福島核事故6周年之際，再一次提醒人們關(guān)注核電站的風(fēng)險(xiǎn)。雖然核電站存在潛在風(fēng)險(xiǎn)，但是不能將之從當(dāng)前能源結(jié)構(gòu)中排除，最好的選擇是進(jìn)一步加強(qiáng)核電站的安全特性，以持續(xù)利用核能。

加強(qiáng)核能安全性的一個(gè)可能選擇是，將常規(guī)核電站由陸地轉(zhuǎn)向海洋，即海上核電站(以下簡(jiǎn)稱ONPP)。這也是核電站未來(lái)發(fā)展的一個(gè)方向。那么，海上核電站又面臨哪些問(wèn)題和挑戰(zhàn)?

不懂就問(wèn)

為什么要建海上核電站?

海上核電站的一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)在于節(jié)省空間，其所有設(shè)備均置于海洋之中，無(wú)需占用額外的陸地，也避免了公眾的負(fù)面反饋。

同時(shí)，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區(qū)面臨海水淡化和電力短缺問(wèn)題，而海上核電站可與其他清潔分布式能源結(jié)合，有效緩解海洋能源供給矛盾，為海洋資源開(kāi)采、海島居民生活生產(chǎn)活動(dòng)提供充足電力、熱力能源及淡水供應(yīng)，為周邊海域開(kāi)發(fā)活動(dòng)奠定堅(jiān)實(shí)的能源基礎(chǔ)。

揭開(kāi)面紗

安全和穩(wěn)定性能如何?

最近幾年，已有數(shù)個(gè)國(guó)家率先啟動(dòng)海上核電站的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，核工程師們?cè)诤Ｑ蟓h(huán)境下利用核能已經(jīng)不是新鮮事。

在俄羅斯，有大量地區(qū)人煙稀少。從北海到遠(yuǎn)東海岸的各個(gè)港口、孤立的礦區(qū)等，對(duì)海水淡化和電力需求日趨強(qiáng)勁。因此，俄羅斯考慮采用KLT-40S、NIKA-70等反應(yīng)堆建造浮動(dòng)式電力單元(FPU)，用于提供電力、熱能和海水除鹽。由于KTL-40S反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)成熟，最適合布置在陸地和非自驅(qū)動(dòng)式水上平臺(tái)，它被選為俄羅斯第一座浮動(dòng)式核電站“羅蒙諾索夫”號(hào)的反應(yīng)堆。

“羅蒙諾索夫”號(hào)長(zhǎng)144米、寬30米，重21500噸，載員70人。其裝載兩臺(tái)KLT-40S反應(yīng)堆，能提供70-300MWt熱功率。KLT-40S反應(yīng)堆搭載了應(yīng)急冷卻系統(tǒng)(ECS)，用以在停堆時(shí)排出余熱。其安全性也獲得了國(guó)際認(rèn)可，包括通過(guò)IAEA組織的審查(IAEA安全導(dǎo)則Afrikantov OKBM)。

最近，美國(guó)MIT的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)提出了一種海上浮動(dòng)式核電站(以下簡(jiǎn)稱OFNP)設(shè)計(jì)，這一設(shè)計(jì)基于圓柱形浮動(dòng)式甲板平臺(tái)，鏈接固定。采用圓柱形平臺(tái)的OFNP重心低，有很好的靜態(tài)穩(wěn)定性，能夠有效規(guī)避海底地震、海嘯、波浪和風(fēng)等的載荷影響。

未來(lái)走向

面臨哪些問(wèn)題與挑戰(zhàn)?

福島事故發(fā)生一個(gè)重要的原因就是地震之后引發(fā)的海嘯導(dǎo)致斷電，因此在設(shè)計(jì)ONPP時(shí)就需要考慮海嘯影響。

GBS式(混凝土重力基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)式，抵抗地震和海嘯的安全特性得到了加強(qiáng))ONPP的水域深度相對(duì)較淺。從福島事故的經(jīng)驗(yàn)得知，海嘯浪高不能超過(guò)GBS式ONPP的自由甲板，這樣才能保護(hù)電廠的安全系統(tǒng)不受破壞。此外，海嘯對(duì)于離海岸線較遠(yuǎn)的ONPP和水下式ONPP的影響基本上可忽略不計(jì)。

除了海嘯外，由于海上核電站靠近海岸線和近海的各種設(shè)施(如油氣開(kāi)發(fā)平臺(tái))，均有被海上漂浮物撞擊的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于GBS式ONPP，其堅(jiān)固耐用的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)能夠有效防止海上撞擊，考慮到GBS是雙層混凝土墻設(shè)計(jì)，其抵御撞擊的能力進(jìn)一步得到加強(qiáng)。

地震也是ONPP建設(shè)時(shí)不可忽略的問(wèn)題。對(duì)于GBS式ONPP，因?yàn)槠渫獠縂BS艙體置于海底，地震時(shí)可能受損，因此增設(shè)了地基隔離系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)節(jié)GBS的重量以減小地震加速度影響。

由于ONPP遠(yuǎn)離陸地，與其他油氣開(kāi)發(fā)平臺(tái)一樣，針對(duì)外部威脅(直接攻擊、武裝入侵、船撞擊和飛機(jī)撞擊、其他蓄意破壞)所需的物理防護(hù)是個(gè)挑戰(zhàn)。尤其是水下攻擊是海上核電站特有的威脅，這一點(diǎn)不同于陸基核電站。針對(duì)海上威脅，若從陸地采取安全措施會(huì)有一定的延遲，這一點(diǎn)必須考慮到。因此對(duì)于海上核電站，增強(qiáng)物理防護(hù)系統(tǒng)(更堅(jiān)固的外部艙體設(shè)計(jì)、額外的艙體保護(hù)系統(tǒng)、早期預(yù)警系統(tǒng))和措施十分必要。

同時(shí)，防人因失誤也是ONPP設(shè)計(jì)時(shí)需要特別關(guān)注的。相較于陸基核電廠，由于ONPP的工作環(huán)境帶給人的壓力更大，犯錯(cuò)率會(huì)更高，ONPP的人力資源更受限制。因此應(yīng)該減少人類動(dòng)作，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和增加自動(dòng)化過(guò)程十分必要。可以通過(guò)遠(yuǎn)程操作自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行安全相關(guān)系統(tǒng)的可用性測(cè)試。

除海上面臨嚴(yán)峻的外部風(fēng)險(xiǎn)外，設(shè)計(jì)ONPP還面臨其他困難。例如浮動(dòng)式ONPP的設(shè)計(jì)，即便其經(jīng)過(guò)錨固，也要考慮暴風(fēng)和劇烈海浪帶來(lái)的壓力。來(lái)自海底的混濁流現(xiàn)象也可能引起水下設(shè)備失效。另外，防水隔離、腐蝕、維護(hù)等很大程度上影響著ONPP壽期和結(jié)構(gòu)可靠性。這對(duì)于水下式ONPP尤為重要，因?yàn)闈撊肷钏斑M(jìn)行維修更加困難。最后，還應(yīng)當(dāng)精心設(shè)計(jì)制定應(yīng)急疏散方案和規(guī)程。

本文來(lái)源于《核能研究展望》，標(biāo)題為編者所加。