漂浮式核电站工作原理

2021-09-08 11:44    漂浮式核电站

几十年来,核电一直是相当有争议的话题,漂浮式核电站更具争议。漂浮式核反应堆在俄罗斯以及北欧地区引起很大兴趣,人们认为漂浮式核反应堆是未来北极地区能源发展的方向,因为气候变化导致其海冰和冰川不断融化。


几十年来,核电一直是相当有争议的话题,漂浮式核电站更具争议。漂浮式核反应堆在俄罗斯以及北欧地区引起很大兴趣,人们认为漂浮式核反应堆是未来北极地区能源发展的方向,因为气候变化导致其海冰和冰川不断融化。

在这些融化的冰川下面蕴藏着丰富的自然资源,人类甚至从未见过这些资源,更不用说开采了。我们需要建立起开发这些资源所需的基础设施,这就是漂浮式核电站的作用。

如何建造一个漂浮式的核反应堆?

首先,漂浮式核反应堆并不是把核反应堆装在船上那么简单,但也并不复杂。

需要建造特殊的船只来容纳反应堆,在船上建造核反应堆的想法并不是一个新概念。军用潜艇和北极破冰船已经由核反应堆提供动力,所以这个想法与其说是在船上增加一个核反应堆,不如说是让核反应堆成为船的全部。

这显然需要不同的设计及相应的安全设备以及新的核反应堆。但最重要的因素可能是使其免受极端天气和海啸的影响,这些灾害可能会使船舶沉没或损坏,导致核泄漏。

比如1986年乌克兰的切尔诺贝利核事故,还有最近在日本的福岛,15米高的海啸使福岛第一核电站的三个反应堆的电力供应和反应堆冷却失效。当然,这些都是地面的反应堆。那么,一艘船如何应对这些问题,如储存反应堆使用的高放射性废核燃料棒。

阿卡德米克-罗蒙诺索夫是俄罗斯第一座漂浮核电站,于2018年完工,以压水反应堆的形式,通过产生加热的高压水,将其热能传递到二次系统中的低压水,以产生蒸汽。

与船上的核反应堆类似,放射性废物的问题是一个巨大的挑战,因为它以放射性液体的形式存在。压水反应堆还有一个潜在问题,即事故时放射性物质可能散逸大气中。

丹麦的Seaborg技术公司认为,解决这个问题的办法是在其漂浮核反应堆设计中使用熔盐反应堆。这样,与核燃料混合的氟化盐在500℃以上形成液体,让它流入和流出反应堆。

与压水反应堆不同,如果反应堆室被破坏,熔盐不会猛烈爆炸形成蒸汽。相反,当熔盐暴露在空气中时,它会硬化成岩石,很像熔岩,这虽然包含了放射性物质,但却更容易处理。

不过,熔盐反应堆也有其自身的问题,特别是腐蚀。热盐在海洋环境中腐蚀性很强,所以建造核反应堆需要特殊的屏蔽装置,可以承受甚至不锈钢都无法承受的那种腐蚀。

为什么要建造一个漂浮的核反应堆?

漂浮核反应堆的意义何在?主要是,漂浮核反应堆能为偏远地区的工业和住宅提供大量电力。例如,阿卡德米克-罗蒙诺索夫号正在为俄罗斯北部城镇Pevek及该地区的一个海水淡化厂供电。俄罗斯还批准了另外五个漂浮核电站在其北部的北极海岸线上运行。

除了为俄罗斯一些最孤立的地区提供电力外,这些发电厂还为工业生产和社会发展提供电力,并向那些因冰川消融而浮出水面的新陆地延伸。

在俄罗斯之外,漂浮核反应堆可用于帮助世界上电力匮乏的地区、灾区恢复供电。

美国在20世纪60—70年代初在巴拿马运河运营了一座漂浮核电站,但是那远不如Seaborg Technologies和俄罗斯Rosenergoatom等其他公司的核电站宏伟。

Seaborg技术公司希望最终每年生产数百个漂浮核电站,声称这些反应堆与类似规模的煤电厂相比,在反应堆的生命周期内至少可以抵消3360万吨的二氧化碳。

“世界需要能源,但我们也需要去碳化”,Seaborg联合创始人兼首席执行官Troels Schönfeldt说。“我们的产品很有竞争力,利用现有的生产能力,我们每年可以部署数百个反应堆。”

毫无疑问,这是一个重要的目标,甚至一些原本支持环境政策的人也说,如果不增加核能生产,为应对气候而实现经济脱碳是不可能的。

然而,正如其他人所指出的,建设安全的核电需要大量的时间——当谈到应对气候变化时,我们几乎没有这样的时间——所以把我们的气候希望寄托在核电上以拯救我们。

漂浮核反应堆的局限性是什么?

首先,需要足够的水域供其漂浮,所以要么在开放的海洋,要么在足够宽的水道,如大河。

如果漂浮式核电站所在电网没有与孤立的内陆地区相连,则其对改善内陆的电力供应毫无帮助。

如果为受灾地区提供能源,漂浮式核电站发挥作用的前提是受灾地区的电网运转正常。

2017年,玛丽亚飓风摧毁了波多黎各,在该岛的一些地区停电数月。问题并不在于某一个发电厂出现故障,而是全岛的供电线路被摧毁。

直到2019年3月,波多黎各的所有居民才正式恢复供电,这距离玛利亚席卷该岛几乎过了整整两年了。电力基础设施问题是漂浮式核电站无法解决的,所以其对救灾的效用也同样有限。

漂浮核反应堆有什么风险?

核电的支持者们很快就指出,考虑到全世界很多核电站在运行,核电的安全记录实际上非常好。

目前世界上只有443个正在运行的核反应堆,所以在评估核事故的风险时,必须考虑样本库的大小。抛一次硬币的结果是正面,不能用这个来说明抛硬币永远不会出现反面。

截至2021年4月,全世界已经有190座核电站退役,目前可运行的商业核电站总数约为449座。已经发生了一些备受瞩目的重大核事故,包括1957年的凯斯蒂姆、三里岛、切尔诺贝利和福岛等核灾难。

在福岛核事故之后,研究人员分析了过去所有的堆芯熔化事故,事故率为每3704个反应堆运行年1次。研究结果还表明,可能会出现比预期更严重的核事故。

普林斯顿大学的核专家Harold A Feiveson写道,尽管核电站已经变得非常可靠,“发生严重事故的几率是每个反应堆年的百万分之一,未来全球1000个反应堆的将面临每10年发生这种事故的几率为1%。概率也许很低,但考虑到其严重后果,还是不能忽略不计”。核电无疑是一个高风险高回报的领域,即使核事故的绝对数量仍然很小。

至于极端天气事件和海啸,漂浮核电站的支持者坚持认为这些船只可以抵御这些灾害。但该观点不仅尚未得到证明,而且似乎并不可靠。

公海上的飓风和海啸是非常危险的,但远没有海岸线上的危险,在海岸线上,水流入经常有人居住的沿海地区,导致巨大的风暴潮和更危险的情况。任何漂浮的核电站都会像海岸线上的其他大型船只一样容易受到这些力量的影响。

虽然这在俄罗斯北部可能不是主要问题,但非洲、南美和亚洲的几个国家过去曾对漂浮核电站表示过兴趣,而且随着俄罗斯和其他国家开始大规模生产漂浮核电站,人们的兴趣可能会越来越大。

当你生产大量这种漂浮核电站时,肯定会有事故发生。就好比将硬币抛一千次,漂浮式核电站的真正风险将比现在更清晰地显现出来。

归根结底,漂浮式核电站所带来的实际风险并不为人所知,因为我们根本没有足够的样本量来明确地衡量它。值得庆幸的是,我们拥有大量过去核事故的经验和数据,虽然这些事故是我们不想看到的。

随着未来几十年开发北极热潮的升温,为北极的钻探和采矿作业提供动力,并为那些工作的人提供电力和清洁水,将成为那些对北极资源有要求的国家越来越优先的选择。

随着饮用水在全球变得更加稀缺,海水淡化将成为人类更重要的水源。因此,即使有核事故的风险,对许多人来说,死于口渴的风险将更为直接。

无论我们喜欢与否,大规模生产的漂浮式核电站很可能是未来的趋势。



深圳核博会

图为技术


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