可與海洋核動力平臺配套的海水抽水蓄能電站

柴建峰 侯平利

(1.國網(wǎng)新源控股有限公司技術(shù)中心,北京 100161； 2.中廣核工程有限公司,廣東 深圳 518052)

可與海洋核動力平臺配套的海水抽水蓄能電站

柴建峰1侯平利2

(1.國網(wǎng)新源控股有限公司技術(shù)中心,北京 100161； 2.中廣核工程有限公司,廣東 深圳 518052)

介紹了近期中國海洋核動力平臺的發(fā)展情況，結(jié)合我國海島的地形地貌特點，探討了與之可配套的海水抽水蓄能電站用于調(diào)峰填谷作用，指出在島嶼周邊利用天然海灣圍填或人工填圍形成內(nèi)湖，可采用低水頭、大流量的貫流式水輪機抽排其內(nèi)一定量的海水體作為抽水蓄能電站能量轉(zhuǎn)化的載體。

海洋核動力平臺，抽水蓄能電站，調(diào)峰填谷作用，貫流式水輪機

海洋核動力平臺是海上移動式小型核電站，是小型核反應堆與船舶工程的有機結(jié)合，可為海洋油氣開發(fā)和偏遠島嶼提供安全、經(jīng)濟廉價、高效的電力供給，也可用于大功率船舶和海水淡化等領(lǐng)域。

淡水和電力一直是影響我國海洋油氣工程、南海島礁開發(fā)和海洋國防建設(shè)的主要因素之一。隨著科技發(fā)展核電站日益小型化，海洋核動力平臺可有助于解決上述問題，這種小型、移動式核電站可為偏遠島嶼和油氣開采等工程供應不間斷、經(jīng)濟、充沛的電力供給，有用電需求時將電站拉過來，不需要便可用船將電站拉走。

目前隨著南海油田開發(fā)和海島國防建設(shè)等需要，海洋核動力平臺的規(guī)劃、研究和建設(shè)等成為國內(nèi)外媒體的熱點之一[1，2]。

常規(guī)核電站多通過其配套的抽水蓄能電站進行調(diào)峰填谷作用，如廣州抽水蓄能電站是中國最大的抽水蓄能電站，裝機2 400 MW，可使核電實現(xiàn)不調(diào)峰穩(wěn)定運行，廣蓄電站的調(diào)峰填谷作用使香港中華電力公司無需多開兩臺66萬kW煤機，而且在負荷低谷期可以接收更多核電。它的作用主要表現(xiàn)在使核電實現(xiàn)不調(diào)峰穩(wěn)定運行。海洋核動力平臺可能也會面臨上述需要，我國海域資源豐富,考慮到南海島礁進行酒店旅游、在南海島礁上建設(shè)的大型基礎(chǔ)設(shè)施等也都需要強大的電力供應系統(tǒng)支撐等因素，研究海水抽蓄發(fā)電具有一定的前瞻性和必要性。

以下先簡單介紹海洋核動力平臺研發(fā)情況，然后介紹國內(nèi)外海水抽水蓄能電站現(xiàn)狀，淺析在缺少陡峭高山的獨立島嶼如何修建海水抽水蓄能電站，最后提出幾點建議，希望有助于優(yōu)化和利用核電能源，減少不必要的浪費。

1 海洋核動力平臺研究介紹

1.1 國外研究情況

結(jié)合新聞報道，查閱國內(nèi)外文獻發(fā)現(xiàn)，從20世紀50年代起，美國、蘇聯(lián)、日本、德國等國家就利用其成熟的核動力艦船技術(shù)，開展民用核動力船舶的研究，并已經(jīng)分別建造了多艘核動力商船和核動力破冰船。

近期俄羅斯擬建造8座海上浮動核電站，為其濱海城市的供電、供熱和海水淡化工程等提供能源，世界上首座海上浮動核電站俄羅斯“羅蒙諾索夫院士”號已進入下海測試階段，并計劃于2017年10月30日完成測試后正式投入使用[1]。

1.2 國內(nèi)現(xiàn)狀

國內(nèi)海洋核動力平臺規(guī)劃、研究和建設(shè)由中船重工主導，中船重工2014年—2016年分別與國家電投、中核和中廣核三家國內(nèi)核能開發(fā)巨頭單位簽署了相關(guān)戰(zhàn)略框架合作協(xié)議，這樣一來中船重工擁有更多的選擇機會，也有利于技術(shù)競爭和技術(shù)創(chuàng)新。

中船重工計劃有先后批量建造近20座海洋核動力平臺。2015年12月30日，中船重工集團和中船重工719所獲得國家能源重大科技創(chuàng)新工程——“國家海洋核動力平臺示范工程”首張路條，有望2018年年底海洋核動力平臺示范工程將調(diào)試運行完畢，2019年將進入海上試運行和驗收移交階段[1]。

2016年11月4日，中廣核與東方電氣股份有限公司(下稱東方電氣)簽署《“中廣核ACPR50S實驗堆平臺項目”壓力容器采購協(xié)議》，表明中廣核海上核電站率先啟動建設(shè)。中廣核稱，這意味著其海上小型堆ACPR50S建設(shè)正式啟動，中國海上核電站建設(shè)進入新時代[2]。

隨著國防和經(jīng)濟的發(fā)展，海洋核動力平臺的需求巨大。在民用領(lǐng)域，一方面可以為海上油氣田開采、海島開發(fā)等領(lǐng)域的供電、供熱和海水淡化提供可靠、穩(wěn)定的電力，另一方面也可為破冰船提供推進動力，在軍事上也有很多用途，在一定程度上將影響既有的國際關(guān)系及地緣政治。

2 海水抽水蓄能電站介紹

2.1 日本沖繩山原抽水蓄能電站[3,4]

世界上首座海水抽水蓄能電站是日本1999年建成并運行的沖繩山原抽水蓄能電站，電站位于日本沖繩本島北部，是利用太平洋作為下庫，裝機容量30 MW，額定水頭136 m。

上庫的建設(shè)場地是一處高程為150 m～170 m的小臺地，距海岸線約600 m。上庫有效庫容56.4萬m3，壓力管道、廠房和尾水管均為地下布置，地下廠房埋深150 m，長41 m，寬17 m，高32 m，是一座試驗性的抽水蓄能電站，試驗目的是驗證海水抽蓄商業(yè)化的可行性。

上庫從蓄水開始到蓄滿為止需要6 h，可供8 h發(fā)電用，發(fā)電效率將近70%。

1999年3月開始試運行，并入沖繩本島電網(wǎng)，工程已經(jīng)運行了11年多時間，為沖繩本島電網(wǎng)的負荷平衡和頻率穩(wěn)定起到了重要作用。

日本沖繩抽水蓄能電站的研制、建設(shè)和運營經(jīng)驗，對于上庫位于山頂?shù)暮Ｋ樾铍娬镜耐茝V、普及應用將有重大參考價值，遺憾的是該電站近期的運營狀況和監(jiān)測資料，很難從國內(nèi)文獻中收集到。

2.2 排水型海水蓄能電站

考慮到我國南海中的海島多為珊瑚礁構(gòu)成的島、礁、灘、沙和暗沙。尤其是后期填筑或擴大的島嶼，相對缺少修建常規(guī)抽水蓄能電站的地貌地形條件，這里所謂的常規(guī)，即在山頂?shù)认鄬Ω呗柕膮^(qū)域修建上庫。

侯平利(2015)提出在天然海灣采用攔水壩建造水庫，將海灣分為外部海洋及壩內(nèi)水庫，利用排水泵對水庫進行排水以降低水位，而壩外海洋水位不變，從而獲得與壩外海洋水面的水位差進行蓄能，并提供一定的水頭供水輪機發(fā)電，圖1為其成果的剖面示意圖，有關(guān)機組配置等可詳見文獻[5][6]。相應的實用新型專利號為ZL201520043551.6。

考慮到海洋核動力平臺和離岸珊瑚礁型島嶼的特點，選擇天然海灣修筑攔水壩形成下庫，可能存在一定的難度。結(jié)合南海島嶼地形和地貌特征，在文獻[5][6]基礎(chǔ)上，我們建議：1)可結(jié)合島嶼開發(fā)填筑工程，刻意形成一個封閉的內(nèi)湖(下水庫)，并進行適當下挖，不僅可加大和外側(cè)海平面之間的高程差，還可以增加內(nèi)湖的容量，將封閉的內(nèi)湖作為抽水蓄能電站的下庫，上庫則為無限大的大海。故在島嶼周邊利用天然海灣圍填或人工填圍形成內(nèi)湖，將內(nèi)湖內(nèi)一定規(guī)模的海水體作為抽水蓄能電站能量轉(zhuǎn)化的載體。2)可將混凝土擋水壩用平面尺寸更大的海堤替代，不僅可以減少勘察、設(shè)計和施工難度，也可為后期提供更大的可用之地塊。3)水輪機的選型：考慮到海灣排水型蓄能電站專用庫具有大庫容、低水頭等顯著特點，其水輪機的選型可借鑒潮汐發(fā)電中廣泛應用的低水頭、大流量的貫流式水輪機。貫流式水輪機的適用水頭1 m～25 m，效率高投資低，近年來發(fā)展較快，而且功率也越來越大，單機容量最大的是日本只見(Tadami)水電站，達65.8 MW，轉(zhuǎn)輪直徑6.7 m，最大水頭20.7 m[7]。

3 結(jié)語

海洋核動力平臺在電力充沛有所剩余時，可通過水泵將內(nèi)湖(水庫)中海水抽出，形成水位差和有效庫容；需要電力補償時，由于內(nèi)湖和海洋存在水位差，外側(cè)高高程海水推動水輪發(fā)電機發(fā)電。發(fā)電機的裝機容量和內(nèi)湖容量由島嶼用電負荷及海洋核動力平臺決定。

海洋核動力平臺和海水抽水蓄能電站結(jié)合可有效率利用核能，減少不必要的能源浪費。

國內(nèi)目前尚未開展類似實質(zhì)性的研發(fā)工作，相對滯后，建議相關(guān)單位結(jié)合海洋開放和國防建設(shè)等戰(zhàn)略需要，開展一些具體的前瞻性研究工作，如適時開展沿海站點的試驗站點建設(shè)，尤其是水輪機和水泵的防海水腐蝕及防海洋生物附著研究，為類似海水抽水蓄能電站的發(fā)展提供一定的技術(shù)儲備[8]。

本文不足之處是有關(guān)海洋核動力平臺的資料和數(shù)據(jù)多來自于新聞報道，其時間節(jié)點的可靠性和準確性有待于進一步驗證。

[1] http://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_1498705.

[2] http://www.chinatesting.com.cn/plus/view.php?aid=14801.

[3] 邱彬如.世界抽水蓄能電站新發(fā)展[M].北京：中國電力出版社，2006.

[4] 張文泉,何永秀.海水抽水蓄能發(fā)電技術(shù)[J].中國電力,1998,31(11)：16-17.

[5] 侯平利.排水蓄能電站：中國專利，ZL201520043551.6[P].2015-04-03.

[6] 侯平利.海灣排水蓄能電站技術(shù)初探[A].2015年度技術(shù)論壇[C].2015.

[7] 劉啟明，胡 明.水電站[M].北京：中國水利水電出版社，2013.

[8] 柴建峰，肖 微.海水抽水蓄能電站及我國工程建設(shè)條件淺析[J].水電與抽水蓄能，2016,2(2)：46-50.

Brief analysis on marine nuclear power platform and seat water pumped storage station

Chai Jianfeng1Hou Pingli2

(1.TechnologyCenter，StateGridXinyuanCompanyLtd,Beijing100161,China； 2.ChinaNuclearPowerEngineeringCompanyLtd,Shenzhen518052,China)

This paper first introduces the development of Chinese marine nuclear power platform recently. According to the landform characteristics of islands of the south China sea, analyses the seat water pumped storage station which can been supporting project for the marine nuclear power platform, to undertake the tasks of filling valley and modulating peak lake surrounded by reclamation engineering can been used as the lower storage reservoir for pumped storage station, by pump to pump water of reservoir up into the sea that feed the tubular turbine. Finally, the paper presents that the artificial marine.

marine nuclear power platform, pumped storage station, the tasks of filling valley and modulating peak, tubular turbine

1009-6825(2017)02-0232-02

2016-11-20

柴建峰(1977- )，男，博士，高級工程師，注冊土木工程師(巖土)； 侯平利(1977- )，男，博士，高級工程師

TV743

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