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海上核电站扬帆起航
    

福岛核事故6周年之际,再一次提醒人们关注核电站的风险。虽然核电站存在潜在风险,但是不能将之从当前能源结构中排除,最好的选择是进一步加强核电站的安全特性,以持续利用核能。

加强核能安全性的一个可能选择是,将常规核电站由陆地转向海洋,即海上核电站(以下简称ONPP)。这也是核电站未来发展的一个方向。那么,海上核电站又面临哪些问题和挑战?

不懂就问

为什么要建海上核电站?

海上核电站的一个显著优势在于节省空间,其所有设备均置于海洋之中,无需占用额外的陆地,也避免了公众的负面反馈。

同时,在所有能源中,核能碳排放量最低,也是最便宜的能源之一。此外,世界上仍有大片的低人口密度地区面临海水淡化和电力短缺问题,而海上核电站可与其他清洁分布式能源结合,有效缓解海洋能源供给矛盾,为海洋资源开采、海岛居民生活生产活动提供充足电力、热力能源及淡水供应,为周边海域开发活动奠定坚实的能源基础。

揭开面纱

安全和稳定性能如何?

最近几年,已有数个国家率先启动海上核电站的开发和应用,核工程师们在海洋环境下利用核能已经不是新鲜事。

在俄罗斯,有大量地区人烟稀少。从北海到远东海岸的各个港口、孤立的矿区等,对海水淡化和电力需求日趋强劲。因此,俄罗斯考虑采用KLT-40S、NIKA-70等反应堆建造浮动式电力单元(FPU),用于提供电力、热能和海水除盐。由于KTL-40S反应堆的设计成熟,最适合布置在陆地和非自驱动式水上平台,它被选为俄罗斯第一座浮动式核电站“罗蒙诺索夫”号的反应堆。

“罗蒙诺索夫”号长144米、宽30米,重21500吨,载员70人。其装载两台KLT-40S反应堆,能提供70-300MWt热功率。KLT-40S反应堆搭载了应急冷却系统(ECS),用以在停堆时排出余热。其安全性也获得了国际认可,包括通过IAEA组织的审查(IAEA安全导则Afrikantov OKBM)。

最近,美国MIT的一个研究团队提出了一种海上浮动式核电站(以下简称OFNP)设计,这一设计基于圆柱形浮动式甲板平台,链接固定。采用圆柱形平台的OFNP重心低,有很好的静态稳定性,能够有效规避海底地震、海啸、波浪和风等的载荷影响。

未来走向

面临哪些问题与挑战?

福岛事故发生一个重要的原因就是地震之后引发的海啸导致断电,因此在设计ONPP时就需要考虑海啸影响。

GBS式(混凝土重力基础结构式,抵抗地震和海啸的安全特性得到了加强)ONPP的水域深度相对较浅。从福岛事故的经验得知,海啸浪高不能超过GBS式ONPP的自由甲板,这样才能保护电厂的安全系统不受破坏。此外,海啸对于离海岸线较远的ONPP和水下式ONPP的影响基本上可忽略不计。

除了海啸外,由于海上核电站靠近海岸线和近海的各种设施(如油气开发平台),均有被海上漂浮物撞击的风险。对于GBS式ONPP,其坚固耐用的预应力混凝土结构能够有效防止海上撞击,考虑到GBS是双层混凝土墙设计,其抵御撞击的能力进一步得到加强。

地震也是ONPP建设时不可忽略的问题。对于GBS式ONPP,因为其外部GBS舱体置于海底,地震时可能受损,因此增设了地基隔离系统,通过调节GBS的重量以减小地震加速度影响。

由于ONPP远离陆地,与其他油气开发平台一样,针对外部威胁(直接攻击、武装入侵、船撞击和飞机撞击、其他蓄意破坏)所需的物理防护是个挑战。尤其是水下攻击是海上核电站特有的威胁,这一点不同于陆基核电站。针对海上威胁,若从陆地采取安全措施会有一定的延迟,这一点必须考虑到。因此对于海上核电站,增强物理防护系统(更坚固的外部舱体设计、额外的舱体保护系统、早期预警系统)和措施十分必要。

同时,防人因失误也是ONPP设计时需要特别关注的。相较于陆基核电厂,由于ONPP的工作环境带给人的压力更大,犯错率会更高,ONPP的人力资源更受限制。因此应该减少人类动作,简化设计和增加自动化过程十分必要。可以通过远程操作自动化设备进行安全相关系统的可用性测试。

除海上面临严峻的外部风险外,设计ONPP还面临其他困难。例如浮动式ONPP的设计,即便其经过锚固,也要考虑暴风和剧烈海浪带来的压力。来自海底的混浊流现象也可能引起水下设备失效。另外,防水隔离、腐蚀、维护等很大程度上影响着ONPP寿期和结构可靠性。这对于水下式ONPP尤为重要,因为潜入深水及进行维修更加困难。最后,还应当精心设计制定应急疏散方案和规程。

来源:核能研究展望                            发布时间:2017-4-13

 
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