于在水平面上没有实质性变化的水体。通道7的每个墙以某个水平面通向蓄水池2，该水平面基本上在最大潮汐常数期间低于最低潮汐的水平面LL，参见图3。实际上，向蓄水池供应来自海洋的水由于大气压力受到水平面平衡的影响。考虑到垂直注水竖井8和隧道中的压头损失，蓄水池中的水平面L2位于在进水口51和52上面测量到的海面以下几厘米甚至几十厘米的高度，所讨论的水平面L1是常涌浪的峰值与海槽之间的平均值。当水平面L1达到最低潮汐的水平面LL时，蓄水池中的水平面L2达到必须处于通道7出入口7E以上的一定高度的水平面L2L，以避免蓄水池由于泵站10泵的正常运行而被逐渐抽空。蓄水池的高度是这样的，即当海洋的海平面L1在最大潮汐常数期间达到最高潮汐的水平面LH时，水不会溢出蓄水池。
有利地，通道7的出入口7E位于蓄水池底部2B以上的既定高度处，使得倘若发生了可能例如在易发生海啸地区的海边会发生的水体5异常下降到水平面LL以下的情况，储备的水仍在蓄水池中可用。这为停止反应堆机组发电并从泵站10中正常运行泵转换到备用泵提供了时间，而无需中断向泵供水。
在核能发电厂1反应堆机组1A的正常运行期间并且利用如图l和图3所示完全运行的注水隧道3，进水口51和52使隧道能够在以一定速度流动的各自水流I1和I2中拉动水，该速度是泵站10流速的函数。如果在正常运行期间，反应堆机组1A在全功率下需要例如大约每秒70m3的水对其进行冷却，则每个水流I1或I2的流速大约为每秒35m3。此外，在已知方式下，泵站包括用于循环从通向距进水口一定距离的水下排出口41的流出隧道4中基于热交换器的冷却回路排出的水的泵。从流出隧道4中排出的水流IR的流速通常等于水流I1和I2两者流速的总和。
在隧道3发生局部损坏的情况下，例如在隧道坍塌的一个区域55，如图2所示，上述隧道墙的加强分段在横向于隧道的方向上被移置。这可能导致隧道内部横截面局部变窄。申请人执行的研究使我们能够假定如果其内径为大约5米的隧道发生最严重的坍塌，隧道损坏区域内的内横截面仍将足够使水的流速达到例如至少每秒5m3，并且大于泵站10的备用泵所需的溢出流速。水流大约每秒4m3的溢出流速通常足够满足其发电已经被停止的反应堆机组泵站的供水需求。
在图2所示的情况下，隧道只有部分分段有坍塌区域55。即使假定隧道的内部横截面在坍塌区域55内大大减少，反应堆机组1A也有可能继续正常运行。在所示示例中，泵站10在正常运行期间的水流速为大约每秒70m3，即每个隧道臂大约每秒35m3。即使假定坍塌区域55仅允许在第二进水口52和第二端32之间的隧道臂中的水流流速约为每秒5m3，从第二进水口52到回路第一端口31的隧道回路分段被损坏而且能够以大约每秒70m3的所需水流速度向蓄水池2供水。
由于两个进水口51和52被损坏，向蓄水池2的供水速率仍然在每个进水口大约平均分配，使得每个水流I1或I2大约为每秒35m3，蓄水池水流速度为每秒70m3。此外，假定两个进水口51和52之一已经被损坏，取水装置的设计使得另一个进水口51或52能够单独提供反应堆机组继续正常运行所需的流速。每个进水口51或52及其相关垂直注水竖井8的尺寸据此作出确定。因此，即使注水隧道3以递降的运行模式运行，反应堆机组1A能够继续正常运行。
取水装置的这种设计也可以应用到发电厂1的结构上，其多个反应堆机组的冷却回路通过相同的蓄水池供水。这种结构的一个例子如图7所示并且在下文中进一步讨论。可以理解为，一般而言，注水隧道3和每个进水口51和52具有一定尺寸，使得通过注水隧道的两个端口31和32中任一个以及只通过一个进水口向蓄水池的供水在发电厂所有反应堆机组正常运行期间足够供应取水装置的所有泵站10。
在隧道中执行某些维护和维修操作而不中断通过隧道供水的反应堆机组的正常运行时有可能争取最大安全性。例如，为了维修隧道坍塌区域55而不关闭机组1A，而且为了恢复与该区域55原状相同的隧道的内部横截面，在隧道建造期间可能在与进水口51和52相关联的垂直注水竖井8附近给一些隧道分段装配闸阀56。这种闸阀56可能是一种沿隧道一边设置在凹处内的铰链门，而且在安全机构失效之后可以通过潜水者或水下机器人从外部隧道进行操作。可以设置与垂直注水竖井8毗连的维护竖井以便进入闸阀。
在图2的示例中，在通过任何适当方式检测到水流实质上在与回路端口32相关联的通道7中已经下降之后，与进水口52垂直注水竖井相邻的闸阀56被关闭。关闭该闸阀56可以消除机器人、潜水员或设备为了检查和维修该分段从所述作业隧道3E进入隧道分段3D的风险，将达到进水口52垂直注水竖井并且通过水流I2相应的水的拉动而移入隧道分段3B。在第一进水口51和第一端口31之间的隧道臂中，一旦注水流的流量翻倍，特别是潜水员可能被拉入到蓄水池的过滤系统12中，参见图3。这种闸阀56不一定是密封的，而且可能是格栅尺寸大小可保持住那些走过坍塌区域55太远的物体或人们。然而，相对密封的闸阀56也能大大限制回路第二进水口52和第二端口32之间的水流量，这有助于在坍塌区域55内进行维修而无需中断水流。
如图4所示，TBM挖掘的第一和第五分段3A和3E已经被保留以便为地面分别进入隧道回路的第一和第二端口31和32提供第一和第二所述作业隧道。在图4中，第五分段3E位于第一分段3A之后而且分段以假想线表示。两个所述作业隧道的尺寸可以相同。这样安排有可能便于在为此目的沿隧道设置的导轨或轨道上移动的至少一个自动水下运载工具16检查隧道墙，检查运载工具装配有例如聚光灯和图像采集装置而且有可能能够与调度站通话。隧道的全部检查可以利用通过第一所述作业隧道3A引入检查运载工具16和通过第二所述作业隧道3B移动运载工具来执行。
该隧道检查操作可以安排在蓄水池2从泵站10的正常运行泵中抽水的过程中完成，但是检查运载工具16必须迎着例如大约每秒35m3的注水流上升到隧道的第一臂，相当于大约5米有效直径隧道约每秒1.8米的流速。因此必须相应调适一辆检查运载工具16的功率和自律性。在可能的情况下，最好在反应堆机组停止发电并且只有与蓄水池相关的泵站10的备用泵抽水的阶段执行隧道的全面检查。水注水流Ils之后被减小到例如大约每个隧道臂每秒2m3，意思是每秒约0.1米的流速，是非常低的。在水流拉力非常低的这些情况下，潜水员可以安全地工作，没有被水流冲走的危险。
所述第一和第二作业隧道3A和3E分别与第一和第二地下区域3A1和3A2连通。在每个地平面开始区域或结束区域35或36，所述作业隧道内的水的水平面L3基本上相当于蓄水池中的水平面L2。有可能设置升高的地面区域35或36，使得高水平面L3不会淹没发电厂。相反，如果位于地面区域35或36的位置，所述作业隧道端口在最大潮汐常数期间低于最高潮汐水平面LH很多的高度是没被淹没的，图4中所示的实施例就是这样，该位置可能在涨潮期间是被淹没的。有可能在所述作业隧道中设置闸阀15，例如铰链门，设置在沿隧道一侧的凹处内而且通过潜水员从例如内部隧道进行操作。闸阀15可以起到制动装置的作用，意味着所述作业隧道内的水平面L3基本上不会超过相关期间最低潮汐的水平面。闸阀15的水密性不需要很好。在潮位很低时，将执行闸阀15的强迫开启以便检查运载工具16或潜水员能够进入通道，避免淹没区域35或36。
如图5所示，根据本发明的取水装置适于位于水体旁边有可能发生水体大幅上涨的核能发电厂。水体大幅上涨的意思是由例如海啸或河流泛滥而引起的浪潮。如图l所示的取水装置仅需要较少的配置就能抵御水体大幅上涨。堤坝61必须足够高以防止估计高度为L1P的最高浪淹没，参见图5。此外，堤坝61必须完全保护发电厂，因此例如通过隧道来通向海洋就不再有问题。
为了避免蓄水池2失控溢出，水池可由基本水密的盖子25的装置来覆盖。可以在盖子25上或附近开些标刻度的开口26，例如在水池的侧墙上、在水池和其外部环境之间。这样，如果水池由于水体大幅上涨而被完全填满，标刻度的开口26使水能够以有限流量Ip从蓄水池流向外部环境，可能水流其被排放到海洋之前通过隧道流向中间排水区。
蓄水池2在盖子25上的水压尤其是垂直进水口51和52之上的海洋的高度Hp的函数，相对于与盖子25的高度对应的参考水平面L25。根据穿过标刻度开口26的水流Ip，蓄水池2将以更大程度或更小程度减压。可能无需开口26，但是水池2、盖子25和过滤系统12的结构可能需要经受额外的压力。大约10米的高度Hp将涉及接近1巴的压力，会施加在盖子25的下面，例如在箭头所指位置，被隧道内的压头损失所抵消。此外，如果水体上升时因为海啸，而且影响发电厂的海啸之后没有地震发生，则有可能不需关闭反应堆机组，因此也不需停止在水体上涨期间泵站10泵的正常运行。
有可能参考图5来设置上述取水装置，这样其参考图4执行关于具有至少一个所述作业隧道用于从地面进入隧道回路的上述实施例。在这种情况下，闸阀例如闸阀15，有可能位于地平面开始区域35，会在水体上涨时通过所述作业隧道防止发电厂被淹没。另外，为了通过向流出隧道例如图1中的隧道4供水的外流竖井防止上涨的水淹没发电厂，泵站的外流竖井有可能各自都设置遮盖装置，与充当盖子25的那个相同并且可能包括用于卸压的标刻度开口。
如图6所示的取水装置和与图1中相一致的装置本质上不同，区别在于隧道回路的第一和第二端口31和32或多或少与位于蓄水池2之下的相同地下洞室3A1相一致。第一和第二端口31和32通过一个将地下洞室3A1连通到蓄水池上的独立基本垂直通道7'与蓄水池连通。在挖掘隧道时，有可能这样设置，以便TBM通过一个出口分段3E撤退到TBM可以被移动的地平面开始区域36，参考图l所描述，或者TBM被重新转送到地下洞室3A1，在此它可以通过开始分段3A撤退到地平面开始区域35。
这种实施例的一个优势在于它只需要一个注水通道7'。然而，当需要在隧道内进行维修时，例如维修如图1所示的隧道55的坍塌区域，有可能需要将泵站的正常运行泵转换为备用泵，以便能够通过所述作业隧道3A或3E进入隧道3的损坏臂中，而没有被吸进注水通道7'的危险。
在图7中，所显示的核能发电厂不同于与图1相一致的发电厂，本质区别在于其包含两个反应堆机组1A和1B，通过相同蓄水池2'供水。可以理解为本发明不限于构成连续容量的蓄水池。“相同蓄水池”也可以理解为一组彼此分开的水池，而且通过例如隧道或与阀适配的管道彼此连通，使得所有水池中的水平面都是相同的或者水池水平面的不同不超过预定高度。在所示实施例中，蓄水池2'向两个泵站10供水，每个泵站都被分配给发电厂的反应堆机组。取水装置与图l所描述的相似。注意核能发电厂通过一片土地9远离水岸5B，例如相当于一片未授权建设的沿海地区。为了简单起见，没有显示用于排放热交换器加热过的水的系统。
视情况而选择，可以设置一个闸阀23将蓄水池2'分隔成两个分段，而且也有可能设置一个如图中水池下用虚线所示的并且连通注水隧道3的第一和第二端31和32的连通隧道。闸阀23可能是一个举升门，配有在水池中心区域上设置的举升装置，而且可能被设计成在两个反应堆机组1A和1B的正常运行期间仍然打开。如果一个机组关闭，例如以便在防止水从水池那分段被注水工作装置的泵站中的同时能够对蓄水池的机组分段的泵站进行维护，则可以决定对其进行关闭。通过这种结构，连通隧道30不是必需的，但是保证了来自蓄水池2'的能动分段即通过隧道第一端口31的供水的额外安全性，而无需再次打开闸阀23。这满足单一故障准则，即使在其它两个机组仍然运行时对关闭的机组进行维护期间。
或者，可能永远将蓄水池2'分成两个分段，例如采用永久墙而非上述闸阀23，以便于蓄水池中的维护活动。在这种实施例中，有必要确保流体连通，例如连通通道30所提供的，以满足向每个泵站供水相关的单一故障准则。如前所述，也可能创建蓄水池2'作为彼此分开的两个独立分段，只要这些分段相互连通使流体能够流通。流体连通可能配备至少一个闸阀，例如通常是关闭而且受控制的，使得在蓄水池的两个分段的任一分段中出现过低水平面时，它都能自动打开。
在图8中，所示的核能发电厂不同于图7所示的发电厂，其本质区别在于它包括至少一个由相同的蓄水池2'来供水的附加反应堆机组1C，而且在于取水装置包括构成回路的第二注水隧道3'。第二隧道3'可能在结构上与第一隧道3相同，而且类似地具有两个端口33和34，每个端口都通过基本垂直通道与蓄水池2'连通。类似于第一隧道3，第二隧道3'与两个进水口53和54相关，而且也包括至少一个维护分段，它从地平面开始区域37或从地面终端区域38开始倾斜。
在所示方案中，第一和第二注水隧道3和3'在深度上交错，例如彼此交错大约10米，至少在区域57内，从上面可见隧道在该区域内的交叉。例如，挖掘第二隧道3'的TBM在交叉区域57内的第一隧道3下面穿过。交叉区域57是在该区域发生任何地震时都会显得相对薄弱的地区，于是两个隧道3和3'都可能被损坏。然而，如果隧道只在该交叉区域57损坏，则水继续通过四个进水口51、52、53和54注入到蓄水池2'中。这种具有两个隧道交叉的区域的结构在安全性上是可以接受的，特别是在地震的低危险区域内。可以理解的是，隧道的路径的其它结构都是有可能的，尤其是在两个隧道设置在相同平面上而无交叉时，这在有地震危险的区域是最好的。例如，有可能设置两个隧道，各自都有与图l相同的形状而且彼此对称。也可以为每个隧道提供这种结构，在该结构中，隧道回路的第一和第二端口31和32也几乎重合，如图6所示实施例或者如下文讨论的图9所示的实施例。
尽管建造成本通常比较高，但是在某些情况下，采用两个注水隧道为蓄水池2'向至少三个反应堆机组供水的结构有可能比采用一个单独的注水隧道3向相同数量的反应堆机组供水的结构更好。实际上，双倍的进水口和隧道臂可以为水池提供更稳定的供水，尤其是在有地质灾害和例如能够引起隧道坍塌的地震灾害的地区会更好。此外，两个注水隧道中的各个隧道的有效直径都比注水隧道所需的有效直径小，注水隧道所需的有效直径相对于现有TBMs的挖掘来说太大了。尤其是，采用四个反应堆机组1D，单个注水隧道所需的有效直径将为大约10米，以使一个隧道臂中的水流速度在另一个隧道臂发生坍塌时能够达到每秒280m3，这是冷却四个同时运行的反应堆机组所需的流速。
在图9中，所示的核能发电厂不同于图6所示的相对应的发电厂，其本质区别在于隧道回路的第一和第二端口31和32加入到蓄水池地下连通区域39内，该区域远离隧道与蓄水池之下的通道7连通处的地下区域有一定距离。这样，隧道回路通过隧道的一个独立臂3B1与通道7连通。在所示结构中，核能发电厂通过至少500米宽的一片土地9与水岸5B相隔，而且隧道臂3B1也延伸至少500米。与一种具有位于蓄水池之下的回路两端口31和32的隧道形状相比，隧道长度大约缩短了隧道臂3B1的长度距离，有可能大大降低隧道建造成本。所示的结构可能最好选在隧道坍塌风险很低的地质稳定区域，尤其是在两个相似隧道为相同蓄水池供水的实施例中最好，因为连个隧道的出现完全满足。

Claims (15)

1.适用于核能发电厂(1)的一个或多个反应堆机组(1A、1B、1C、1D)的至少一个基于热交换器(13)的冷却回路(11)的取水装置，包括：
蓄水池(2、2')，提供水源并且至少一个泵站(10)从该蓄水池抽水，以便在所述冷却回路(11)中循环；以及，
注水隧道(3)，与蓄水池(2、2')连通，以为其供水，连通到至少两个潜入在例如海、湖或河的水体(5)中的进水口(51、52)；
其特点在于，所述注水隧道(3)的至少部分分段构成具有与蓄水池(2)连通的两端口(31、32)的回路。
2.根据权利要求1所述的取水装置，其特征在于，所述注水隧道(3)包括曲线分段(3C)，其曲率半径(R)在50米到300米之间。
3.根据权利要求2所述的取水装置，其特征在于，所述曲线分段(3C)构成圆弧延伸至少半个圆的圆弧。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的取水装置，其特征在于，所述至少一个进水口(51、52)潜入在水体中一定深度处(H0)，使得在所述深度处(H0)的水温全年都保持21℃以下而且最好在16℃以下。
5.根据权利要求1至4任一项所述的取水装置，还包括第二注水隧道(3')，它连通着潜入到所述水体(5)中的至少两个进水口(53、54)，所述第二注水隧道(3')构成了具有与蓄水池(2')连通的两端口(33、34)的回路。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的取水装置，其特征在于，所述注水隧道(3)的两端口(31、32)中至少一端口通过由在地平面开口的倾斜分段构成的所述作业隧道(3A,3E)来延伸，所述作业隧道(3A,3E)已经由用于挖掘注水隧道的隧道掘进机(TBM)来挖掘好。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的取水装置，其特征在于，所述至少两个水下进水口(51、52)位于与注水隧道(3)连通的基本垂直的注水竖井(8)的上端而且彼此至少间隔100米。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的取水装置，其特征在于，所述蓄水池(2)位于隧道(6)的底部(63)，所述隧道包括与所述水体(5)连通的进水口(60)，而且装置包括至少一个墙(62)，用于将所述底部(63)与隧道的所述进水口(60)分隔开，使得蓄水池(2)的水不会与隧道的所述进水口(60)的水相混。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的取水装置，其特征在于，所述蓄水池(2)由基本水密性的盖装置(25)来覆盖，而且在所述水密盖装置(25)上或附近创建在蓄水池与水池的外部环境之间的标刻度开口(26)，以便在水池由于所述水体涨幅过大被完全注满时能够使有限水流(Ip)从蓄水池流到外部环境中。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的取水装置，其特征在于，所述注水隧道(3)形成的回路的两端口(31、32)设置在相同的通过单独基本垂直的通道(7')与蓄水池连通的地下洞室(3A1)内。
11.核能发电厂包括至少一个反应堆机组(1A)和一个根据权利要求1至10任一所述的取水装置，其特征在于，所述注水隧道(3)和每个进水口(51,52)都有一定尺寸，使得通过注水隧道的两个端口(31,32)中任一端口以及仅通过一个进水口(51,52)向蓄水池内供水，在发电厂所有反应堆机组的所述一个反应堆机组正常运行期间足够向供应所述装置的所有泵站(10)供水。
12.根据权利要求11所述的核能发电厂，包括至少两个反应堆机组(1A、1B、1C、1D)，其特征在于，所述蓄水池(2')向多个泵站(10)供水，各个泵站分配给一个反应堆机组。
13.核能发电厂包括至少两个反应堆机组(1A、1B、1C、1D)和根据权利要求1至10任一所述的取水装置，其特征在于，所述取水装置至少包括第二注水隧道(3')，用于构成回路并且具有与蓄水池(2')连通的两个端口(33、34)。
14.根据权利要求1至10任一项所述的取水装置的创建方法，实施采用TBM沿预定路径来挖掘注水隧道(3)的步骤，其特征在于，所述挖掘步骤相继包括以下两个步骤：
-TBM挖掘第一隧道分段(3A)，从地面开始区域(35)向下倾斜直到所述第一地下区域(3A1)到达蓄水池第一区域(21)之下的预定深度，所述第一地下区域(3A1)构成由隧道形成回路的第一端口(31)；
-TBM继续挖掘隧道以形成面向水体的第二分段(3B)，之后形成第三圆弧分段(3C)，随后为面向发电厂的第四分段(3D)，所述第四分段(3D)到达位于蓄水池第二区域(22)之下预定深度的第二地下区(3A2)域，所述第二地下区域(3A2)构成由隧道(3)形成回路的第二端口(32)；
而且，其特征在于，挖掘出将所述第一地下区域(3A1)与蓄水池的第一区域(21)连通的第一基本垂直通道(7)，而且挖掘出将所述第二地下区域(3A2)与蓄水池的第二区域(22)连通的第二基本垂直通道(7)。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述挖掘步骤包括第三步骤，在第三步骤期间，TBM挖掘出隧道的第五分段(3E)，它包括从所述第二地下区域(3A2)向上倾斜至地面终端区域(36)的分段，通过该地面终端区域，TBM从隧道中退出。
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