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海上浮动核电站发展现状及政策标准

2020-09-16 14:43  来源:舰船科学技术    浮动核电站  核能发电  核能利用

海上浮动核电站是核电工程和海洋工程的结合,具有高效、灵活、经济等优点,是理想的海洋开发能源保障。本文主要分析研究了国内外海上浮动核电站的发展趋势、政策以及标准规范,介绍了国内外海上浮动核电站的发展情况,简析了俄罗斯和国际原子能机构针对其出台的相关政策和标准规范,探讨并展望了我国海上浮动核电站的发展前景,为我国海上浮动核电站的建设和安全标准体系的构建提供参考和借鉴。


海上浮动核电站是核电工程和海洋工程的结合,具有高效、灵活、经济等优点,是理想的海洋开发能源保障。本文主要分析研究了国内外海上浮动核电站的发展趋势、政策以及标准规范,介绍了国内外海上浮动核电站的发展情况,简析了俄罗斯和国际原子能机构针对其出台的相关政策和标准规范,探讨并展望了我国海上浮动核电站的发展前景,为我国海上浮动核电站的建设和安全标准体系的构建提供参考和借鉴。

0 引 言

海上浮动核电站,是利用海上浮动平台(如船舶)建造的可移动的核电站,又称海上漂浮核电站(floating nuclear power plant,FNPP)[1]。它既有核反应堆又有发电系统,是一个移动式海上平台。因其灵活性,可以在不同的海域灵活部署以达到能源供给。有助于矿产资源的开发,可以为沿海地区紧急供电,对偏远岛屿军民生产生活具有积极作用[2]。

严格来说,海上浮动核电站属于小型堆,应具有小型堆成熟的技术和环保、经济、高效的特点。可以为偏远岛屿和资源匮乏的区域提供能源供给,保障海洋能源。国际原子能机构(IAEA)定义小型堆为电功率 300 MW 以下的小型机组[3]。中小型反应堆的类型有:轻水堆、高温气冷堆、液态金属反应堆和熔盐堆。其中小型堆的代表堆型是轻水堆。目前,小型堆已成为世界各核电强国的研发热点,是开发应用国际核能的新趋势。

1 海上浮动核电站发展现状

1.1 国外海上浮动核电站发展现状

鉴于目前国外的发展状况,海上浮动核电站主要有以下 4 种类型[4-6]:圆柱式(Spar type)、重力座底式(GBS type)、驳船式(Barge type)、下沉式(Sub- merged type),如表 1 所示。

表 1 国外海上浮动核电站主要类型

美国于 20 世纪 50 年代首次设想建设海上浮动核电站,并建立了第 1 座海上浮动核电站(见图 1)。于 1963 年在“ 斯特吉斯” 号驳船上安装了核发电系统,1967 年投入使用,1968–1976 年间为提供充裕的电能,减轻运河的通行任务其使用于巴拿马运河。

1976 年该船因维护成本昂贵的原因,逐渐被停止使用,2014 年,该船正式宣布退役。2018 年,其被拆除处理完毕。

2014 年,麻省理工大学提出了一种新型的深海海上核电平台,即圆筒形浮动核电平台。该装置具有圆柱形状,通过多点系泊系统,将核反应装置安装在舱内,固定在海中。它可以保障系泊设计,安全性强,适用于深水。

俄罗斯原子能专家委员会 1993 年提出建设海上浮动核电站平台的建议,以解决远东等区域的能源供应问题,以满足北极天然气开掘方面的电力需求。原子能委员会于 2001 年宣布了该计划的实施,技术研发团队在核电破冰技术积累的基础上开展了关键技术研发。2007 年,“罗蒙诺索夫院士”号核电站开始建设(见图 2)。

法国 DCNS 公司提出了 Flexblue 浮动核电站的概念设计,它可以在水下利用核能进行发电,具有模块化的特征。该计划与 AREVA-TA 和 CEA 合作,并借鉴潜艇的设计理念。该平台由水面船舶运输到工作海域,并放置在距离海岸几千米 70 m 深的海床上。该平台的优点是可以避免波浪和台风等恶劣的海洋环境条件。

韩国提出了重力座底式的海洋核电平台这一概念(GBS)。将浮船坞型钢筋混凝土结构用作核动力发电装置的承载平台,可以很好地减小地震的影响。该海洋核电概念的类型处于陆上和海上核电站之间,可以部分减轻恶劣海洋条件对其载体造成的影响,但目前仍不能很好避免海啸的影响。

1.2 我国海上浮动核电站发展现状

我国的海上浮动核电站已处于起步阶段,近年来,中核集团、中广核集团等核电企业都不同程度在研发和推广小型核反应堆。目前,我国的海上浮动核电站处于初始建设阶段,虽起步相对于国外其他国家较晚,但在大功率船舶和岛礁海水淡化领域、沿海岛礁等提供电力供应、石油钻探等方面已形成共识。

2005 年,中国海洋石油总公司呼吁并组织实施海上核电站,解决渤海重油开采的能源需求和华南地区油气资源的开发问题。2007 年,中国核动力设计研究院以 ACP100 为基础,提出了 ACP100S[2],并开展了一系列研发和测试工作。2010 年,AP1000 成为中核集团的重点科技专项,其分为陆上和海上小型堆 2 种类型。

2015 年,国家发展和改革委员会正式将海洋核动力平台 ACPR50S 纳入到能源科技创新“十三五”规划中[9]。初步设计工作于 2017 年启动,预计 2020 年建成发电。为了保障部分偏远岛屿的天然气和石油的供电需求,中核集团在 2016 年着手建设我国第 1 座海上浮动核电站。2017 年,国防科工局领导指出,将在今后的 5 年间,大力发展我国海上浮动核电站的建设,保障近海的电力稳定。

针对渤海稠油油田热开采所需要的热能和电力的需求,中核集团中国核动力院联合中国船舶及海洋工程设计研究院,开展了 ACP25S 和 ACP100S 小型堆的论证工作[2],以适应海上油田的开发,增强其适用性。

2 国外海上浮动核电站政策标准研究现状分析

海上浮动核电站虽具有高效、环保、安全等不可比拟的优点,但其进一步应用发展会面临多方面的问题。海上浮动核电站的建造需要考虑诸多因素,针对安全和应急、设备设计和建造、运行和监管等多个方面,急需建立相关的政策标准规范。

总的来说,通过大量文献调研发现,针对海洋核动力平台,国际上相关法规标准并未健全,我国也未出台相关的法规标准体系。国际上针对海上浮动核电站的建设有总体指导和相关要求的只有《不扩散核武器条约》和《联合国海洋法公约》。除此之外,其他还没有针对其颁发相关政策标准[8]。N.S.Khlopkin,P.Zotov 在介绍俄罗斯民用核动力船舶发展的历史基础上,论述了核动力船舶的可靠性、安全性和生态清洁性,强调了建立核动力商船国际公认的标准、规则和安全操作规范的必要性。现阶段,浮动式核电站的设计依据主要有《IMO 核动力商船安全规范》、《海上浮式装置入级规范》、《海上移动平台结构状态动态评价及应急指南》、《海上移动平台入级规范》等相关规范,并参考俄罗斯的相关规范标准[ 9 – 10 ] 。2013 年,IAEA 发布了《可移动核电站法律、机制问题》的研究报告,针对船装移动核电站的一些法律法规、政策标准进行研究,对其适用性进行分析得出,船装可移动核电站因自身建设构造和所处环境的不同,在某些时候,会产生某些技术方面的问题[11 – 12]。

2.1 俄罗斯相关政策标准

俄罗斯“ 罗蒙诺索夫院士” 号核电站是世界上首座已出海作业的海上浮动核电站。与其有关的政策标准,对我国海上浮动核电站的建设具有指导和借鉴作用。《核动力船舶及浮动装置入级与建造规范》是俄罗斯船级社规范文件,该文件针对核动力船舶等入级检验,细致全面地作出了规定[13]。

俄罗斯海上核动力浮动核电站的相关政策标准可分为 3 个层级[14 – 15],如表 2 所示。


各层级相互协调、相互联系,共同构成了俄罗斯核动力浮动核电站的政策标准体系。各个层级的主要组成部分如图 3 所示。其中,低层级的国家或企业各部门颁布的非强制性国家标准和企业标准中,联邦标准和规范 89 个,核动力舰船相关安全指南 5 个[9],核动力舰船相关标准和规范 8 个[10],如图 4 所示。

2.2 国际原子能机构相关政策和标准规范

国际原子能机构所制定的安全标准是各缔约国根据相关国际公约来评价其遵循情况的强有力的工具之一。其包括安全基本法则、安全要求、安全导则、应急响应系列等,如图 5 所示。这些适用于国际原子能机构的各项业务,同时也适用于海上浮动核电站的安全标准,以应对突发的海洋事件,起到应急的作用。

IAEA 安全基本法则的目的是确定基本安全目标、安全原则和安全概念,这些是构成原子能机构安全标准及其安全相关计划的基础。详细阐述了基本安全目标的 10 项相关安全原则,并简要介绍了其目的。基本安全目标适用于所有造成辐射危害的情况。IAEA 安全要求包括核与辐射应急的准备和响应、设施和活动的安全评定、放射性废物的处置前管理、设施和活动的管理系统、核或放射紧急情况的应急准备与响应、IAEA 促进安全的政府、法律和监管框架等 7 个方面。分别对各方面在范围、制度和职能方面进行了详细说明。IAEA 安全导则针对核或辐射应急准备与响应准则、涉及放射性物质运输事故的应急响应的计划和准备、摄入放射性核素引起的职业照射评估、职业辐射防护这几个方面,从范围、要求等方面进行了介绍。

IAEA 应急响应系列从核或辐射紧急情况下的公众信息沟通和研究堆应急响应程序两方面进行了阐述。这些文件对海上浮动核电站安全标准体系的构建都具有指导意义。

3 我国海上浮动核电站发展前景分析

3.1 明确发展需求,细化规则制定

为应对海洋环境恶劣、引发核事故的外部偶发事件多、监测与应急手段受限、放射性后果预测不确定性大、海上应急救援难度大等关键问题,建设和发展海上浮动核电站具有重要意义。可以对偏远的岛屿进行海水淡化,为周边的城市提供能源。可以不用像陆上核电站一样考虑核电厂的选址和周边人口迁移的问题。针对临海国家和海洋面积众多的国家具有很好的应用前景。我国应根据自身的特点,明确发展需求,进一步细化我国海上浮动核电站的具体规则,在安保设施、应急能力和环境的适用性等方面定制具体目标需求,构建适用于我国海上浮动核电站的安全标准体系。

3.2 借鉴美俄相关成熟技术,深化国际合作

俄罗斯作为建立首座海上浮动核电站的国家,在其成熟的舰船核动力技术的基础上,“罗蒙诺索夫院士”号浮动核电站完成设计与建造,并在俄核动力破冰船上长期使用。目前专为北极和远东地区供电的“罗蒙诺夫号院士”号已经出海,主要是为偏远的工业企业、海上油气平台和港口城市提供电力。计划于2019 年投入试运行,取代比利比诺( Bilibino)核电站,成为世界上最北端的核电站。

美国模块化技术逐渐成熟,并有快速发展的趋势,可以为海上浮动核电站的反应堆提供更加高效可靠的技术支撑。同时要把握和关注其他浮动式核电站的设计,把握其先进性、可行性、经济性等。

3.3 维护海洋权益,建设海洋强国

近年来,我国对海洋权益的重视度逐步增加。与此同时,我国的海洋权益也受到其他国家的侵犯。例如,美国一再以“ 航行自由” 为借口进行南海挑衅, 侵犯我国海洋主权。建设海上浮动核电站,可以更好地维护我国的海洋权益,更好地发展我国能源强国战略,提升我国的国际地位。

为更好地建设海洋强国,维护国家利益,保障我国海洋周边的海洋资源不被其他国家开采和掠夺。海上浮动核电站在海水淡化和能源供给方面有着举足轻重的作用,建造并发展海上浮动核电站可以提升周边岛屿居民的生活水平,更有利于守护我国海疆。在当前全球能源发展形势下,基于我国海洋强国战略背景,建造和发展海上浮动核电站具有一定的价值。

4 结 语

海上浮动核电站是核电工程和海洋工程的结合。其选址条件相对宽松,经济性较强,有抵御自然灾害和事故的天然优势,未来将具有很好的应用远景。到现在为止,全世界与海上浮动核电站有关的政策标准极其不完善,法律法规还未成熟,都还在初步建立阶段,使得其发展受限。国际原子能机构已经开展相关研究,俄罗斯也制定了管理监管体系和相关标准规范。我国在海上浮动核电站的建造方面还处于起步阶段,在监管和运营方面具有很大的不确定性,未建立相关的成熟标准体系。因此,建立海上浮动核电站相关标准体系显得尤为重要。我国需要统筹海上浮动核电站技术标准需求,从而解决设计、建造、运营等多方面的问题,从而更好地解决海上发电、海水淡化等问题。




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