目前,我国渤海湾海洋石油开采提出了明确的能源需求,稠油热采也需要热水和超临界蒸汽;而在海南省三沙市的永暑礁、美济礁、渚碧礁,这些孤岛同样有着深水远程补给、深海原油开采,以及能源供应需求,上述问题都可以借助海上海洋核动力平台来提供能源。
海上浮动核电站是小型核反应堆与船舶工程的有机结合。在民用领域,这种小型的、可移动式的核电站是将陆上核电站的缩小版安装在船舶上,既可为偏远岛屿供应安全、有效的能源供给,也可为远洋作业的海上石油、天然气开采、供热和海水淡化提供可靠、稳定的电力,也可为破冰船提供推进动力,在军事领域也有很多用途。有用电需求时将电站拉过来,不需要便可用船将电站拉走。
1963年,美国马丁˙马丽艾塔公司为美国军方设计了MH-1A核电装置,为缺电的巴拿马运河区供电,放置在第二次世界大战期间建造的“自由号”轮船上。2009年俄罗斯开工建造了“罗曼诺索夫号”浮动核电站,并于2016年交付。
“罗蒙诺索夫号”排水量为2.15万吨,装配有两个KLT-40型核反应堆,能提供70兆瓦的电力以及300兆瓦的热力供应,保障一个人口达20万的城市电力及热水供应。此外,通过重新设置,“罗蒙诺索夫号”还能变成海水淡化处理厂,每天生产24万立方米的淡水。根据规划,俄罗斯还将建设一批浮动式核电站,为大型工业项目、港口城市、海上油气钻探平台提供能源。
我国海上浮动核电站已被列入"十三五"核工业发展规划。目前,中国第一座海上浮动核电站中广核海上小型堆ACPR50S海洋核动力平台项目正式启动。海洋核动力平台属国内首创,平台技术是我国具有自主知识产权的核心技术,对我国开发利用新能源和全球能源的发展具有重大意义和深远影响。
浮动核电站就是续航极强的充电宝,消除了能源输送的障碍,非常适用于孤岛、远洋、极地等特殊地点。海上浮动核电站除了为中国岛礁上的基础设施提供电力、生产淡水这类实际用途外,还有支撑中国海上强国地位的重大意义。对于拥有18000多公里海岸线和300万平方公里管辖海域、多年蝉联能源消费总量世界第一的中国而言,海上浮动核电站,无疑是未来海上能源保障的重要选项。
海上浮动核电站(也称浮动堆)是否安全?其实,离岸小型模块化浮动堆的安全性优于目前在运的陆基核电站。浮动堆功率较小,设计上采用更先进的理念,本身固有的安全性就很高。
浮动堆处于远离陆地的海上,不易受地震和海啸影响,即便发生地震,震源的地震波也不会被海水传递。而且海洋本身也可以作为一个应急的散热器,在极端事故情况下,浮动堆可将海水引入船体内,阻止堆芯熔化进程,保证反应堆安全。由于浮动平台体积小,它们可被牵引到专门的场所进行集中维护和处理。
浮动核电站的技术原理其实并不神秘,只是将原本建造在陆地上的核电站安装在船舶平台上。但是,由于陆地和海上条件差异很大,相关的技术要求不尽相同,海上浮动核电站的设计、建造和运行都面临特殊的技术难题。
随着中国海洋战略的实施,海洋资源开发活动日益频繁,海上浮动堆的技术攻关步伐提速,各大核电企业纷纷加快小型核反应堆研发和推广,起步时间虽有不同,但发电、供热、海水淡化等工业化和市场推广早已是业内共识。
ACPR50S海洋核动力平台项目已纳入能源科技创新“十三五”规划。ACPR50S系列是我国(下称中广核)自主研发、自主设计的海上小型堆技术,单堆热功率200MW,可为海上油气田开采、海岛开发等领域的供电、供热和海水淡化提供电力。目前,中广核正在开展ACPR50S小型堆示范项目的初步设计工作,预计2020年建成发电。
目前渤海海上石油开采所需能源为原油或有限的伴生气,原油发电成本大约2.0元/千瓦时,而海上核能发电成本约0.9元/千瓦时。ACPR50S核发电系统与海上常规能源(柴油发电)相比,ACPR50S首台机组在经济性方面就具有一定的竞争力,批量化(4台以上)建设后,建造成本预计下降25%,经济性会更好。
具体到ACPR50S的“半潜式深吃水”设计,主要是针对反应堆堆芯布置,堆芯活性段位于海平面以下,可以实现以海水作为最终热阱的设计;在极端事故情况下,核电站可通过引入海水,阻止堆芯熔化进程,充分保证反应堆的安全,实质消除放射性物质的释放,不会给厂区外公众造成辐射危害。
ACPR50S设计采用的是中国民用核设施法规标准,利用海上浮动平台作为核电站承载平台,主要为用户提供稳定的电力、热力等综合能源,关注的是民用核安全性和高效的经济性。