布局海上浮动核电站，海水淡化、供电一举两得

文 | 石磊 李金英

作者供职于中核集团

海上浮动核电站拥有巨大发展潜力，依靠小型反应堆为偏远海岛供给能源将是海洋强国未来的发展新趋势。

俄罗斯国家原子能公司在5 月下旬发表声明说，由俄罗斯建造的世界首座浮动核电站“罗蒙诺索夫院士”号浮动核电站当天在俄远东地区楚科奇自治区佩韦克市投入商业运营。

“罗蒙诺索夫院士”核电站是俄罗斯第11 座核电站，也是全球首个民用海上核能平台。由一艘长144 米、宽30 米的驳船，以及驳船上搭载的两座35 兆瓦核反应堆组成，可提供高达70 兆瓦的电力或300 兆瓦的热量，供20 万人使用。

除了核电设施，这个巨型浮式核电站上的海水淡化设备还可每天提供24 万立方米的淡水。建造厂圣彼得堡波罗的海造船厂表示，该船的安全标准不亚于陆地上的核电站，有多重措施防止核泄漏，能在海啸等自然灾害情况下，保证反应堆的安全，寿命可达35 至40 年。

海上浮动核电站拥有巨大发展潜力，依靠小型反应堆为偏远海岛供给能源将是海洋强国未来的发展新趋势。

海岛的淡水与电力困境

随着全球经济的迅速发展和陆地资源的日渐枯竭，越来越多国家意识到海洋是国家生存发展新的空间，海洋开发也成为了许多发达国家的重要战略。我国是世界上海岛较多的国家之一，据统计，我国有海岛上万个，其中面积在500 m²以上的岛屿就有7000 多个，其中有人居住的海岛近500 个。

然而对于大部分海岛，目前最大的问题是长期存在缺水、缺电的情况，这严重制约着深远海、边远海岛的居民生活、资源开发、旅游发展、军事活动等。

淡水是人类生活的必需品，更是一切人类活动的基础保证。在我国分布众多的海岛中，存在资源性缺水问题的海岛约占全国海岛总数的91%左右。我国的海岛大多远离大陆、分散偏僻，无法引水。而采用船舰补给容易受到外界条件的制约，如海洋上恶劣的天气，或者受到干扰。

另外，我国海岛大多面积较小（面积为500 m²～5 km²的海岛约占我国海岛总数的98%），开发本地水资源的能力有限。随着国家海防建设的需要，如何确保海岛供水安全已迫在眉睫。海水淡化作为水资源增量技术，具有占地少、水质好、供给稳定、规模灵活和水安全保障度高等优势，在国内外一些海岛地区得到广泛的应用，并逐渐发展成为保障海岛水资源安全的重要途径。为了从根本上解决远海岛屿淡水资源短缺的困境，启动海水淡化工程是非常必要的。

在高度电气化、自动化的当今时代，电力困境会导致大量装备处处受限，光是日常生活就有诸多不便。

目前海岛供电主要有两种模式，一种是联网，一种是离网。对于距离大陆较近的中大型群岛，因为需求量大，多采用联网供电的方式，主要使用海底电缆，如果距离不远的话也会使用架空大跨越运输电力。这类供电模式供电量大且可靠性高，但是建设费用高，维护技术难。而对于我国诸多边远海岛，则采用离网供电方式，目前主要采用柴油发电机、风能、太阳能等方式发电。柴油发电成本较高，补给十分困难，尤其是在恶劣海况下补给尤为艰难。虽然海岛上风能、太阳能等可再生能源资源丰富，但其具有间歇性和波动性的特点，给系统运行调度带来很大困难。

电力、淡水供应平台—海上浮动核电站

电力、淡水短缺是抑制边远海岛开发的主要原因之一，长期以来一直是世界性难题。上海核工程研究设计院院长郑明光提到，“小型反应堆将是未来核电发展的方向。其中，海上浮动堆、核动力平台对于海岸线漫长的中国，市场前景广阔，将为海洋经济发展提供重要支撑。”

海上浮动核电站指利用浮动平台建造可移动的核电站，能够自由的将电力运输到人烟稀少的远海地区，形象的来说，海上浮动核电站就是一个可以移动的“海上充电宝”。

最先提出海上浮动核电站概念的国家是美国。1972 年，美国西屋电气公司提出了放置在大型驳船上的核电厂方案，为美国东部沿岸城镇输送电力，由于投资不够而终止。

2007 年，俄罗斯开始建造浮式核电站“罗蒙诺索夫”号，成为最先进行海上浮动核电站建造的国家，目前该核电站已投入商业运营。此外，法国和韩国目前也正积极研发下沉式和重力基础结构式海上浮动核电站。

海上浮动核电站在运行过程中可以实现热电联产，将热量进一步利用到海水淡化工艺中，可以实现远海岛屿的电力与淡水的双供应，从根本上解决远海岛屿的电力供应与淡水需求，实属一举两得。海上浮动核电站由于其移动性，能够减少工作过程中产生的“三废”对陆地上居民的影响，也没有陆地核电站因为地震而导致的放射性物质泄漏风险。即使在极端条件下，浮动核电站也可以就地取材，将海水引入船体，避免发生反应堆堆芯熔化的情况。

此外，海运的运输能力比陆地运输要强得多，可以自由地从我国的渤海跨越到南海群岛，甚至能够跨越洲际，作为海洋上能移动的供电供淡水平台，海上浮动核电站可以自由的到达水电急需的区域。在将来具有成熟的海上浮动核电站平台后，还可以凭借运输的灵活性，去到电力紧张的沿海国家与地区进行电力出口，满足市场需求，有着广阔的市场发展潜力。

作为灵活和稳定的电力、淡水供应平台，海上浮动核电站工程能给遥远的海岛、石油钻井平台或科研考察活动提供支援，具有重大的经济战略意义，因此，我国对于海上浮动核电站工程的研发与建设迫在眉睫。

颠覆与创新

海上浮动核电站采用成熟的浮动平台技术，可以大大减少岛屿陆域面积的占用。在我国98%海岛都是500 m²～5 km²的小型岛屿的现状条件下，海上浮动核电站工程具有颠覆性和创新性，具体表现在以下五个方面：

图1 海上浮动核电站工程示意图

1.设计的反应堆具有固有安全性，在防核扩散、反恐怖袭击方面具有很大的优势。海上浮动核电站采用三代、四代或者更加先进的核电反应堆，燃料元件的性能、非能动安全性以及负反应性温度系数共同确保了其安全特性，具有着世界上最先进的安全等级。

2.设计的反应堆不需要设置应急计划区，因此特别适合于浮动平台与海水淡化。现行核电站的压水堆，需要遵照我国国家标准《核动力厂环境辐射防护规定》（GB 6249-2011）确定应急计划区。对于先进的三代、四代或者更加先进核电反应堆，由于具有固有安全特性，参照美国MG-HTR 不需要设置应急计划区。不设置应急计划区，意味着浮动平台可以靠近岛屿停放，使输送系统大大简化。而且海水淡化技术需要靠近用户中心，不设置应急计划将有利于满足要求。

3.设计的反应堆的燃料装卸系统可实现不停堆的换料或者一次性转料终身使用，实现了电力与淡水的连续供应，具备保障岛屿特种装置与设备连续、稳定运行的优势。新燃料元件从反应堆顶部装入堆芯，从堆芯底部卸料管可卸出燃料元件，卸出的燃料元件如果未达到预定的燃耗深度，则再送回堆内使用，使每个燃料元件的燃耗深度基本一致，实现装卸料的自动化，从而达到电力与淡水的连续供应。

4.设计的反应堆具有更高的发电效率和简化的设计结构，因此具有更好的经济性。海上浮动核电站的反应堆的发电效率可达到40%，如果采用更为先进冷却剂系统作为冷却剂，效率能达到50%以上。而一般压水堆一般为33 ～35%。

5.设计的反应堆与海水淡化可以实现完美匹配。先进反应堆蒸汽压力品质更高，如反应堆高压缸蒸汽温度为161℃，压力0.6MPa，温度与热法海水淡化完美匹配（压水堆高压缸蒸汽很高，为370℃左右，需要处理后才能与海水淡化装置匹配），同时产生的乏汽（70℃）也与海水淡化理想的工艺热匹配（对于压水堆，废热的温度范围太低，不能用于海水淡化）。

海上浮动核电站研究方案

海上浮动核电站采用驳船为主体，主要分为控制室、核反应堆、燃料堆放区、居住区等部分，工程示意图如图1 所示。

在已有研究基础上，充分吸收国内外该领域的最新研究成果，对设计的反应堆应用于浮动核电站的适应性进行研究，对浮动式核电站载体进行设计，对浮动式反应堆用于电力供应与海水淡化的耦合方案进行研究。总体研究思路如图2 所示。

海上浮动核电站使用的三代、四代或者更为先进核电反应堆，采用优异的陶瓷包覆的球形燃料元件，具有固有安全特性。然而浮动平台与静止的陆地具有很大的差异，所以反应堆用于建造浮动核电站仍需要评估。可以通过调研不同远海岛屿海域的风、浪、流、冰等海洋环境条件以及反应堆的设计强度，对其安全性进行分析评估。通过浮动平台的调研，确定其技术可行性与经济性。

图2 海上浮动核电站平台总体研究思路

图3 供电与海水淡化研究思路

浮动式核电站载体应保障浮动式核电站设计、建造、服役、退役的全寿命周期下的安全性，即除了保障核反应堆自身的固有安全外，作为核反应堆装置的载体，其系统的安全性、成熟性、适应性对核反应装置的安全运行亦至关重要。因此与核安全的相关的载体的总布置、破舱稳性、碰撞保护、防火分隔、堆舱通风、消防救生、与应急备用电源等均为设计的重点。

本着能源节约原则，核电厂海水淡化工程充分利用核电厂既生产热能，又生产电能的优势，采用“热法”海水淡化技术为主和“膜法”海水淡化技术为辅的方式（MED-RO），开展大规模的海水淡化生产。淡化后的水在满足《中华人民共和国生活用水卫生标准》（GB 5749-85）的条件下，还需要调节其水硬度与氟浓度等，避免因为缺氟导致的氟斑牙以及因为长期缺乏矿物质而引发的系列疾病，使其可以满足人长期饮用。研究思路如图3 所示。

发展建议

我国目前的能源结构以煤电为主，占到60%左右，在能源难再生以及带来的雾霾等环境问题的背景下，开发核能发电有利于生态环境协调发展以及能源结构调整。

作为一个海洋大国，中国拥有约300km²的海域，面积在500m²以上的岛屿多达7000 多个。近年来随着南海问题的升温，我国对海洋权益的重视程度逐步增加，如何建设成为海洋强国，维护海洋主权将是一项长久的议题。

海上浮动核电站作为核电工程和海洋工程的结合，能够为深远海、偏远岛屿提供电力和淡水资源，保障周边岛民日常需求、旅游开发、石油开采、军事演习等活动的正常开展，甚至可以对外出口电力资源。可以说海上浮动核电站一旦投入商业化运营，将会带来丰厚的经济效益。

随着俄罗斯“罗蒙诺索夫院士”号浮动核电站投入商业运营，可以看出海上浮动核电站工程的可行性与发展潜力。

我国需要关注和借鉴美俄等其他国家对于浮动式核电站的经验和研究，深化国际合作，为国内的海上浮动核电站工程提供更加高效可靠的技术支持，同时结合海上浮动平台的特点与自身发展需求，细化工程的具体实施策略。海上浮动核电站的热电联产与海水淡化耦合模式，是解决大陆资源短缺、发展海洋经济、提高国家国际地位的重要保障，具有重要的经济战略意义与国防价值，加快海上浮动核电站工程的研发与建设刻不容缓。