可与海洋核动力平台配套的海水抽水蓄能电站

柴建峰 侯平利

(1.国网新源控股有限公司技术中心,北京 100161； 2.中广核工程有限公司,广东 深圳 518052)

可与海洋核动力平台配套的海水抽水蓄能电站

柴建峰1侯平利2

(1.国网新源控股有限公司技术中心,北京 100161； 2.中广核工程有限公司,广东 深圳 518052)

介绍了近期中国海洋核动力平台的发展情况，结合我国海岛的地形地貌特点，探讨了与之可配套的海水抽水蓄能电站用于调峰填谷作用，指出在岛屿周边利用天然海湾围填或人工填围形成内湖，可采用低水头、大流量的贯流式水轮机抽排其内一定量的海水体作为抽水蓄能电站能量转化的载体。

海洋核动力平台，抽水蓄能电站，调峰填谷作用，贯流式水轮机

海洋核动力平台是海上移动式小型核电站，是小型核反应堆与船舶工程的有机结合，可为海洋油气开发和偏远岛屿提供安全、经济廉价、高效的电力供给，也可用于大功率船舶和海水淡化等领域。

淡水和电力一直是影响我国海洋油气工程、南海岛礁开发和海洋国防建设的主要因素之一。随着科技发展核电站日益小型化，海洋核动力平台可有助于解决上述问题，这种小型、移动式核电站可为偏远岛屿和油气开采等工程供应不间断、经济、充沛的电力供给，有用电需求时将电站拉过来，不需要便可用船将电站拉走。

目前随着南海油田开发和海岛国防建设等需要，海洋核动力平台的规划、研究和建设等成为国内外媒体的热点之一[1，2]。

常规核电站多通过其配套的抽水蓄能电站进行调峰填谷作用，如广州抽水蓄能电站是中国最大的抽水蓄能电站，装机2 400 MW，可使核电实现不调峰稳定运行，广蓄电站的调峰填谷作用使香港中华电力公司无需多开两台66万kW煤机，而且在负荷低谷期可以接收更多核电。它的作用主要表现在使核电实现不调峰稳定运行。海洋核动力平台可能也会面临上述需要，我国海域资源丰富,考虑到南海岛礁进行酒店旅游、在南海岛礁上建设的大型基础设施等也都需要强大的电力供应系统支撑等因素，研究海水抽蓄发电具有一定的前瞻性和必要性。

以下先简单介绍海洋核动力平台研发情况，然后介绍国内外海水抽水蓄能电站现状，浅析在缺少陡峭高山的独立岛屿如何修建海水抽水蓄能电站，最后提出几点建议，希望有助于优化和利用核电能源，减少不必要的浪费。

1 海洋核动力平台研究介绍

1.1 国外研究情况

结合新闻报道，查阅国内外文献发现，从20世纪50年代起，美国、苏联、日本、德国等国家就利用其成熟的核动力舰船技术，开展民用核动力船舶的研究，并已经分别建造了多艘核动力商船和核动力破冰船。

近期俄罗斯拟建造8座海上浮动核电站，为其滨海城市的供电、供热和海水淡化工程等提供能源，世界上首座海上浮动核电站俄罗斯“罗蒙诺索夫院士”号已进入下海测试阶段，并计划于2017年10月30日完成测试后正式投入使用[1]。

1.2 国内现状

国内海洋核动力平台规划、研究和建设由中船重工主导，中船重工2014年—2016年分别与国家电投、中核和中广核三家国内核能开发巨头单位签署了相关战略框架合作协议，这样一来中船重工拥有更多的选择机会，也有利于技术竞争和技术创新。

中船重工计划有先后批量建造近20座海洋核动力平台。2015年12月30日，中船重工集团和中船重工719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，有望2018年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[1]。

2016年11月4日，中广核与东方电气股份有限公司(下称东方电气)签署《“中广核ACPR50S实验堆平台项目”压力容器采购协议》，表明中广核海上核电站率先启动建设。中广核称，这意味着其海上小型堆ACPR50S建设正式启动，中国海上核电站建设进入新时代[2]。

随着国防和经济的发展，海洋核动力平台的需求巨大。在民用领域，一方面可以为海上油气田开采、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，另一方面也可为破冰船提供推进动力，在军事上也有很多用途，在一定程度上将影响既有的国际关系及地缘政治。

2 海水抽水蓄能电站介绍

2.1 日本冲绳山原抽水蓄能电站[3,4]

世界上首座海水抽水蓄能电站是日本1999年建成并运行的冲绳山原抽水蓄能电站，电站位于日本冲绳本岛北部，是利用太平洋作为下库，装机容量30 MW，额定水头136 m。

上库的建设场地是一处高程为150 m～170 m的小台地，距海岸线约600 m。上库有效库容56.4万m3，压力管道、厂房和尾水管均为地下布置，地下厂房埋深150 m，长41 m，宽17 m，高32 m，是一座试验性的抽水蓄能电站，试验目的是验证海水抽蓄商业化的可行性。

上库从蓄水开始到蓄满为止需要6 h，可供8 h发电用，发电效率将近70%。

1999年3月开始试运行，并入冲绳本岛电网，工程已经运行了11年多时间，为冲绳本岛电网的负荷平衡和频率稳定起到了重要作用。

日本冲绳抽水蓄能电站的研制、建设和运营经验，对于上库位于山顶的海水抽蓄电站的推广、普及应用将有重大参考价值，遗憾的是该电站近期的运营状况和监测资料，很难从国内文献中收集到。

2.2 排水型海水蓄能电站

考虑到我国南海中的海岛多为珊瑚礁构成的岛、礁、滩、沙和暗沙。尤其是后期填筑或扩大的岛屿，相对缺少修建常规抽水蓄能电站的地貌地形条件，这里所谓的常规，即在山顶等相对高耸的区域修建上库。

侯平利(2015)提出在天然海湾采用拦水坝建造水库，将海湾分为外部海洋及坝内水库，利用排水泵对水库进行排水以降低水位，而坝外海洋水位不变，从而获得与坝外海洋水面的水位差进行蓄能，并提供一定的水头供水轮机发电，图1为其成果的剖面示意图，有关机组配置等可详见文献[5][6]。相应的实用新型专利号为ZL201520043551.6。

考虑到海洋核动力平台和离岸珊瑚礁型岛屿的特点，选择天然海湾修筑拦水坝形成下库，可能存在一定的难度。结合南海岛屿地形和地貌特征，在文献[5][6]基础上，我们建议：1)可结合岛屿开发填筑工程，刻意形成一个封闭的内湖(下水库)，并进行适当下挖，不仅可加大和外侧海平面之间的高程差，还可以增加内湖的容量，将封闭的内湖作为抽水蓄能电站的下库，上库则为无限大的大海。故在岛屿周边利用天然海湾围填或人工填围形成内湖，将内湖内一定规模的海水体作为抽水蓄能电站能量转化的载体。2)可将混凝土挡水坝用平面尺寸更大的海堤替代，不仅可以减少勘察、设计和施工难度，也可为后期提供更大的可用之地块。3)水轮机的选型：考虑到海湾排水型蓄能电站专用库具有大库容、低水头等显著特点，其水轮机的选型可借鉴潮汐发电中广泛应用的低水头、大流量的贯流式水轮机。贯流式水轮机的适用水头1 m～25 m，效率高投资低，近年来发展较快，而且功率也越来越大，单机容量最大的是日本只见(Tadami)水电站，达65.8 MW，转轮直径6.7 m，最大水头20.7 m[7]。

3 结语

海洋核动力平台在电力充沛有所剩余时，可通过水泵将内湖(水库)中海水抽出，形成水位差和有效库容；需要电力补偿时，由于内湖和海洋存在水位差，外侧高高程海水推动水轮发电机发电。发电机的装机容量和内湖容量由岛屿用电负荷及海洋核动力平台决定。

海洋核动力平台和海水抽水蓄能电站结合可有效率利用核能，减少不必要的能源浪费。

国内目前尚未开展类似实质性的研发工作，相对滞后，建议相关单位结合海洋开放和国防建设等战略需要，开展一些具体的前瞻性研究工作，如适时开展沿海站点的试验站点建设，尤其是水轮机和水泵的防海水腐蚀及防海洋生物附着研究，为类似海水抽水蓄能电站的发展提供一定的技术储备[8]。

本文不足之处是有关海洋核动力平台的资料和数据多来自于新闻报道，其时间节点的可靠性和准确性有待于进一步验证。

[1] http://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_1498705.

[2] http://www.chinatesting.com.cn/plus/view.php?aid=14801.

[3] 邱彬如.世界抽水蓄能电站新发展[M].北京：中国电力出版社，2006.

[4] 张文泉,何永秀.海水抽水蓄能发电技术[J].中国电力,1998,31(11)：16-17.

[5] 侯平利.排水蓄能电站：中国专利，ZL201520043551.6[P].2015-04-03.

[6] 侯平利.海湾排水蓄能电站技术初探[A].2015年度技术论坛[C].2015.

[7] 刘启明，胡 明.水电站[M].北京：中国水利水电出版社，2013.

[8] 柴建峰，肖 微.海水抽水蓄能电站及我国工程建设条件浅析[J].水电与抽水蓄能，2016,2(2)：46-50.

Brief analysis on marine nuclear power platform and seat water pumped storage station

Chai Jianfeng1Hou Pingli2

(1.TechnologyCenter，StateGridXinyuanCompanyLtd,Beijing100161,China； 2.ChinaNuclearPowerEngineeringCompanyLtd,Shenzhen518052,China)

This paper first introduces the development of Chinese marine nuclear power platform recently. According to the landform characteristics of islands of the south China sea, analyses the seat water pumped storage station which can been supporting project for the marine nuclear power platform, to undertake the tasks of filling valley and modulating peak lake surrounded by reclamation engineering can been used as the lower storage reservoir for pumped storage station, by pump to pump water of reservoir up into the sea that feed the tubular turbine. Finally, the paper presents that the artificial marine.

marine nuclear power platform, pumped storage station, the tasks of filling valley and modulating peak, tubular turbine

1009-6825(2017)02-0232-02

2016-11-20

柴建峰(1977- )，男，博士，高级工程师，注册土木工程师(岩土)； 侯平利(1977- )，男，博士，高级工程师

TV743

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