高端装备再发力,海洋核动力平台保障远海岛礁建设

 

海洋核动力平台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...





海洋核动力平台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。



严格来说,海洋核动力平台并不是一个全新的概念。早在上世纪六十年代,美国便建成了世界上第一座漂浮核电站并投入使用。俄罗斯的漂浮核电站计划开始于上世纪九十年代,他们的第一艘漂浮核电站计划于今年建成。我国的首座海洋核动力平台也即将在中船重工集团旗下渤船重工进行总装建造,并计划于2018年底建成。

1. 中国首艘海洋核动力平台开建





中国首艘海洋核动力平台即将在中船重工集团旗下渤船重工进行总装建造,而中船重工未来将批量建造近20座海洋核动力平台。实现批量建造后,每年将形成上百亿的核动力装备制造产值,并带动相关配套产业发展,用5年时间打造成国内最强的海洋核动力平台产业集团。


国家海洋核动力平台示范工程首张路条

2015年12月30日,中船重工集团和中船重工719研究所获得国家能源重大科技创新工程——“国家海洋核动力平台示范工程”首张路条(一种简便通行凭证,国家发改委办公厅同意开展该工程前期工作的批文)。中船重工集团公司被确定为示范工程唯一承担单位。国家相关部委指出,中船重工集团公司和719研究所要加强与相关单位合作,在原有船舶核动力技术基础上,结合当前工业化水平和民用核电技术要求,优化设计方案,尽快提交项目核准申请,尽早实现我国海洋核动力平台“零”的突破。

1月25日,中船重工与中广核签署战略合作协议,拟就共同推进海上核动力平台项目建设开展合作。中船重工和中广核强强联合达成战略合作,将充分发挥各自在核电技术领域和舰船研究设计领域的专业优势,有力推动海上小型堆技术在海上核动力平台领域的应用和推广。此前的1月14日,中广核还与中海油签署了战略合作框架协议,以推进海上小型堆示范项目为重点,加强在各领域的互利合作,共同做强做优。

成立首个国家级海洋核动力平台技术研发机构

早在2014年,中船重工719研究所就挂牌成立了国家能源海洋核动力平台技术研发中心,从而成为国内首个国家级海洋核动力平台技术研发机构。该研发中心由位于湖北的中船重工719研究所发起,中国核动力研究设计院、中科华核电技术研究院有限公司、中海油研究总院等单位共同组建。

据了解,中国重工719所已完成了海洋核动力平台的两种技术方案。一种为浮动式核电站,即将核电站布置于浮动式平台上;另一种为可潜式核电站,除满足浮动式核电站性能要求外,还可满足在恶劣海况下,平台下潜至水下工作的需求。平台方案ACPR50S是中广核自主研发、自主设计的海上小型堆技术,单堆热功率为20万千瓦,可为海上油气田开采、海岛开发等领域的供电、供热和海水淡化提供可靠、稳定的电力。



ACPR50S

ACPR50S系列是由中国广核集团自主研发紧凑型、多用途小型压水堆,是运用于中小型电网、热电水汽综合能源供给的高安全性分布式能源系统,具有技术成熟、高安全、良好经济性、多用途和绿色环保等优点。可以为近海、远洋及深海油气田开发提供电力供应支持;提高电网供电可靠性与稳定性;降低发电成本,提高采油经济性;实现电能战略储备,为油田后期持续开发与滚动开发提供保障;为油田提供淡水、蒸汽等二次能源;降低环境污染,减少碳排放量。



海上核动力平台是解决我国远海能源供给的唯一途径。据了解,此次建造的海洋核动力平台属国内首创,平台技术可填补中国在民用核动力船舶领域的技术空白,形成具有自主知识产权的核心技术,对中国开发利用新能源和全球能源的发展具有重大意义和深远影响。

首艘平台投资约30亿元力争2018年底建成

据了解,仅就海上石油钻采方面的需求而言,未来国内市场规模就超过1000亿元。根据测算,渤海湾每年将形成500亿元的核动力装备制造产值,而南海也不会小于这个规模。

统计数据显示,渤海湾海洋石油开采已经有了明确的能源需求,稠油热采也需要热水和超临界蒸汽;而在海南省三沙市的永暑礁、美济礁、渚碧礁,这些孤岛同样有着深水远程补给、深海原油开采,以及能源供应需求,上述问题都可以借助海上海洋核动力平台来解决。



中船重工科技部相关负责人介绍,中船重工的海洋核动力平台示范工程建设投资约为30亿元,建成后,在全寿期40年内通过售电可实现销售收入约226亿元。为满足渤海油田的能源需求,集团将先后批量建设近20座海洋核动力平台。实现批量建设后,预计每座海洋核动力平台的投资约为20亿元,每年将形成上百亿的核动力装备制造产值,同时带动相关配套产业的发展。

据了解,中船重工董事长胡问鸣2015年4月在719所考察时曾明确提出海洋核动力平台示范工程要力争于2018年底完成。为此,719所参照军品研制的进度,对示范工程研制周期制定了建设期为四年零三个月的实施时间表。按照此时间表,2018年底海洋核动力平台示范工程将调试运行完毕,2019年将进入海上试运行和验收移交阶段。

对于我国意义重大



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。

2. 俄罗斯的全球首个浮动核电站即将投入运营





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。

根据海外媒体最新报道,到2016年,俄罗斯首个海上浮动核电站有望正式投入运营,为俄罗斯大规模建设浮动核电站迈出第一步。这也将是全球首个浮动核电站。





建成后可为20万人供电

据报道,俄罗斯最大造船企业——波罗的海造船厂(Baltic Plant)的总经理阿列克桑德·沃兹尼森斯基(Aleksandr Voznesensky)之前在圣彼得堡的第六届国际海洋展上透露,装载俄首个浮动核电站的专用船将在2016年投入使用。

报道称,该电站将由俄罗斯国有核能企业——Rosatom公司所有。

这座发电量70兆瓦的核电站(属于“小型”核电机组)暂被命名为“罗蒙诺索夫号”(Akademik Lomonosov),后者出自俄罗斯一个科学家——罗蒙诺索夫院士之名。

建设中的浮动核电站将坐落在俄罗斯远东堪察加半岛地区的威尔尤欣斯基(Vilyuchinsk)镇附近,该地区极度缺乏能源。

“罗蒙诺索夫号”是一艘非自航船,有140米长,宽30米,高10米。其排水量为21500吨,大约有70名船员。

这艘船上将装配两个KLT-40S型核反应堆,最多可产生70兆瓦的电能或是300兆瓦的热能。在船上所产生的电,将通过海上和路上的设备输送到需要的地点。



KLT-40S

KLT-40S是由俄罗斯Afrikantov OKBM(阿夫里坎托夫机械工程实验设计局)设计的小型反应堆,是对其标准核动力破冰船系统(KLT-40)进行设计改进后,尤其在安全系统方面有显著提升的浮动式发电机组。可以通过驳船的方式向没有集中供电的边远地区居民供电和供热,并通过海水淡化系统为干旱地区提供电力和淡水。





单个KLT-40S模块的热功率为150MWt,并可以生产35MWe电力用于供电或进行海水淡化。KLT-40S换料周期为3-4年,具备船上换料能力并设置有乏燃料贮存设施。KLT-40S的堆芯采用了四环路的强迫循环方式进行冷却,并依靠对流进行应急冷却。

据估计,如果完成建设,该浮动核电站将能为近20万人供电,每年将节省20万吨煤炭和10万吨燃油。

按照规划,“罗蒙诺索夫号”核电站将为大型工业项目、港口城市、海上油气钻探平台提供能源。
除了发电和发热,上述浮动核电站还能生产淡水。经过适当的重新设置,该核电站能转变为一座海水淡化处理厂,能够每天生产24万立方米的淡水。

继承了经过50多年检验的核动力破冰船技术

考虑到日本的核泄漏事故以及更早些的切尔诺贝利惨案,包括环保组织在内的一些人对于建浮动核电站持怀疑和批评态度,还有人对类似项目的商业可行性提出了质疑。

不过,俄罗斯方面对此并不以为然。

据介绍,为了防止出现核泄漏等事故,“罗蒙诺索夫号”在设计时也较多考虑了安全因素。

据承建该核电站的波罗的海造船厂介绍,核电站建成后,将可以抵御海啸或是与其他船只或陆地建筑物的猛烈撞击。

建设方还表示,就安全性而言,浮动核电站的安全级别最起码能和陆地上的核电站一样。

建设方还透露,浮动核电站的设计是基于装置在破冰船上的核反应堆,相关技术已在北极的极端气候条件下经过了至少50年的实践检验。



据介绍,每座浮动核电站的使用寿命约为40年,到期后的反应堆将回收到专门的工厂用于再利用。

浮动核电站的管理单位还一再强调其环保性,因为其在运营过程中不会对外释放任何有害物质。

3. 美国仍在进行创新设计



上世纪六十年代便建成并投入使用



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。



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。


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