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国内外浮动式核电站发展现状的研究

日期:2020-08-03    来源:中国新技术新产品

国际电力网

2020
08/03
10:21
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关键词: 核电行业 核电站 浮动式核电站

浮动式核电站是近年来世界各国为解决能源危机,充分利用核能发电以及海洋开发的一项技术,该技术已日渐成熟,并展现出高效、经济性等特点,被认为是核能开发的一大热点,美、俄、法、韩等国都对浮动式核电站的建设投入了巨大的精力,并规划在未来5年来实现规模化、商业化发展。该文就浮动式核电站的发展史进行了介绍,并就相关技术的应用、在国内外的发展情况和未来的发展前景进行了分析。

0 前言

随着人类社会的不断进步,对于能源的需求逐年增加,然而传统的能源获取对于环境的破坏越来越严重,相关资源的储备也日渐枯竭,经济、干净、环保、储量丰富的新能源成为世界各国的开发重点,核能是目前人类最具希望的未来能源之一。核能发电避免了火力发电向大气中排放大量污染物质的情况发生,不会造成空气污染,也不会产生加重地球温室效应的二氧化碳,同时燃料费用占比较低,发电成本较其他发电方法更为稳定,因此成为当前最受欢迎的新能源。在深度挖掘核电利用潜能的过程中,浮动式核电站为核电应用提供了更广阔的空间,并成为当前世界各国争相研究的课题。

1 浮动式核电站应用分析

浮动核电站是一种建设在船舶上可以随时移动的核电站,其特点是可以同时满足人们对电、热、淡水和高温蒸汽等多种产品的需求,在区域供电、供热,海上石油开采, 极地或偏远地区等特殊区域的能源供给方面表现出了极强的灵活性,可以有效扩展核电的应用。

1.1 商业价值

浮动核电站在研究之初,主要是为了满足经济发展的需求。作为一种比太阳能、生物质能以及风能等清洁能源更具优势的能源,研究人员在探索核电的应用时发现,通过建立浮动核电站,可以将核电用于近海油气勘探平台的能源供应、应对近海人口稠密地区用电高峰期电量供应不足的问题、满足沿海居民的生活用水需求、应对海洋孤岛用电及居民生活用水、为远洋船舶提供大功率推进动力等, 这其中的商业价值不可估量。

1.2 战略价值

随着核电利用规模的不断扩展,核能成为新能源中较为重要的战略资源。尤其是在对海洋领域的开发方面,浮动核电站首先可以解决海洋岛屿基础设施建设中必要的电力供应、海水淡化问题 ;其次是可以为推动核动力船舶的研发提供大量的参考数据。未来,随着浮动核电站技术的不断成熟,必将体现出更大的战略价值。

1.3 安全价值

一直以来,核电的利用都存在很多争议,那就是核能发电的安全问题。2011 年,日本福岛核电站事故使得各国开始重新评估核能发电的风险,并引发了专业人士关于核电应用的新思考。在广袤无人的大海上建立浮动式核电站, 将核能发电与人类的生活区分开,可以最大限度地降低核泄漏造成的生命财产安全风险。这一思路促使以俄罗斯、美国、法国、韩国、中国为代表的国家致力于研究建造海上浮动式核电站项目。

2 国外浮动式核电站发展现状分析

2004 年,国际原子能机构(International Atomic Energy Agency ;IAEA)宣布重新启动“小型反应堆开发计划”[2],浮动式核电站因其采用成熟小型核反应堆技术达到高效、经济的能源供给的优势,成为美国、俄罗斯、韩国等核电强国争相研发的项目,旨在谋求核电能源的多元化应用市场,成为近年来世界核能界的关注热点。目前,国外对于浮动式核电站的研究主要有两个方向,一种以是俄罗斯为代表的典型浮式核电站,另一种是以美国为代表小型海上核电站(OFNP)。同时,法国、韩国在浮动式核电站的研发方面也取得了一定的成绩。

2.1 俄罗斯典型浮式核电站发展现状

典型浮式核电站其实可以理解为就是一艘生产核电的船舶,俄罗斯原子能公司制造的“罗蒙诺索夫院士”号是此类浮式核电站的代表。以“罗蒙诺索夫院士”号为例,可以了解典型浮式核电站的特点。该型浮式核电站长144 m、宽 30 m、高 10 m,重 21 500 t,是迄今为止世界上唯一运营的浮动核电站和世界上最北端的核装置,其主要任务是为偏远工业企业、港口城市及海上油气平台提供电力。它拥有典型的船型平台,甲板面积较大、装载能力很强,可以实现各种核电生产设施的布置,同时有充分的空间布局划分各功能舱室。该型浮式核电站上目前装配了两座 35 MW 的改良型 KTL-40 反应堆,可达到 7 万 kW 的年发电量,即可满足 30 万人的生活供电,预计使用寿命 40 年。

同时,这种船舶式的浮式核电站在机动性方面的表现非常出色虽然自身没有推进系统,但是在牵引船的牵引下,可以较为轻松地转移到任何海上作业区域。由于“罗蒙诺索夫院士”号采用的大型船舶制造技术较为成熟、造价成本较低,体现出了较明显的经济优势,在开发生产运用方面表现突出。

2.2 美国小型海上核电站(OFNP)发展现状

美国是最早提出浮动式核电站设想的国家,受 20 世纪70 年代石油危机的影响,曾一度停止过对相关项目的研发建造计划。与俄罗斯的研究开发方向不同,美国对浮式核电站的研究以麻省理工学院设计的小型海上核电站(OFNP) 为主。此类浮式核电站最明显的特征是外型整体结构是直立的多层圆柱形,因此其平台为圆筒形,并设有生活区和直升机停机坪,其余大部分则是在水下由水密舱壁隔开的隔间,可放置 300 MW 或 1,100 MW 机组的核反应堆以及相关的安全系统。

这种设置方法可以在核反应堆过热时快速引入海水降温,并不断更新提供无限的冷却源,从而增强核电站的安全性。与船型平台相比,圆筒型平台的结松更为简单,面对海洋的风、浪、流可以更好的适应环境,同时这种结构可以实现对来自各个方面压力的平均载荷,降低疲劳载荷,安全性更高。同时,圆筒型平台的重心更低,对于惯性问题的控制能力更强,可以保持整个浮式核电站的稳定性,这一点对于在海上作业的平台来说非常重要。

另外,圆筒形平台在空间布置方面可以实现各功能舱室围绕反应堆设置,具有更高的空间利用率,预计第一批小型海上核电站 OFNP 可以在 15 年实现部署。

2.3 法国 Flexblue 下沉式海上浮动核电站发展现状

Flexblue 下沉式海上浮动核电站是由法国国有船舶制造企业(DCNS)开发的产品,是一种下潜式柱形全模块化移动式浮动式核电站,采用的是小型压水反应堆。此类型浮动式核电站采用舰艇模块化建造技术,核电站在船厂完成建设组装后再被运送到工作场所进行安装。它被安装于距海岸线 5 km~15 km 的海床上,大约在海平面下方 60 m~100 m 处,考虑到地震危害,结合安装场所的地理环境,要么水平固定于海床上,要么正浮悬挂在距离海底几米高的位置,并依靠海底电缆输送电力。Flexblue 下沉式海上浮动核电站的特点是可以在不同的地点同时制造。

3 国内浮动式核电站发展现状分析

我国对于浮动式核电站开发研究较美、俄等国略晚。但我国发展浮动式核电站 3 个优势:首先,我国的核电产业正在不断壮大,虽然相比于世界上其他拥有核能发电能力的国家,我国核电发电量占比暂时处于落后局面,但近年来我国的核电总发电量量正在不断上升,且有很大的提升空间。据《2017-2022 年中国核电行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》中的内容显示,我国自 2011~2016 年核电的发电量由 872 万 kW 提升到了 2 132 万 kW,核电发电量占我国总发电量的比重从 1.8% 提升到了 3.6%。可见我国在核电开发方面的长足进步和良好发展前景,这为国 内浮动式核电站的研发建设提供了契机。其次,我国对于 清洁能源的需求量正在不断攀升,政府为了促进核电的生 产发展,推出了一系列扶持政策,2016 年 12 月 30 日,国家能源局在其发布的《能源技术创新“十三五”规划》中, 将”建设海洋核动力平台”写入到相关规划中,并提出在 “十三五”期间开展 50-100MW 级海洋核动力平台的研制建造工作,并实现掌握自主知识产权的核心技术以及建立健全相关的标准规范体系。最后,我国的地理环境对浮 动式核电站有一定的需求,我国拥有较长的海岸线,沿海 作业项目较多,对于电力的需求旺盛,因此浮动式核电站 研发成为当前较为重要的课题。中国对于浮动式核电站的 研究目标是在开阔水域建设核电站,为石油钻井平台和沿 海岛屿提供电力,并实现对受灾海岸提供救援的目的。

2017 年 8 月 10 日,由中国核能电力股份有限公司牵头成立中核海洋核动力发展有限公司正式拉开了对海洋核动力装备开发、建造、运营和管理业务的序幕,并将业务延伸到相关产品如蒸汽、海水淡化等。这一系列举措为浮动式核电站在国内的研究开发奠定了良好的基础。目前, 浮动式核电站的研发方面已取得一定的成绩,如中核集团的 ACP100S 海上浮动堆和中广核集团的 ACPR50S 海洋浮动核动力平台。

4 结语

浮动式核电站是在对核能研究开发过程中产生的一种新的核电应用方式,不仅能够解决长期以来人们在核电生产过程中对人类生命财产安全的顾虑,同时能有效解决偏远地区、沿海区域的用电、用水、供热问题,与普通热力发电相比还能起到减少二氧化碳排放作用,对于满足人类能源需求,保护地球环境都具有重要意义。针对海上浮动式核电站的研究开发应用,各国都取得了一定的进展与突破。我国对该项目也进行了系统的规划,计划将来建立一系列小型浮式核电站,用于沿海石油开采以及偏远岛屿的供电供热及海水淡化需求。相信在不久的将来,海上浮动式核电站的前景会更加明朗。


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