漂浮核电前景广阔

能源阿阳 2023年2月14日浏览：1437

1968年7月，美国陆军向巴拿马运河派出了世界上第一座漂浮式核电站—斯特吉斯号，以帮助解决地区水电站短缺的问题，该问题是由严重的干旱引起的，并因运河区船舶运输量的增加而恶化。斯特吉斯电厂（图1）拥有一个45MW产热/10MW发电的MH-IA压水反应堆（PWR），也是美国陆军制造的最后一个反应堆。它一直运行到1976年，比最初预计的时间长了五年。在美国和巴拿马谈判期间，由于担心暴力行为可能会破坏该反应堆，该反应堆产生了356GWh的电力，直到军方将其从该地区撤出。

漂浮核电前景广阔的图1

斯特吉斯号展示了浮动核电的关键特型，即可靠性和灵活性。尽管工业界做出了巨大的努力，如西屋公司20世纪70年代的“海上电力系统”计划和公共服务电力和天然气公司的4.6GW大西洋核电站。但是，在全球迫切需要增加新核电以应对现代电力挑战的推动下，人们对漂浮式核电站的兴趣似乎正在增强。

关键的卖点——灵活性

漂浮式核电站的关键卖点是灵活性。行业观察家认为，新兴的设计可以加速核电模式的转变，从今天的大型集中式电站，转向分布式发电，以满足电力以外的多种能源消费需求，包括热能、海水淡化以及氢气和氨气的生产。

此外，专家们注意到，核动力实际上早于商业核工业，其制造方法已经在商业造船厂中广泛存在。而且，正如电力研究所（EPRI）在最近的一份报告中所指出的，20世纪70年代的大西洋核电站也已经建立了监管先例。

在整个20世纪70年代，一家私营企业建议，由州和联邦政府对近海电力系统的监管审查。该建议涉及多个工厂制造的浮动反应堆，将被安置在美国东海岸外。在美国，监管审查“总体上是积极的”，并形成了一份最终的环境声明，其中包括建议颁发许可证，在一个类似船厂的专门设施中建造核电站。

然而，时至今日，只有另外一个漂浮式核电站已经实际部署到位。Rosatom的驳船式Akademik Lomonosov电厂于2020年5月开始在西伯利亚北岸的偏远矿区Pevek供电和供热。该工厂包括沿海基础设施和一个配备了两个35MW KLT-40S热中子压水堆的漂浮式发电装置。

在俄罗斯，更多的项目正在酝酿之中。中国船厂惠生重工于2022年8月在楚科奇自治区的纳格利宁角附近启动了四个浮动发电厂中的第一个，用于海上作业。该项目预计到2027年在俄罗斯北极地区应用，届时将安装两个RITM-200S压水堆安装在一个140米长的驳船上，合计装机105MW。

“这个项目对我们来说很特别，有几个原因：Atomenergomash有史以来第一次将自己确立为漂浮动力装置的供应商，我们负责从头到尾的全部流程。第二，我可以说这是整个［漂浮式核电站机组]家族历史的开始，具有各种容量和广泛的用途，包括北极和热带版本”，Atomenergomash公司总经理Andrey Nikipelov说。

在北美，NuScale Power和Prodigy Clean Energy（加拿大小型模块化反应堆海洋发电厂的设计者）在2022年10月宣布了他们“可运输的基于海洋的小型模块化反应堆（SMR）发电设施”的新概念设计，该设计基于NuScale的陆上VOYGR发电厂产品。这一里程碑标志着两家公司将把“一个有竞争力的海上SMR设施推向市场”。

Prodigy表示，其SMR海洋电站（MPS，图2）可以容纳1至12个NuScale功率模块，总输出功率为924MW。它补充说：“与陆地部署相比，使用Prodigy公司的技术来部署NuScale VOYGR SMR电站的好处是，首先在船厂制造和装备整个海洋设施，从而实现快速交付。

漂浮核电前景广阔的图2

“进一步的优势包括大幅减少资本支出、加快项目进度、最大限度地减少场地准备、减少环境影响，这通常是传统场地建造的核电站所不具备的。海洋设施的设计是标准化的，可以在各种场地部署，并可进行系列化生产。

熔盐反应堆的漂浮式平台

在亚洲，驳船式先进反应堆概念的开发也在加快。2022年12月，认证机构和核电技术开发商必维国际检验集团（BV）宣布，与Thor Con公司签订了一项协议，对在印度尼西亚运营的500MW熔盐核电驳船进行技术鉴定和“后续开发”。

该计划将一个熔盐发电厂整合到一个浮动的驳船船体中，该船将被拖到一个浅水区，然后被压载到海床上。来自必维国际检验集团核认证部门和海洋与离岸部门的专家将在整个过程中进行合作。BV说，“一个关键的工作领域将是确定适用的标准、规范和等级规则，明确与目前可用的标准、规范和规则的潜在差距，并在必要时制定新的指导说明和规则。”

BV预计，技术鉴定过程将至少需要三年时间。如果成功的话，将需要另外两年时间部署。Thor Con公司将把东南亚作为其第四代先进核电产品的主要市场，对于该公司来说，技术鉴定标志着一个重要步骤。该公司说，它已经与印度尼西亚邦加-比利通省、印度尼西亚国家电力公司PLN和该国的核能监管机构BAPETEN就示范和最终安装500MW发电厂的潜在地点进行了讨论。“与目前的核反应堆不同，Thor Con反应堆在低压下运行并使用液体燃料。公司称：“液体燃料使工作温度高得多，能获得更高的效率，同时也实现了完全的被动安全（不需要人为操作，也不需要对电源进行干预以停止反应）”。

另一个分别取得类似进展的漂浮式核反应堆液体燃料概念是由韩国三星重工（SHI）和丹麦技术公司Seaborg Technologies带头提出的。1月初，三星重工报告说，其紧凑型熔盐反应堆（CMSR）动力驳船获得了美国船级社的原则批准（AIP）。美国船级社的AIP标志着技术鉴定过程中的一个重要里程碑，该过程由全球船级社和技术咨询服务提供商监督，基本上确认了拟议的早期概念符合所需的行业规范和标准。

Seaborg在2017年推出的CMSR概念（图3）是一个250MW产热/100MW发电的熔盐反应堆，设计用于模块化浮动核电驳船。该概念源于Seaborg的第一个反应堆设计工作，即熔盐热废炉（MSTW），这是一个陆地上的270MW产热/115MW发电的熔融氟化盐反应堆，它具有石墨慢化剂。

漂浮核电前景广阔的图3

在这些反应堆中，熔盐既是液体核燃料，也是在闭环初级系统中的持续循环的冷却剂，在大气压或接近大气压下运行。Seaborg解释说：“反应堆堆芯是由燃料/冷却剂管道阵列形成的，这些管道在反应堆容器内穿过慢化剂”。

CMSR使用了一种“专有的液体慢化剂”，使反应堆堆芯的尺寸约为具有可比功率等级的石墨慢化剂堆芯的1/8，如MSTW。Seaborg指出，这种规模非常适合于海洋应用，这种设计也很有利于的安全和油加注。熔盐反应堆的设计是通过定期调整熔融燃料/冷却剂中的浓缩氟化铀盐的数量来进行在线加油，以维持近期的电力运行。在紧急情况下，整个库存的熔融燃料/冷却剂可以从主系统排入反应堆下的临界安全排水槽。相反，民用船用压水堆包含足够的浓缩铀，以维持在两次加油之间持续数年至十年的运行周期。海上压水堆的严重事故现象可能包括反应堆堆芯中的氢气生成（来自热锆水反应）和堆芯熔化。这些事故现象不可能发生在CMSR中。

Seaborg的概念被设计为安装在平底的无动力驳船上，由至少三个模块化部分组成：船头、容纳2至8个CMSR的动力模块和“控制部分”。2022年4月，Seaborg与SHI建立了重要的合作关系，制造和销售“可停泊在工业港口并连接到陆上电网的”交钥匙电站。这些合作伙伴还发起了一项任务，开发由CMSR提供动力的氢气生产和合成氨工厂。然而，他们指出，这些装置的设计“将被优化，以便在SHI的船厂进行有效的系列建造”。

作为一个模块化的漂浮式发电厂设计公司，CMSR可以在24年的使用寿命内向电力紧张的发展中国家提供高达800MW的电力。该公司称：“选址和设施方面的限制相对较少，施工期短至两年左右，而且成本低。目前，SHI计划在完成所有发电设施的详细设计后，于2028年实现CMSR动力驳船的商业化。”系列化生产可能在2030年开始。这两家公司承认，鉴于缺乏充分解决新型海洋反应堆设计的核安全问题的成熟法规，这个时间表可能是乐观的。