新加坡核能规划

2023-10-06 11:28  来源: 嘿嘿能源heypower    新加坡核电  小堆  SMR  沸水堆

在新加坡这样人口稠密的国家建立核电站,会出现独特的挑战和风险。尽管如此,由于核能的高容量因数和可靠的发电能力,被认为是新加坡的净零选择。那么该如何管理其中的风险?


在新加坡这样人口稠密的国家建立核电站,会出现独特的挑战和风险。尽管如此,由于核能的高容量因数和可靠的发电能力,被认为是新加坡的净零选择。那么该如何管理其中的风险?

1、风险与解决方案


在新加坡这样人口稠密的国家建立核电站带来了独特的挑战和风险

新加坡制定了宏伟的目标,到2050年实现净零排放,这促使该国努力探索低碳替代品,以减少对化石燃料的依赖,并使其能源结构多样化。

新加坡目前86%的能源消耗来自石油和其他燃料,其中天然气占13%。

同时,新加坡必须进口三分之二的原油,主要通过管道和液化天然气进口天然气。大量的能源进口不仅导致新加坡损失了大量外汇储备,还对该国的能源安全构成了风险。

核能不依赖天气,所需燃料也相对较少。与此同时,储存用于核能的铀是加强新加坡长期能源安全的可行解决方案。

因此,新加坡能源2050委员会已将小型模块化反应堆(SMR)确定为电力行业脱碳和提高能源安全的可行选择。

尽管核能对新加坡有潜在的好处,但在这样一个人口稠密的国家建立核电站带来了一定的挑战和风险。

与核能相关的风险,不仅仅是技术风险,也是社会学和环境风险。

许多自然资源保护主义者仍然反对使用核能,因为他们担心核能可能对人口、环境和邻国构成高风险——包括放射性暴露造成的人员伤亡和健康风险、恐怖袭击等安全威胁以及环境污染。

全面的风险分析可以深入了解人口稠密国家核能的风险和收益,可用于就核能的使用做出明智的决定。


新加坡各领域能源消耗情况

在开始核项目之前,彻底考虑、评估和评估所有潜在危险至关重要。

为此,应组建一支训练有素的专家团队,包括来自各个领域的科学家、工程师和专家,深入了解核能技术、程序、计划、控制措施和风险,并在核安全问题上担任政府顾问。

确保核能安全运行的关键因素——严格的治理、健全的安全程序和有效的措施。通过将这些元素与核技术和核电站设计的最新进展相结合,可以显著降低核事故的概率。

2、运行SMR的“领结”分析


像BWRX-300这样的SMR是低碳能源生产的一个有吸引力的选择。

核电站的运行存在多种潜在危害,这些危害可能对公众健康和环境造成严重后果。

自然灾害,如地震、恶劣天气、野火和洪水,这些都有充分的历史记录。

核电站设计、维护和运行中的人为错误也会导致关键设备的故障。

此外,核电站也容易受到蓄意破坏、恐怖主义和网络攻击造成的蓄意伤害。

核灾难的经济影响可能超出当地地区,对财产、企业和投资造成损害,并可能对邻近社区的健康和福祉产生影响。

建造核电站对新加坡的邻国马来西亚和印度尼西亚等也是同样重要。

考虑到这些后果,如果舆论与公共关系管理不当,对核灾难的恐惧可能会导致对核能的广泛怀疑,可能会产生进一步的社会和心理影响。


图1. 对反应堆故障模式的分析表明,设计缺陷是最常见的,并揭示了SMR在新加坡等人口稠密地区的部署。

基于已识别的危险和潜在后果,定性领结图(图1)直观地显示了核电站的潜在处理、潜在后果以及预防或减轻这些后果的建议障碍。

3、反应堆类型比较分析

为了进一步加强领结图中描述的广泛的控制措施,收集和彻底分析过去事件的数据至关重要。

这一过程能够识别此类事件的原因,检测模式和趋势,并制定有效的解决方案来减轻风险。

这项研究旨在确定对核事故影响最大的反应堆类型,以及安全系统故障的常见原因。

然而,委员会指出,此类事件主要涉及大型常规反应堆,可能无法准确反映新加坡正在考虑的SMR相关的安全风险。

SMR作为能源市场的首选,由于其提供灵活、负担得起和低碳能源的潜力,越来越受欢迎。

然而,鉴于SMR核事故的出现和独特的设计,目前关于SMR核事件的可用数据有限。

为了解决这一差距,这项研究依靠核事件数据库来扩大可用信息,并为新加坡政府制定合理的建议。


切尔诺贝利核电站和福岛核电站均为沸水堆。

根据分析,压水反应堆(PWR)是核事件中最常见的反应堆类型,在1256起事件中占784起(62%),其次是沸水反应堆(BWR),共382起(30%)。

进一步的分析表明,核事件的原因各不相同。

根据这些数据,设计残差是PWR和BWR核事件的主要原因。

因此,在新加坡设立SMR时,考虑本质上更安全的设计是很重要的,在设计阶段必须解决可预见的运营风险。

为了防止操作员错误,可以进行设计验证和测试,以确保操作是稳健的,并且系统可以保护操作不受操作员错误的影响。

虽然新加坡不太可能经历地震或海啸等可能引发核事故的自然灾害,但岛上偶尔会感受到邻国地震带来的震动。

因此,仍然建议设计和建造能够承受地震和其他自然灾害的SMR,以增加安全裕度。

根据2011年福岛第一核电站事故的教训,这也是美国核管理委员会对所有核电站的要求。

4、新加坡SMR改造

就像中国正在建设的SMR一样,未来可能为新加坡供电。

为了确保核设施的持续安全和可靠性,以及获得宝贵经验和测试新技术,建议在建造全面核设施之前实施一个改造SMR的试点项目。

通过用先进的安全功能和监控系统改造SMR,我们可以在受控环境中评估其性能,并在扩大到更大的设施之前进行任何必要的改进。

SMR需要一个半径小于0.3公里的应急规划区(EPZ)。

新加坡现有的三个发电站位于远离人口稠密居民区的工业区。发电站和人口稠密地区之间的大致距离表明,三个发电站中的任何一个,都可以在与人口稠密地区保持安全距离的同时进行SMR改造。

通过分层聚类分析,圣诺哥发电站已被确定为最适合初始转换的候选电站,未来有可能对其他两个发电站进行改造。

选择圣诺哥发电站作为SMR改造的候选电站是基于几个因素,包括其超过30年的使用年限和对排放高二氧化碳的石油的依赖。

在对电站的各个电厂进行彻底评估后,日立1983蒸汽热电厂,特别是G7-243MW或G8-250MW,被确定为最适合使用SMR进行改造的选择。

为了确保改造后的核电站安全高效运行,建议在该项目中使用集成压水反应堆(iPWR)。这种陆基水冷SMR的功率范围为151 MWe至250 MWe,可与G7-243MW或G8-250MW油基工厂相匹配,实现一对一的改造能力。


NUWARD的SMR工厂(图片:Nuward)

包括NUWARD、W-SMR或mPower在内的几种型号适用于该项目。

SMR的改造也可能带来一些施工和运营风险,可以通过使用数字孪生软件和机器学习来缓解。

实现数字孪生软件和机器学习以模拟和评估SMR的性能,将是SMR改造过程的重要组成部分,从而在部署前对技术进行彻底测试和优化。

数字孪生模型可以通过提供虚拟环境进行测试和优化,帮助识别和预防潜在的安全隐患,如失控反应或安全壳损毁。

机器学习技术,如监督学习,可以通过检测异常和预测潜在故障来确保SMR的安全运行。

另一方面,无监督学习可以通过分析模式和确定改进领域来优化所有设备的维护和生命周期成本。

将数字孪生软件和机器学习纳入SMR改造过程可以确保这些反应堆的安全高效运行。

这种方法将使我们能够尽早发现和解决潜在问题,最大限度地降低风险,确保设施的长期可持续性。

5、SMR的固有安全设计

根据比较分析,设计错误已被确定为核事件的主要原因。

为了减轻这种风险,新加坡拟建的iPWR必须设计为固有安全,具有一系列先进功能,包括:

在正常和紧急情况下,能够在没有操作员干预的情况下运行三天以上,以应对任何设计基准事故和电力供应损失。

最先进的全数字核仪器和控制(I&C),由内部电池供电,可在无内部或外部电源的情况下进行长达三天的安全状态监测。

在维护仪控时,保持反应堆运行的过程仪控独立于其他过程仪控,远程记录并实施基于预测的维护。系统数据由远程控制室的一个专门团队控制,以保护系统免受网络攻击。

堆芯熔毁事故的主动和被动安全管理。

核电站堆芯熔毁

核安全的另一种被动方法是使用堆芯熔毁的容器内滞留,它可以包含核电站内发生堆芯熔化事故,从而消除了对周围环境地区采取疏散措施的必要性。这使得能够在工厂边界内建立一个较小的应急规划区。

此外,半埋(25米)的地下核配置可以防止潜在的恐怖主义行为或恶意商业飞机坠毁,以及放射性物质的释放。

该功能为防止事故和风险提供了额外的保护层,确保了工厂和周围环境的安全。

6、应急准备


根据新加坡能源市场管理局一份新报告,核能可以帮助新加坡电力部门在2050年前实现净零碳排放,核能可以满足新加坡能源需求的10%左右。

尽管采取了安全措施,事故仍有可能发生。

因此,在新加坡这样人口稠密的国家,制定一个全面的现场和场外应急响应计划,以管理可信的核电站紧急情况,这一点至关重要。

该计划必须考虑与核设施运行相关的挑战、限制和风险。

在新加坡发生核事故时,场外应急计划是确保人口和环境安全的一个特别重要的组成部分。

工厂运营商和当地政府必须共同努力,确保采取必要措施保护民众免受与工厂运营相关的潜在威胁和危害。

为了确保在新加坡运行的核电站的场外应急响应计划取得成功,与当地社区接触并向他们提供有关核电站运行、安全措施和应急响应计划的必要信息也是至关重要的。

管理新加坡的核紧急情况带来了许多挑战。

有限的陆地空间面积使寻找合适的疏散地点变得困难,而高人口密度使保护人口变得困难。

有限的资源和后勤问题,包括医疗和应急专家和专业人员、设备、空间、基础设施和物资的短缺,使应对核紧急情况更加复杂。

与当地和邻国的协调与合作也带来了挑战,各方的不同目标和优先事项可能导致在制定统一方法方面出现延误,使决策过程变得困难。

因此,有必要进行进一步的研究,以应对这些挑战,并制定有效的战略来管理新加坡的核紧急情况。

建议新加坡政府制定与核安全、运营和紧急情况相关的法律要求,并推动国际核研究合作,以交流核安全领域的知识和经验,并获得核设施的使用权。

政府还应通过能力提升模式培养核能劳动力,以满足该行业未来的需求,并通过提高认识运动让公众参与核能,寻求他们的反馈,以更好地合作,并了解能源管理的未来可持续性。

7、新加坡核能的下一步行动


新加坡胜科发电厂

为了在2050年前为全面的核设施做准备,这项研究建议进行一个试点项目,将SMR改造成现有的发电站。

强烈建议实施本质安全的集成压水堆(iPWR)SMR,因为它能够将紧急情况控制在现场边界内,从而消除大规模紧急疏散问题。

虽然过去的大多数核事件与新加坡完全无关,但这些事件确实突出了制定与核安全、运营和紧急情况相关的法律要求的重要性。

这对于确保新加坡为应对潜在核事件做好充分准备和装备是必要的。

此外,推动国际核研究合作可以促进核安全领域的知识和经验交流,进一步提高国家的准备和应对能力。

还建议新加坡政府通过能力提升模式培养核能劳动力,以满足该行业未来的需求,并通过提高认识运动和反馈机制让公众参与核能,以更好地合作和理解能源的可持续管理。

核工作队可以与政府合作,制定法律要求,推动核研究合作,教育公众,培养核工业劳动力。

通过实施这些建议,新加坡可以建造使用这种安全可靠的核动力源,迈向更可持续的能源未来。

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