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美俄浮动式核电站发展概况

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“罗蒙诺索夫院士”号浮动式核电站

导读 2011年发生的日本福岛核事故令各国重新评估核电的风险,同时也引发了关于核电应用新的思考。如果将核电站置于无人的广袤大海上,能否降低再次出现泄漏的风险呢?俄罗斯、美国、中国等多国就一直致力于研究建造海上浮式核电站,截止到目前,世界上首艘浮式核电站——俄罗斯的“罗蒙诺索夫院士”号已经研制成功,预计将于2019年夏天投入使用。

浮动式核电站是指将核动力装置及发电装置安装在海洋浮动平台上,可在不同海域灵活部署并提供能源供给。浮动式核电站能够同时提供电、热、淡水和高温蒸汽等多种产品,可满足区域供电、区域供热、海上石油开采、化工、极地或偏远地区、孤岛等的特殊能源需要,具有灵活性强、用途广泛的特征。目前国外典型的浮式核电站以俄罗斯的“罗蒙诺索夫院士”号和麻省理工学院设计的小型海上核电站(OFNP)为主。

“罗蒙诺索夫院士”号浮动式核电站由俄罗斯原子能公司在圣彼得堡建造。该型浮式核电站采用船型平台,拥有宽阔的甲板面积和装载能力,便于布置各种核电生产设施,在各功能舱室划分和布局上具有明显优势;其次,船型平台的机动性好,可以方便的从建造场地转移到作业区域,也很容易从一个海域重新部署到另一个海域;另外,船型平台能够以较低的船体建造费用提供最经济的开发方案,建造技术相对成熟。

“罗蒙诺索夫院士”号

这座浮式核电站其实就是一艘生产核电的船舶,长144米、宽30米、高10米,重达21500吨。船舶上装配有两座35兆瓦的改良型KTL-40反应堆,年发电量达7万千瓦,寿命约为40年。每10到12年进行一次彻底检修,并清理船上储存的核废料。“罗蒙诺索夫院士”号需要69名船员来操作,可以为工厂节约45000吨的燃料或柴油,还可以为30万人的生活供电。不过该浮式核电站尚未配置推进系统,自身没有动力,需要依靠牵引将船舶送到指定地点。

“罗蒙诺索夫院士”号浮动式核电站在建成后首先被运到摩尔曼斯克装载核燃料,之后将被拖到楚科奇自治区,最终进入Pevek市附近的北极地区,在那里将为海水淡化厂和石油钻井平台供电。在连接到电网后,它将成为迄今为止世界上唯一的运营浮动核电站和世界上最北端的核装置。此外,俄罗斯还计划制造至少7座浮式核电站,其他国家如阿尔及利亚、印度尼西亚、马来西亚、阿根廷已经表示,有兴趣租赁这种浮动式核电站。

小型海上核电站(OFNP)

与“罗蒙诺索夫院士”号浮动式核电站不同,麻省理工学院设计的小型海上核电站(OFNP)采用的是圆筒形平台。圆筒型平台的优点是结构简单,无需转塔就能很好的适应风、浪、流对船体的影响,各向可承受环境载荷的能力基本相同,总纵强度大为改善,安全性明显提高;平台重心相对较低,同时具有各向同性的惯性矩和较小的惯性半径,从而具有更好的稳性,也减少了普通船型结构首部和尾部的纵摇,横摇角度也较小,使整体结构更稳定;平台在波浪上的跨距短,可显著减小波浪弯矩,同时降低疲劳载荷;平台的布置空间充裕,各功能舱室均围绕反应堆布置,空间利用率高,工艺流程顺畅。缺点是在建造和靠泊码头时对船坞和码头的要求相对较高,建造工艺与普通船型相比更为复杂。

小型海上核电站(OFNP)的整体结构是直立的多层圆柱形,其中大部分是由水密舱壁隔开的隔间。上层设有生活区和直升机停机坪,核反应堆(300兆瓦或1,100兆瓦机组)及其相关的安全系统位于结构低层的水密舱室内,便于引入海水增强安全性,且使整体结构低重心增加稳定性。反应堆堆芯和相关的关键部件容纳在反应堆压力容器(RPV)内。每隔12至48个月,将乏燃料组件提起,并将新鲜燃料插入反应器中。被移除的组件转移到乏燃料池,该燃料池用以处理寿命期间从移除的所有燃料。

OFNP结构图

考虑到反应堆堆芯的冷却问题,小型海上核电站(OFNP)将反应堆堆芯和蒸汽发生器浸入反应堆压力容器(RPV)内的新鲜蒸馏冷却水中。如果冷却泵的运行中断,则冷却水通过浸没在海水中的辅助热交换器被动地流动。如果出现更严重的问题,冷却水从RPV内部释放到安全壳结构中,并且海水可以进入安全壳周围的空间。来自冷却水的热量将通过安全壳壁进入海水。海水自然流过结构,因此能够不断更新,提供无限的冷却源。

目前开发人员仍在研究小型海上核电站(OFNP)的各个方面,比如系泊系统的详细设计、建筑在海啸中的稳定性等。麻省理工学院的Buongiorno教授称预计第一批小型海上核电站OFNP可以在十五年内部署。

总结

浮式核电站丰富了核电应用的方式,不仅能够远离人群降低潜在危险,更能解决偏远地区的用电问题,同时相较于普通发电方式减少了二氧化碳的排放。不过浮式核电站的应用也引起了环保人士的担忧,其安全性风险仍确实存在。我国同样计划将来建立小型浮式核电站,供电南海偏远岛屿的设施,满足供热及海水淡化需求。

来源: 高端装备产业研究中心

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