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台電核能月刊
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李瑞敏

第二核能發電廠

壹、前言

國聖灣位於台灣東北角,C形海灣的東邊是野柳岬,西邊是水尾港、燭台嶼。海灣寬4公里,縱1.5公里,平行海岸700公尺處深 14公尺,1.5公里處深 28公尺。

核二廠海水泵室在靠近野柳岬,淺礁遍佈的東邊海岸,抽取海水作為冷凝器的循環水,將汽機做完功所排出的蒸汽凝結為水,.再泵回反應爐循環利用。

發電機只能將約 35%的熱能轉換為電能,其餘的熱能被循環水帶走。吸收熱量後的溫排水,溫度升高 10至 12 ℃,排放口流速 4.5公尺/每秒,流量 85立方公尺/每秒,每天 7,344,000立方公尺,排放到距離進水口約 1.6公里處的國聖灣海域裡。

溫排水藉由海水混合、稀釋、擴散降溫,沿岸海流主要是由潮汐所帶動的潮流組成。台灣東北角潮汐是全日潮和半日潮所組成的混合潮,其中半日潮是帶動潮流重要的因素[1],而國聖灣為內凹型的海域,因此溫排水隨著潮流擺動,滯留在出水口及進水口附近[2]。

統計、分析潮汐、氣溫、風向、風速及電廠運轉時的數據:循環水進口溫度、冷凝器背壓、溫排水溫度等資料,試圖釐清國聖灣海域裡可能對循環水溫度影響的因素。

貳、資料來源

一、ERF (Emergency Response Facilities 緊急應變設施)為擷取核能電廠設備運轉時的信號,提供即時監視及歷史趨勢分析。
蒐集2011/1~8月,循環水、溫排水、發電量、蒸汽流量、冷凝器背壓、冷凝器真空、軸封真空、冷卻水、冷凝器出口、海水冷凝器出口等每十分鐘一筆運轉參數,及氣象塔10公尺處的風速、風向、氣溫每小時一筆數據。

Point ID

Point Name

Units

BPCC722T

AVE.TEMP.OF WATER INLET TEMP.

DEG_C

DAA26

CIRCLT WTR OUTLET TO OCEAN TEMP

DEG_C

MAA96

MAIN GENERATOR GROSS POWER

MW  

AEA85

TOTAL REACTOR STEAM FLOW

KT/HR

ADA71

A CONDSR SHELL PRESSURE

MMHG_A

ADA72

B CONDSR SHELL PRESSURE

MMHG_A

ADA80

CONDSR (A) VACUUM

MMHG_A

CAA04

GLAND STEAM CNDSR SHELL VACUUM

CMH2O

KSDA0724

AVE OF 16 COND WATERBOX CW EXIT

DEG_C

ADA59

CONDSR A OUTLET HDR TEMP

DEG_C

RDA17

J-LO WIND SPEED (WSJL0,NARR RNG)

M/SEC

RDA18

J-LO WIND DIREC (WDJL0,NARR RNG)

DEGREE

RDA21

J-LO TEMP (TPJL)

DEG_C

 

二、潮汐資料採用中央氣象局潮位站,蒐集台灣各地潮位站量測,經品管處理後,選取連續1至2年資料且觀測基準面於該時段未曾變動的水位資料,使用調和分析法,佐以流體力學方程式構成的數值模式,推算潮汐的變化情形及過去預報誤差之校驗經驗修正而得出之2011年基隆潮汐表[3]。


台灣北部基隆沿岸的潮汐,漲潮的時候潮波從太平洋向台灣東岸推進,潮位從福隆開始上升,依序傳遞到龍洞鼻頭角,基隆,國聖灣,石門麟山鼻,以逆時針方向繞過台灣的東北部。退潮時,由台灣東部的海岸先退,福隆潮位先下降,再來是龍洞鼻頭角,基隆,國聖灣,石門麟山鼻。

       基隆的潮時比石門麟山鼻約早90分鐘,基隆到麟山鼻的圓弧距離35公里,距離國聖灣10公里,推估國聖灣的潮時比基隆約晚20分鐘。

 

       潮汐表內容記錄潮時及潮高(Forecast Times and Heights of High and Low Waters at Keelung)。以三次軟楔內插值法(Cubic spline interpolation) 轉成配合運轉參數的10分鐘潮位變化曲線點(圖2-1 J-Day [註1])。國聖灣最低乾潮潮位約為 -0.89公尺,最高滿潮潮位約為 0.62公尺 (2011年1~8月)。

參、資料統計分析

一、運轉數據交相關分析(Cross Correlation Analysis)(表3-1)

 


表3-1

相關係數是用以反映變數之間相互關係密切程度的統計指標。循環水溫度與冷凝器背壓、冷凝器真空及冷凝器出口海水溫度、溫排水溫度、冷凝器出口溫度,在1~6月有著極高度的相關 r > 0.95,而與軸封真空有著高度的負相關 r = -0.81,但7、8月時循環水溫度升高後相關性都降低,與冷凝器真空的相關性降低至r = 0.61,水溫升高造成熱效率降低。 

 

二、核二廠循環水溫度趨勢圖(圖3- 1)

  

圖3-1

 

循環水溫度可視為國聖灣的海水溫度,2010年9月至2011年8月平均溫度為23.5℃,最高海溫2010/9/18 32.4℃,最低海溫2011/3/4 15.5℃,6~9月平均海溫28.1℃。循環水進口溫度設計值為 59℉至 84℉(15℃至 29℃)之間,6、7、8月間循環水溫度超過 29℃設計值的時間百分比達 7.7%、20.5%及 39.8%。

 

三、國聖灣氣溫趨勢圖(圖3-2)

  


圖3-2

 

國聖灣的氣溫,2010年9月至2011年8月平均為21.5℃,最高溫37.1℃,最低溫 7.7℃。與海溫的相關性很低,相關係數 r< 0.5。

 

四、國聖灣的風(圖3-3,4,5,6)

 


圖3-3

  


圖3-4


冬季一月裡,國聖灣盛行東北風,最大風速達 20公尺/每秒,只在晚上才有間歇的南風。

 


圖3-5

 
圖3-6

 

八月夏天時,白天,海風從北方、北北東方吹向陸地,海岸線與東北風幾乎是垂直的,晚上則從陸地的南方吹向海面。

肆、溫排水超過 41.7 ℃的時段統計(圖4-1~11)

今年溫排水因超溫而降載,7月有2次,8月則多達9次。

(一)、2011/7/25 12:12~12:42


圖4-1

(二)、2011/7/26 11:10~12:38

 
圖4-2

 

 

(三)、2011/8/8 10:19~10:24

 


圖4-3

 (四)、2011/8/9 11:46~11:52

 


圖4-4

 

 

 

(五)、2011/8/10 11:39~11:47

  


圖4-5

 (六)、2011/8/11 12:07~12:14


圖4-6

(七)、2011/8/12 13:35~13:41


圖4-7

 (八)、2011/8/23 09:33~11:06 

 

圖4-8

 

 

(九)、2011/8/24 10:09~11:50 


圖4-9

(十)、2011/8/25 23:04~0:56 

 


圖4-10

 

(十一)、2011/8/26 11:26~13:16

   


圖4-11

伍、結語

潮流以六小時為週期,漲潮時沿岸往西北水尾港、燭台嶼方向流動,退潮時往東南方向流動。從滿潮到乾潮的退潮時段,潮流沿以逆時鐘將較高溫的水推向野柳岬,也就是海水泵室循環水進口的海域,導致循環水溫度上升。觀察潮汐與溫升的時間序列,有著極大的負相關,即退潮時水溫就開始攀升,漲潮時水溫也隨之下降。

此外白天從海面吹向陸地的風,和水溫有密切的關係,觀察溫排水超過 41.7 ℃時段的潮位、水溫及風向、風速,顯示白天吹送的北風、北北東風且風速 < 4公尺/每秒時,會將溫排水侷限在國聖灣東邊野柳岬的海域,造成循環水的溫度上升。

陸、參考文獻

[1] Hu, J.-H.,The Coastal Currents Offshore the Nuclear Power Plants at Northern Taiwan,J. of Marine Sci. and Tech. ,2004,12(5): 355-363. (EI)。

[2] 地球科學學會,台電核能發電廠溫排水監測計畫報告,2009,124頁。

[3] 基隆潮汐預報表,中央氣象局海象測報中心,http://www.cwb.gov.tw/,2011,4頁。

柒、備註

[1] 以朱利安日 (Julian day) 表示日期時間序列,小數部分是時分,方便計算、轉換和繪圖。

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