國內(nèi)外浮動式核電站發(fā)展現(xiàn)狀的研究

張 煜

（東方電氣集團(tuán)東方電機(jī)有限公司，四川 德陽 618000）

0 前言

隨著人類社會的不斷進(jìn)步，對于能源的需求逐年增加，然而傳統(tǒng)的能源獲取對于環(huán)境的破壞越來越嚴(yán)重，相關(guān)資源的儲備也日漸枯竭，經(jīng)濟(jì)、干凈、環(huán)保、儲量豐富的新能源成為世界各國的開發(fā)重點，核能是目前人類最具希望的未來能源之一。核能發(fā)電避免了火力發(fā)電向大氣中排放大量污染物質(zhì)的情況發(fā)生，不會造成空氣污染，也不會產(chǎn)生加重地球溫室效應(yīng)的二氧化碳，同時燃料費(fèi)用占比較低，發(fā)電成本較其他發(fā)電方法更為穩(wěn)定，因此成為當(dāng)前最受歡迎的新能源。在深度挖掘核電利用潛能的過程中，浮動式核電站為核電應(yīng)用提供了更廣闊的空間，并成為當(dāng)前世界各國爭相研究的課題。

1 浮動式核電站應(yīng)用分析

浮動核電站是一種建設(shè)在船舶上可以隨時移動的核電站，其特點是可以同時滿足人們對電、熱、淡水和高溫蒸汽等多種產(chǎn)品的需求，在區(qū)域供電、供熱，海上石油開采[1]，極地或偏遠(yuǎn)地區(qū)等特殊區(qū)域的能源供給方面表現(xiàn)出了極強(qiáng)的靈活性，可以有效擴(kuò)展核電的應(yīng)用。

1.1 商業(yè)價值

浮動核電站在研究之初，主要是為了滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。作為一種比太陽能、生物質(zhì)能以及風(fēng)能等清潔能源更具優(yōu)勢的能源，研究人員在探索核電的應(yīng)用時發(fā)現(xiàn)，通過建立浮動核電站，可以將核電用于近海油氣勘探平臺的能源供應(yīng)、應(yīng)對近海人口稠密地區(qū)用電高峰期電量供應(yīng)不足的問題、滿足沿海居民的生活用水需求、應(yīng)對海洋孤島用電及居民生活用水、為遠(yuǎn)洋船舶提供大功率推進(jìn)動力等，這其中的商業(yè)價值不可估量。

1.2 戰(zhàn)略價值

隨著核電利用規(guī)模的不斷擴(kuò)展，核能成為新能源中較為重要的戰(zhàn)略資源。尤其是在對海洋領(lǐng)域的開發(fā)方面，浮動核電站首先可以解決海洋島嶼基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中必要的電力供應(yīng)、海水淡化問題；其次是可以為推動核動力船舶的研發(fā)提供大量的參考數(shù)據(jù)。未來，隨著浮動核電站技術(shù)的不斷成熟，必將體現(xiàn)出更大的戰(zhàn)略價值。

1.3 安全價值

一直以來，核電的利用都存在很多爭議，那就是核能發(fā)電的安全問題。2011 年，日本福島核電站事故使得各國開始重新評估核能發(fā)電的風(fēng)險，并引發(fā)了專業(yè)人士關(guān)于核電應(yīng)用的新思考。在廣袤無人的大海上建立浮動式核電站，將核能發(fā)電與人類的生活區(qū)分開，可以最大限度地降低核泄漏造成的生命財產(chǎn)安全風(fēng)險。這一思路促使以俄羅斯、美國、法國、韓國、中國為代表的國家致力于研究建造海上浮動式核電站項目。

2 國外浮動式核電站發(fā)展現(xiàn)狀分析

2004 年，國際原子能機(jī)構(gòu)（International Atomic Energy Agency；IAEA）宣布重新啟動“小型反應(yīng)堆開發(fā)計劃”[2]，浮動式核電站因其采用成熟小型核反應(yīng)堆技術(shù)達(dá)到高效、經(jīng)濟(jì)的能源供給的優(yōu)勢，成為美國、俄羅斯、韓國等核電強(qiáng)國爭相研發(fā)的項目，旨在謀求核電能源的多元化應(yīng)用市場，成為近年來世界核能界的關(guān)注熱點。目前，國外對于浮動式核電站的研究主要有兩個方向，一種以是俄羅斯為代表的典型浮式核電站，另一種是以美國為代表小型海上核電站（OFNP）。同時，法國、韓國在浮動式核電站的研發(fā)方面也取得了一定的成績。

2.1 俄羅斯典型浮式核電站發(fā)展現(xiàn)狀

典型浮式核電站其實可以理解為就是一艘生產(chǎn)核電的船舶，俄羅斯原子能公司制造的“羅蒙諾索夫院士”號是此類浮式核電站的代表。以“羅蒙諾索夫院士”號為例，可以了解典型浮式核電站的特點。該型浮式核電站長144 m、寬30 m、高10 m，重21 500 t，是迄今為止世界上唯一運(yùn)營的浮動核電站和世界上最北端的核裝置，其主要任務(wù)是為偏遠(yuǎn)工業(yè)企業(yè)、港口城市及海上油氣平臺提供電力。它擁有典型的船型平臺，甲板面積較大、裝載能力很強(qiáng)，可以實現(xiàn)各種核電生產(chǎn)設(shè)施的布置，同時有充分的空間布局劃分各功能艙室。該型浮式核電站上目前裝配了兩座35 MW 的改良型KTL-40 反應(yīng)堆，可達(dá)到7萬kW 的年發(fā)電量，即可滿足30 萬人的生活供電，預(yù)計使用壽命40 年。

同時，這種船舶式的浮式核電站在機(jī)動性方面的表現(xiàn)非常出色雖然自身沒有推進(jìn)系統(tǒng)，但是在牽引船的牽引下，可以較為輕松地轉(zhuǎn)移到任何海上作業(yè)區(qū)域。由于“羅蒙諾索夫院士”號采用的大型船舶制造技術(shù)較為成熟、造價成本較低，體現(xiàn)出了較明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，在開發(fā)生產(chǎn)運(yùn)用方面表現(xiàn)突出。

2.2 美國小型海上核電站（OFNP）發(fā)展現(xiàn)狀

美國是最早提出浮動式核電站設(shè)想的國家，受20 世紀(jì)70 年代石油危機(jī)的影響，曾一度停止過對相關(guān)項目的研發(fā)建造計劃。與俄羅斯的研究開發(fā)方向不同，美國對浮式核電站的研究以麻省理工學(xué)院設(shè)計的小型海上核電站（OFNP）為主。此類浮式核電站最明顯的特征是外型整體結(jié)構(gòu)是直立的多層圓柱形，因此其平臺為圓筒形，并設(shè)有生活區(qū)和直升機(jī)停機(jī)坪，其余大部分則是在水下由水密艙壁隔開的隔間，可放置300 MW 或1，100 MW 機(jī)組的核反應(yīng)堆以及相關(guān)的安全系統(tǒng)。

這種設(shè)置方法可以在核反應(yīng)堆過熱時快速引入海水降溫，并不斷更新提供無限的冷卻源，從而增強(qiáng)核電站的安全性。與船型平臺相比，圓筒型平臺的結(jié)松更為簡單，面對海洋的風(fēng)、浪、流可以更好的適應(yīng)環(huán)境，同時這種結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)對來自各個方面壓力的平均載荷，降低疲勞載荷，安全性更高。同時，圓筒型平臺的重心更低，對于慣性問題的控制能力更強(qiáng)，可以保持整個浮式核電站的穩(wěn)定性，這一點對于在海上作業(yè)的平臺來說非常重要。

另外，圓筒形平臺在空間布置方面可以實現(xiàn)各功能艙室圍繞反應(yīng)堆設(shè)置，具有更高的空間利用率，預(yù)計第一批小型海上核電站OFNP 可以在15 年實現(xiàn)部署。

2.3 法國 Flexblue下沉式海上浮動核電站發(fā)展現(xiàn)狀

Flexblue 下沉式海上浮動核電站是由法國國有船舶制造企業(yè)（DCNS）開發(fā)的產(chǎn)品，是一種下潛式柱形全模塊化移動式浮動式核電站，采用的是小型壓水反應(yīng)堆。此類型浮動式核電站采用艦艇模塊化建造技術(shù)，核電站在船廠完成建設(shè)組裝后再被運(yùn)送到工作場所進(jìn)行安裝。它被安裝于距海岸線5 km～15 km 的海床上，大約在海平面下方60 m～100 m 處，考慮到地震危害，結(jié)合安裝場所的地理環(huán)境，要么水平固定于海床上，要么正浮懸掛在距離海底幾米高的位置，并依靠海底電纜輸送電力。Flexblue下沉式海上浮動核電站的特點是可以在不同的地點同時制造。

3 國內(nèi)浮動式核電站發(fā)展現(xiàn)狀分析

我國對于浮動式核電站開發(fā)研究較美、俄等國略晚。但我國發(fā)展浮動式核電站3 個優(yōu)勢：首先，我國的核電產(chǎn)業(yè)正在不斷壯大，雖然相比于世界上其他擁有核能發(fā)電能力的國家，我國核電發(fā)電量占比暫時處于落后局面，但近年來我國的核電總發(fā)電量量正在不斷上升，且有很大的提升空間。據(jù)《2017-2022 年中國核電行業(yè)市場前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》中的內(nèi)容顯示，我國自2011～2016 年核電的發(fā)電量由872 萬 kW 提升到了2 132 萬 kW，核電發(fā)電量占我國總發(fā)電量的比重從1.8%提升到了3.6%?？梢娢覈诤穗婇_發(fā)方面的長足進(jìn)步和良好發(fā)展前景，這為國內(nèi)浮動式核電站的研發(fā)建設(shè)提供了契機(jī)。其次，我國對于清潔能源的需求量正在不斷攀升，政府為了促進(jìn)核電的生產(chǎn)發(fā)展，推出了一系列扶持政策，2016 年12 月30 日，國家能源局在其發(fā)布的《能源技術(shù)創(chuàng)新“十三五”規(guī)劃》中，將”建設(shè)海洋核動力平臺”寫入到相關(guān)規(guī)劃中，并提出在“十三五”期間開展50-100MW 級海洋核動力平臺的研制建造工作[3]，并實現(xiàn)掌握自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)以及建立健全相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系。最后，我國的地理環(huán)境對浮動式核電站有一定的需求，我國擁有較長的海岸線，沿海作業(yè)項目較多，對于電力的需求旺盛，因此浮動式核電站研發(fā)成為當(dāng)前較為重要的課題。中國對于浮動式核電站的研究目標(biāo)是在開闊水域建設(shè)核電站，為石油鉆井平臺和沿海島嶼提供電力，并實現(xiàn)對受災(zāi)海岸提供救援的目的。

2017 年8 月10 日，由中國核能電力股份有限公司牽頭成立中核海洋核動力發(fā)展有限公司正式拉開了對海洋核動力裝備開發(fā)、建造、運(yùn)營和管理業(yè)務(wù)的序幕，并將業(yè)務(wù)延伸到相關(guān)產(chǎn)品如蒸汽、海水淡化等。這一系列舉措為浮動式核電站在國內(nèi)的研究開發(fā)奠定了良好的基礎(chǔ)[4]。目前，浮動式核電站的研發(fā)方面已取得一定的成績，如中核集團(tuán)的ACP100S 海上浮動堆和中廣核集團(tuán)的ACPR50S 海洋浮動核動力平臺。

4 結(jié)語

浮動式核電站是在對核能研究開發(fā)過程中產(chǎn)生的一種新的核電應(yīng)用方式，不僅能夠解決長期以來人們在核電生產(chǎn)過程中對人類生命財產(chǎn)安全的顧慮，同時能有效解決偏遠(yuǎn)地區(qū)、沿海區(qū)域的用電、用水、供熱問題，與普通熱力發(fā)電相比還能起到減少二氧化碳排放作用，對于滿足人類能源需求，保護(hù)地球環(huán)境都具有重要意義。針對海上浮動式核電站的研究開發(fā)應(yīng)用，各國都取得了一定的進(jìn)展與突破。我國對該項目也進(jìn)行了系統(tǒng)的規(guī)劃，計劃將來建立一系列小型浮式核電站，用于沿海石油開采以及偏遠(yuǎn)島嶼的供電供熱及海水淡化需求。相信在不久的將來，海上浮動式核電站的前景會更加明朗。