揭秘漂浮核电站

陈钊 2014-04-26

今年5月份，在俄罗斯总统普京访华期间，中俄两国签署了《全面核电合作谅解备忘录》，决定合作建造漂浮核电站。此消息一出，漂浮核电站这一新奇而又陌生的名词瞬间吸引了众多媒体的关注。那么，这个新奇而又陌生的漂浮核电站到底为何物，让我们一起来看了究竟。

漂浮核电站的历史轨迹

        严格来说，漂浮核电站并不是一个全新的概念。早在1969年，美国新泽西公共服务电力和燃气公司副总裁理查德·埃克特便提出过在新泽西海岸边建造漂浮核电站的建议。当时，美国能源巨头西屋公司还专门成立一家名为“离岸能源系统”的子公司，负责漂浮核电站的设计和建造，并计划于1980年左右建成8座漂浮核电站。但是，随着美国经济在70年代进入滞胀时期后，该计划也就不了了之了。

        尽管美国的商用漂浮核电站计划没能顺利推进，但其在军事领域却早已取得了实质性的进展。作为美国军事核能计划的一部分，美国于1963年开始建造世界上第一座漂浮核电站，命名为“斯特吉斯”号。“斯特吉斯”号漂浮核电站的电功率为10兆瓦，主要用途是为边远地区和特殊地区提供电力和热源。1968-1975年间，由于越南战争爆发和苏伊士运河关闭的缘故，美国通过限制水力发电量来提高巴拿马运河的航运能力，从而导致该地区电力供应不足。这个期间，“斯特吉斯”号漂浮核电站便被派往巴拿马运河地区服役，为当地提供电力。1976年，由于美国军事核能计划的停止和高昂的运行费用等缘故，“斯特吉斯”号宣布退役。此后，美国再无建造漂浮核电站的计划。

        俄罗斯的漂浮核电站计划是从上世纪90年代开始。当时，俄罗斯远东和西伯利亚地区出现了能源危机，俄罗斯联邦政府发文征集远东和西伯利亚地区能源危机的解决方案。1993年，俄罗斯原子能委员会的专家们向联邦政府提交了将核反应堆安装在船上运往远东和西伯利亚地区的解决方案。这一建议得到了联邦政府的支持，经过多次讨论之后，联邦政府决定建造两艘漂浮核电站，用于远东和西伯利亚地区的能源供给以及北极地区石油勘探。2000年，俄罗斯国家原子能公司选择阿尔汉格尔斯克地区的谢夫马什造船厂作为俄罗斯第一艘漂浮核电站“罗蒙诺索夫院士”号的建造方。“罗蒙诺索夫院士”号漂浮核电站总投资约10亿卢布（约3.4亿美元），计划于2016年建成。2007年，漂浮核电站建造计划开始启动，但由于成本上升以及谢夫马什造船厂周围河水泛滥等缘故，建设工作不久便停止。2010年1月，“罗蒙诺索夫院士”号的建设在圣彼得堡波罗的海船厂重新开始。

继承了核动力破冰船的技术

        漂浮核电站的技术原理其实并不神秘，它是将原本建造在陆地上的核电站安装在船舶上。但是，由于陆地条件和海上条件相差很大，相关的技术要求也不尽相同，所以漂浮核电站的设计、建造和运行也需要面临众多的技术难题。这一技术可以称为水面核动力装置技术。

事实上，俄罗斯人早在上世纪50年代就掌握了水面核动力装置技术。1959年，前苏联成功建成世界上第一艘民用水面核动力舰艇“列宁”号，作为北边海域的破冰船和货运船使用。“列宁”号拥有3台OK-150核反应堆，总长134米，宽16.1米，排水量1.6万吨。此后，从1959-2007年间，前苏联和俄罗斯先后建造了10艘民用水面核动力舰艇，其中9台为破冰船，一台为货运船兼破冰船。2012年8月，俄罗斯国家原子能公司又签下了建造世界上最大的核动力破冰船的订单。

图1 俄罗斯核动力破冰船

对于已掌握水面核动力装置技术60多年之久的俄罗斯来说，建造漂浮核电站已不是什么太大的难题了。“罗蒙诺索夫院士”号漂浮核电站的技术上可以说是俄罗斯核动力破冰船技术的延伸。“罗蒙诺索夫院士”号的最核心部件—“核反应堆”，采用的是已成功应用于多艘核动力破冰船的KLT-40核反应堆。KLT-40核反应堆属于压水堆技术，采用了高富集度核燃料（富集度在30%以上），热功率范围在135-171兆瓦。此次应用于“罗蒙诺索夫院士”号漂浮核电站的KLT-40核反应堆，将改为使用低富集度的核燃料，以满足国际原子能机构的核燃料管理条例。按照设计方案，“罗蒙诺索夫院士”号漂浮核电站将拥有2台KLT-40核反应堆，电功率为70兆瓦，可以满足20万人口的用电需求，同时也可以改造为每天生产24万立方米淡水的海水淡化装置。

图2 “罗蒙诺索夫院士”号漂浮核电站效果图

美国的创新设计

在地球另一端，美国也表示了对漂浮核电站的兴趣。美国麻省理工学院核科学与工程学院波恩基诺博士的研究团队在吸取了福岛核事故的经验教训之后，设计了一个可以抵挡地震和海啸的漂浮核电站方案。

波恩基诺博士所提出的漂浮核电站方案与俄罗斯的“罗蒙诺索夫院士”号漂浮核电站有所不同，他们采用的不是船舶技术，而是海上石油勘探平台技术。在他们的设计方案中，核电站通过海上钻井平台固定在离岸数公里的海域，深入水中部分约100米。据波恩基诺博士介绍，这样的核电站可以有效抵挡住地震和海啸的袭击，即使发生了类似福岛核事故一样的事故时，也可以利用周围的海水进行冷却，避免核泄漏事故的发生。当漂浮核电站老化时，可以像核动力军舰一样，通过船只牵引到专门的处理基地进行集中处理，从而大大减低了对当地海域的环境影响。

图3 美国麻省理工学院漂浮核电站设计方案

对于中国的意义

我国海域非常广阔，拥有丰富的海上资源。在十八大报告中，明确提出了“提高海洋资源开发能力，建设海洋强国”的战略目标。对于一个海洋强国来说，拥有可靠的海上能源技术是最重要的保障之一。漂浮核电站作为一种海上可移动式核电站，可以成为我国海上能源保障的重要选项。

漂浮核电站的最大特点在于海上可移动性，既可以为近岸的大型港口工业基地提供电力，也可以为远洋作业的海上石油、天然气开采平台提供电力。发展漂浮核电站技术，将有助于提升我国的远洋海上资源开发能力，比如在远离大陆数百甚至上千公里的西沙群岛、南沙群岛等南海海域的海上资源开采。此外，漂浮核电站还可以作为应对各种紧急情况的备用电源，为遭受自然灾害袭击的地区提供电源，提升我国的灾害应急能力。当然，建造漂浮核电站的水面核动力装置技术，也可应用于军事领域，比如核动力航空母舰等。

我国目前已拥有了成熟的核动力潜艇技术，但水面核动力装置与核潜艇有着不一样的工作环境，技术上存在较大差别。如果中俄能够合作建造漂浮核电站，将有助于我国掌握水面核动力装置的设计和建造技术，从而推动我国漂浮核电站的发展。

图4 我国辽阔的南海海域

作者简介：

陈钊（1987-），男，广东潮州人，中国科学技术大学核科学技术学院博士生，德国卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）核能技术研究所国家公派联合培养博士生，从事先进核能系统的设计与安全分析研究。

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注：本文为《百科知识》约稿文章