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(huì)的不斷進(jìn)步，對(duì)于能源的需求逐年增加，然而傳統(tǒng)的能源獲取對(duì)于環(huán)境的破壞越來越嚴(yán)重，相關(guān)資源的儲(chǔ)備也日漸枯竭，經(jīng)濟(jì)、干凈、環(huán)保、儲(chǔ)量豐富的新能源成為世界各國(guó)的開發(fā)重點(diǎn)，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(huì)造成空氣污染，也不會(huì)產(chǎn)生加重地球溫室效應(yīng)的二氧化碳，同時(shí)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(dòng)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(guó)爭(zhēng)相研究的課題。

1 浮動(dòng)式核電站應(yīng)用分析

浮動(dòng)核電站是一種建設(shè)在船舶上可以隨時(shí)移動(dòng)的核電站，其特點(diǎn)是可以同時(shí)滿足人們對(duì)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(jià)值

浮動(dòng)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(shì)的能源，研究人員在探索核電的應(yīng)用時(shí)發(fā)現(xiàn)，通過建立浮動(dòng)核電站，可以將核電用于近海油氣勘探平臺(tái)的能源供應(yīng)、應(yīng)對(duì)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(duì)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(dòng)力等，這其中的商業(yè)價(jià)值不可估量。

1.2 戰(zhàn)略價(jià)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(duì)海洋領(lǐng)域的開發(fā)方面，浮動(dòng)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(dòng)核動(dòng)力船舶的研發(fā)提供大量的參考數(shù)據(jù)。未來，隨著浮動(dòng)核電站技術(shù)的不斷成熟，必將體現(xiàn)出更大的戰(zhàn)略價(jià)值。

1.3 安全價(jià)值

一直以來，核電的利用都存在很多爭(zhēng)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(guó)開始重新評(píng)估核能發(fā)電的風(fēng)險(xiǎn)，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(dòng)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(cái)產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)。這一思路促使以俄羅斯、美國(guó)、法國(guó)、韓國(guó)、中國(guó)為代表的國(guó)家致力于研究建造海上浮動(dòng)式核電站項(xiàng)目。

2 國(guó)外浮動(dòng)式核電站發(fā)展現(xiàn)狀分析

2004 年，國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（International Atomic Energy Agency；IAEA）宣布重新啟動(dòng)“小型反應(yīng)堆開發(fā)計(jì)劃”[2]，浮動(dòng)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(shì)，成為美國(guó)、俄羅斯、韓國(guó)等核電強(qiáng)國(guó)爭(zhēng)相研發(fā)的項(xiàng)目，旨在謀求核電能源的多元化應(yīng)用市場(chǎng)，成為近年來世界核能界的關(guān)注熱點(diǎn)。目前，國(guó)外對(duì)于浮動(dòng)式核電站的研究主要有兩個(gè)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(guó)為代表小型海上核電站（OFNP）。同時(shí)，法國(guó)、韓國(guó)在浮動(dòng)式核電站的研發(fā)方面也取得了一定的成績(jī)。

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(shí)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(hào)是此類浮式核電站的代表。以“羅蒙諾索夫院士”號(hào)為例，可以了解典型浮式核電站的特點(diǎn)。該型浮式核電站長(zhǎng)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(yíng)的浮動(dòng)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(tái)提供電力。它擁有典型的船型平臺(tái)，甲板面積較大、裝載能力很強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)各種核電生產(chǎn)設(shè)施的布置，同時(shí)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(jì)使用壽命40 年。

同時(shí)，這種船舶式的浮式核電站在機(jī)動(dòng)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(hào)采用的大型船舶制造技術(shù)較為成熟、造價(jià)成本較低，體現(xiàn)出了較明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，在開發(fā)生產(chǎn)運(yùn)用方面表現(xiàn)突出。

2.2 美國(guó)小型海上核電站（OFNP）發(fā)展現(xiàn)狀

美國(guó)是最早提出浮動(dòng)式核電站設(shè)想的國(guó)家，受20 世紀(jì)70 年代石油危機(jī)的影響，曾一度停止過對(duì)相關(guān)項(xiàng)目的研發(fā)建造計(jì)劃。與俄羅斯的研究開發(fā)方向不同，美國(guó)對(duì)浮式核電站的研究以麻省理工學(xué)院設(shè)計(jì)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(tái)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(shí)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(tái)相比，圓筒型平臺(tái)的結(jié)松更為簡(jiǎn)單，面對(duì)海洋的風(fēng)、浪、流可以更好的適應(yīng)環(huán)境，同時(shí)這種結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)來自各個(gè)方面壓力的平均載荷，降低疲勞載荷，安全性更高。同時(shí)，圓筒型平臺(tái)的重心更低，對(duì)于慣性問題的控制能力更強(qiáng)，可以保持整個(gè)浮式核電站的穩(wěn)定性，這一點(diǎn)對(duì)于在海上作業(yè)的平臺(tái)來說非常重要。

另外，圓筒形平臺(tái)在空間布置方面可以實(shí)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(jì)第一批小型海上核電站OFNP 可以在15 年實(shí)現(xiàn)部署。

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

Flexblue 下沉式海上浮動(dòng)核電站是由法國(guó)國(guó)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(dòng)式浮動(dòng)式核電站，采用的是小型壓水反應(yīng)堆。此類型浮動(dòng)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(chǎng)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(chǎng)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(dòng)核電站的特點(diǎn)是可以在不同的地點(diǎn)同時(shí)制造。

3 國(guó)內(nèi)浮動(dòng)式核電站發(fā)展現(xiàn)狀分析

我國(guó)對(duì)于浮動(dòng)式核電站開發(fā)研究較美、俄等國(guó)略晚。但我國(guó)發(fā)展浮動(dòng)式核電站3 個(gè)優(yōu)勢(shì)：首先，我國(guó)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(guó)家，我國(guó)核電發(fā)電量占比暫時(shí)處于落后局面，但近年來我國(guó)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(guó)核電行業(yè)市場(chǎng)前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》中的內(nèi)容顯示，我國(guó)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(guó)總發(fā)電量的比重從1.8%提升到了3.6%。可見我國(guó)在核電開發(fā)方面的長(zhǎng)足進(jìn)步和良好發(fā)展前景，這為國(guó)內(nèi)浮動(dòng)式核電站的研發(fā)建設(shè)提供了契機(jī)。其次，我國(guó)對(duì)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(guó)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(dòng)力平臺(tái)”寫入到相關(guān)規(guī)劃中，并提出在“十三五”期間開展50-100MW 級(jí)海洋核動(dòng)力平臺(tái)的研制建造工作[3]，并實(shí)現(xiàn)掌握自主知識(shí)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(guó)的地理環(huán)境對(duì)浮動(dòng)式核電站有一定的需求，我國(guó)擁有較長(zhǎng)的海岸線，沿海作業(yè)項(xiàng)目較多，對(duì)于電力的需求旺盛，因此浮動(dòng)式核電站研發(fā)成為當(dāng)前較為重要的課題。中國(guó)對(duì)于浮動(dòng)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(tái)和沿海島嶼提供電力，并實(shí)現(xiàn)對(duì)受災(zāi)海岸提供救援的目的。

2017 年8 月10 日，由中國(guó)核能電力股份有限公司牽頭成立中核海洋核動(dòng)力發(fā)展有限公司正式拉開了對(duì)海洋核動(dòng)力裝備開發(fā)、建造、運(yùn)營(yíng)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(dòng)式核電站在國(guó)內(nèi)的研究開發(fā)奠定了良好的基礎(chǔ)[4]。目前，浮動(dòng)式核電站的研發(fā)方面已取得一定的成績(jī)，如中核集團(tuán)的ACP100S 海上浮動(dòng)堆和中廣核集團(tuán)的ACPR50S 海洋浮動(dòng)核動(dòng)力平臺(tái)。

4 結(jié)語

浮動(dòng)式核電站是在對(duì)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(zhǎng)期以來人們?cè)诤穗娚a(chǎn)過程中對(duì)人類生命財(cái)產(chǎn)安全的顧慮，同時(shí)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(duì)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(duì)海上浮動(dòng)式核電站的研究開發(fā)應(yīng)用，各國(guó)都取得了一定的進(jìn)展與突破。我國(guó)對(duì)該項(xiàng)目也進(jìn)行了系統(tǒng)的規(guī)劃，計(jì)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(dòng)式核電站的前景會(huì)更加明朗。