布局海上浮動核電站，海水淡化、供電一舉兩得

文 | 石磊 李金英

作者供職于中核集團

海上浮動核電站擁有巨大發展潛力，依靠小型反應堆為偏遠海島供給能源將是海洋強國未來的發展新趨勢。

俄羅斯國家原子能公司在5 月下旬發表聲明說，由俄羅斯建造的世界首座浮動核電站“羅蒙諾索夫院士”號浮動核電站當天在俄遠東地區楚科奇自治區佩韋克市投入商業運營。

“羅蒙諾索夫院士”核電站是俄羅斯第11 座核電站，也是全球首個民用海上核能平臺。由一艘長144 米、寬30 米的駁船，以及駁船上搭載的兩座35 兆瓦核反應堆組成，可提供高達70 兆瓦的電力或300 兆瓦的熱量，供20 萬人使用。

除了核電設施，這個巨型浮式核電站上的海水淡化設備還可每天提供24 萬立方米的淡水。建造廠圣彼得堡波羅的海造船廠表示，該船的安全標準不亞于陸地上的核電站，有多重措施防止核泄漏，能在海嘯等自然災害情況下，保證反應堆的安全，壽命可達35 至40 年。

海上浮動核電站擁有巨大發展潛力，依靠小型反應堆為偏遠海島供給能源將是海洋強國未來的發展新趨勢。

海島的淡水與電力困境

隨著全球經濟的迅速發展和陸地資源的日漸枯竭，越來越多國家意識到海洋是國家生存發展新的空間，海洋開發也成為了許多發達國家的重要戰略。我國是世界上海島較多的國家之一，據統計，我國有海島上萬個，其中面積在500 m2以上的島嶼就有7000 多個，其中有人居住的海島近500 個。

然而對于大部分海島，目前最大的問題是長期存在缺水、缺電的情況，這嚴重制約著深遠海、邊遠海島的居民生活、資源開發、旅游發展、軍事活動等。

淡水是人類生活的必需品，更是一切人類活動的基礎保證。在我國分布眾多的海島中，存在資源性缺水問題的海島約占全國海島總數的91%左右。我國的海島大多遠離大陸、分散偏僻，無法引水。而采用船艦補給容易受到外界條件的制約，如海洋上惡劣的天氣，或者受到干擾。

另外，我國海島大多面積較小（面積為500 m2～5 km2的海島約占我國海島總數的98%），開發本地水資源的能力有限。隨著國家海防建設的需要，如何確保海島供水安全已迫在眉睫。海水淡化作為水資源增量技術，具有占地少、水質好、供給穩定、規模靈活和水安全保障度高等優勢，在國內外一些海島地區得到廣泛的應用，并逐漸發展成為保障海島水資源安全的重要途徑。為了從根本上解決遠海島嶼淡水資源短缺的困境，啟動海水淡化工程是非常必要的。

在高度電氣化、自動化的當今時代，電力困境會導致大量裝備處處受限，光是日常生活就有諸多不便。

目前海島供電主要有兩種模式，一種是聯網，一種是離網。對于距離大陸較近的中大型群島，因為需求量大，多采用聯網供電的方式，主要使用海底電纜，如果距離不遠的話也會使用架空大跨越運輸電力。這類供電模式供電量大且可靠性高，但是建設費用高，維護技術難。而對于我國諸多邊遠海島，則采用離網供電方式，目前主要采用柴油發電機、風能、太陽能等方式發電。柴油發電成本較高，補給十分困難，尤其是在惡劣海況下補給尤為艱難。雖然海島上風能、太陽能等可再生能源資源豐富，但其具有間歇性和波動性的特點，給系統運行調度帶來很大困難。

電力、淡水供應平臺—海上浮動核電站

電力、淡水短缺是抑制邊遠海島開發的主要原因之一，長期以來一直是世界性難題。上海核工程研究設計院院長鄭明光提到，“小型反應堆將是未來核電發展的方向。其中，海上浮動堆、核動力平臺對于海岸線漫長的中國，市場前景廣闊，將為海洋經濟發展提供重要支撐?！?/p>

海上浮動核電站指利用浮動平臺建造可移動的核電站，能夠自由的將電力運輸到人煙稀少的遠海地區，形象的來說，海上浮動核電站就是一個可以移動的“海上充電寶”。

最先提出海上浮動核電站概念的國家是美國。1972 年，美國西屋電氣公司提出了放置在大型駁船上的核電廠方案，為美國東部沿岸城鎮輸送電力，由于投資不夠而終止。

2007 年，俄羅斯開始建造浮式核電站“羅蒙諾索夫”號，成為最先進行海上浮動核電站建造的國家，目前該核電站已投入商業運營。此外，法國和韓國目前也正積極研發下沉式和重力基礎結構式海上浮動核電站。

海上浮動核電站在運行過程中可以實現熱電聯產，將熱量進一步利用到海水淡化工藝中，可以實現遠海島嶼的電力與淡水的雙供應，從根本上解決遠海島嶼的電力供應與淡水需求，實屬一舉兩得。海上浮動核電站由于其移動性，能夠減少工作過程中產生的“三廢”對陸地上居民的影響，也沒有陸地核電站因為地震而導致的放射性物質泄漏風險。即使在極端條件下，浮動核電站也可以就地取材，將海水引入船體，避免發生反應堆堆芯熔化的情況。

此外，海運的運輸能力比陸地運輸要強得多，可以自由地從我國的渤?？缭降侥虾Ｈ簫u，甚至能夠跨越洲際，作為海洋上能移動的供電供淡水平臺，海上浮動核電站可以自由的到達水電急需的區域。在將來具有成熟的海上浮動核電站平臺后，還可以憑借運輸的靈活性，去到電力緊張的沿海國家與地區進行電力出口，滿足市場需求，有著廣闊的市場發展潛力。

作為靈活和穩定的電力、淡水供應平臺，海上浮動核電站工程能給遙遠的海島、石油鉆井平臺或科研考察活動提供支援，具有重大的經濟戰略意義，因此，我國對于海上浮動核電站工程的研發與建設迫在眉睫。

顛覆與創新

海上浮動核電站采用成熟的浮動平臺技術，可以大大減少島嶼陸域面積的占用。在我國98%海島都是500 m2～5 km2的小型島嶼的現狀條件下，海上浮動核電站工程具有顛覆性和創新性，具體表現在以下五個方面：

圖1 海上浮動核電站工程示意圖

1.設計的反應堆具有固有安全性，在防核擴散、反恐怖襲擊方面具有很大的優勢。海上浮動核電站采用三代、四代或者更加先進的核電反應堆，燃料元件的性能、非能動安全性以及負反應性溫度系數共同確保了其安全特性，具有著世界上最先進的安全等級。

2.設計的反應堆不需要設置應急計劃區，因此特別適合于浮動平臺與海水淡化。現行核電站的壓水堆，需要遵照我國國家標準《核動力廠環境輻射防護規定》（GB 6249-2011）確定應急計劃區。對于先進的三代、四代或者更加先進核電反應堆，由于具有固有安全特性，參照美國MG-HTR 不需要設置應急計劃區。不設置應急計劃區，意味著浮動平臺可以靠近島嶼停放，使輸送系統大大簡化。而且海水淡化技術需要靠近用戶中心，不設置應急計劃將有利于滿足要求。

3.設計的反應堆的燃料裝卸系統可實現不停堆的換料或者一次性轉料終身使用，實現了電力與淡水的連續供應，具備保障島嶼特種裝置與設備連續、穩定運行的優勢。新燃料元件從反應堆頂部裝入堆芯，從堆芯底部卸料管可卸出燃料元件，卸出的燃料元件如果未達到預定的燃耗深度，則再送回堆內使用，使每個燃料元件的燃耗深度基本一致，實現裝卸料的自動化，從而達到電力與淡水的連續供應。

4.設計的反應堆具有更高的發電效率和簡化的設計結構，因此具有更好的經濟性。海上浮動核電站的反應堆的發電效率可達到40%，如果采用更為先進冷卻劑系統作為冷卻劑，效率能達到50%以上。而一般壓水堆一般為33 ～35%。

5.設計的反應堆與海水淡化可以實現完美匹配。先進反應堆蒸汽壓力品質更高，如反應堆高壓缸蒸汽溫度為161℃，壓力0.6MPa，溫度與熱法海水淡化完美匹配（壓水堆高壓缸蒸汽很高，為370℃左右，需要處理后才能與海水淡化裝置匹配），同時產生的乏汽（70℃）也與海水淡化理想的工藝熱匹配（對于壓水堆，廢熱的溫度范圍太低，不能用于海水淡化）。

海上浮動核電站研究方案

海上浮動核電站采用駁船為主體，主要分為控制室、核反應堆、燃料堆放區、居住區等部分，工程示意圖如圖1 所示。

在已有研究基礎上，充分吸收國內外該領域的最新研究成果，對設計的反應堆應用于浮動核電站的適應性進行研究，對浮動式核電站載體進行設計，對浮動式反應堆用于電力供應與海水淡化的耦合方案進行研究?？傮w研究思路如圖2 所示。

海上浮動核電站使用的三代、四代或者更為先進核電反應堆，采用優異的陶瓷包覆的球形燃料元件，具有固有安全特性。然而浮動平臺與靜止的陸地具有很大的差異，所以反應堆用于建造浮動核電站仍需要評估。可以通過調研不同遠海島嶼海域的風、浪、流、冰等海洋環境條件以及反應堆的設計強度，對其安全性進行分析評估。通過浮動平臺的調研，確定其技術可行性與經濟性。

圖2 海上浮動核電站平臺總體研究思路

圖3 供電與海水淡化研究思路

浮動式核電站載體應保障浮動式核電站設計、建造、服役、退役的全壽命周期下的安全性，即除了保障核反應堆自身的固有安全外，作為核反應堆裝置的載體，其系統的安全性、成熟性、適應性對核反應裝置的安全運行亦至關重要。因此與核安全的相關的載體的總布置、破艙穩性、碰撞保護、防火分隔、堆艙通風、消防救生、與應急備用電源等均為設計的重點。

本著能源節約原則，核電廠海水淡化工程充分利用核電廠既生產熱能，又生產電能的優勢，采用“熱法”海水淡化技術為主和“膜法”海水淡化技術為輔的方式（MED-RO），開展大規模的海水淡化生產。淡化后的水在滿足《中華人民共和國生活用水衛生標準》（GB 5749-85）的條件下，還需要調節其水硬度與氟濃度等，避免因為缺氟導致的氟斑牙以及因為長期缺乏礦物質而引發的系列疾病，使其可以滿足人長期飲用。研究思路如圖3 所示。

發展建議

我國目前的能源結構以煤電為主，占到60%左右，在能源難再生以及帶來的霧霾等環境問題的背景下，開發核能發電有利于生態環境協調發展以及能源結構調整。

作為一個海洋大國，中國擁有約300km2的海域，面積在500m2以上的島嶼多達7000 多個。近年來隨著南海問題的升溫，我國對海洋權益的重視程度逐步增加，如何建設成為海洋強國，維護海洋主權將是一項長久的議題。

海上浮動核電站作為核電工程和海洋工程的結合，能夠為深遠海、偏遠島嶼提供電力和淡水資源，保障周邊島民日常需求、旅游開發、石油開采、軍事演習等活動的正常開展，甚至可以對外出口電力資源?？梢哉f海上浮動核電站一旦投入商業化運營，將會帶來豐厚的經濟效益。

隨著俄羅斯“羅蒙諾索夫院士”號浮動核電站投入商業運營，可以看出海上浮動核電站工程的可行性與發展潛力。

我國需要關注和借鑒美俄等其他國家對于浮動式核電站的經驗和研究，深化國際合作，為國內的海上浮動核電站工程提供更加高效可靠的技術支持，同時結合海上浮動平臺的特點與自身發展需求，細化工程的具體實施策略。海上浮動核電站的熱電聯產與海水淡化耦合模式，是解決大陸資源短缺、發展海洋經濟、提高國家國際地位的重要保障，具有重要的經濟戰略意義與國防價值，加快海上浮動核電站工程的研發與建設刻不容緩。