浮動核電站過去現(xiàn)在和未來
世界上第一座核電站是美國的MH-1A號,該項目由美國陸軍主導,旨在開發(fā)小型核反應堆,在偏遠地提供能源。
初代浮動核電站的設計十分簡陋,船體不是新建造的,而是在一艘自由級貨船上改裝。把推進系統(tǒng)拆除安裝上核反應堆,提供10兆瓦的電力。MH-1A在1963年開始建造,在1967年投入使用。1968年MH-1A被拖到巴拿馬運河區(qū)工作,服役到1976年。服役時間僅有8年,可見并不是一款成功的浮動核電站。2014年開始拆除,19年拆除完成。
丹麥和韓國
丹麥初創(chuàng)公司Seaborg Technologies?公司正在開發(fā)核緊湊型熔鹽反應堆(CMSR)和浮動核電站。Seaborg?Technologies在2015年創(chuàng)立,目前公司人數(shù)在100人左右。
據(jù)聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官 Troels Sch?nefeldt介紹,公司開發(fā)的小型熔鹽反應堆只有集裝箱大小,可以通過駁船運往世界各地,他估計,通過這種方式可以為世界95%的人口提供服務。


2023年,Seaborg?Technologies已經(jīng)和韓國水力核電有限公司 (KHNP)?和三星重工合作,未來的浮動核電站船體由三星重工建造,目前計劃在2024年開啟詳細設計,2026年開始建造第一座浮動核電站,2028年交付使用,在2028年以后,將會開始批量生產(chǎn)。2023年,仍然處于概念驗證階段,處于項目早期階段。第四代的熔鹽反應堆暫時沒有投入商用,要在2028年交付使用是非常困難的。
參考網(wǎng)站來自Seaborg?Technologies公司官網(wǎng)??
https://www.seaborg.com/

俄羅斯
20870型浮動核電站羅蒙諾索夫院士號,俄稱浮動動力裝置(FPU)
俄羅斯的地理位置適合發(fā)展小型核電站和浮動核電站,遠東西伯利亞和北冰洋沿岸存在大量資源性城市,人口數(shù)量不多,在資源開發(fā)完成后,通常會被廢棄。如果采用大型核電站,顯然成本過高,小型核電站的開發(fā)是必然的。
2006年,羅蒙諾索夫院士號在北德文斯克的北方機械制造生產(chǎn)聯(lián)合體開工,不過因為延期問題,由圣彼得堡的波羅的海造船廠繼續(xù)建設。經(jīng)過多年的建造,多次延期交付后,在2019年被拖到北冰洋沿岸楚科奇自治區(qū)佩韋克市,2020年5月正式投入商業(yè)運營。

羅蒙諾索夫院士號由俄羅斯國家原子能集團(Rosatom)旗下的俄羅斯核電站電力和熱能生產(chǎn)公司(Rosenergoatom)運營,俄羅斯所有的核電站都由該公司運營。冰山設計局設計羅蒙諾索夫院士號,冰山設計局設計了蘇聯(lián)至俄羅斯的所有核動力破冰船。下諾夫哥羅德州的阿夫里坎托夫機械制造試驗設計局制造反應堆??ūR加汽輪機廠制造蒸汽輪機。
羅蒙諾索夫院士號長144米,寬30米,排水量21000噸。安裝兩臺KLT-40S型核反應堆,KLT-40是“北海航線”號核集裝箱船和泰米爾級淺吃水核動力破冰船的反應堆,兩臺反應堆可以提供70兆瓦的電力(單臺35兆瓦),熱功率一共300兆瓦(單臺150兆瓦),足夠支撐10萬人的用電。
羅蒙諾索夫院士號使用壽命為35-40年,并在運行10-12年后進行工廠維修。羅蒙諾索夫院士號為70人的服務人員提供安置例如住宅小屋、餐廳、休息室、圖書館、體育中心(健身房、健身房、游泳池、桑拿浴室、浴室)、商店、洗衣房等。還提供廚房和臨時烹飪區(qū)和食物儲存,同時設有急救門診。
KLT-40型稍顯落后,例如換料間隔期大概只有3-4年,單臺35兆瓦的電力并不算強大。在下一代浮動核電站的核反應堆上,采用了22220型北極級核動力破冰船同款的RITM-200型,單臺提供55兆瓦電力和195兆瓦熱功率。


新一代的浮動核電站20871型,俄方稱為現(xiàn)代化浮動發(fā)電機組(MPEP)配備兩臺RITM-200S反應堆,RITM-200S比RITM-200型更強大,每臺額定熱功率為198兆瓦,以及106兆瓦的電力。反應堆的燃料補給間隔約為五年。據(jù)說,RITM-200S反應堆堆芯的能量是羅蒙諾索夫院士號的KLT-40S反應堆堆芯的四倍。
20871型長度為140 m,寬度為30 m,不帶設備的船體重量為9549噸,帶設備的船體重量為19088噸。中國的惠生(南通)重工有限公司負責建造兩艘浮動核電站船體,也就是20871型和20872型,這兩型實際上是一樣的。在2022年8月底開工,計劃在2023年之前交付。中國與俄方簽訂了2.26億美元合同,比韓國的造船廠出價底30%,交付時間僅需一年。全世界只有中國造船業(yè)能有如此效率了。在今年年底,會由一艘船體拖到圣彼得堡的波羅的海造船廠舾裝。20871型最終會在楚科奇的Baimskaya礦區(qū)工作,也就是說在2027年左右,可以見到多艘浮動核電站同時工作。
20873型是進一步改型,計劃使用10510型領袖級核動力破冰船同款的RITM-400型反應堆,電力提升至180兆瓦,預計尺寸會更大。但是目前沒有開始建造,個人猜測船體依然由中國船廠提供,因為現(xiàn)時俄羅斯造船廠的產(chǎn)能有限,效率和成本也差過中國造船廠。
23870型浮動核電站,俄方稱為優(yōu)化浮動電站(OPEB),是針對國外客戶。該型不適用于惡劣的工作條件,說明這一型應該是熱帶版本的浮動核電站,與上述浮動核電站在北極工作不同。
24870型,帶有自己的推進裝置的動力裝置,專為不結冰的海洋而設計。為了船舶的操作,提供了單點系泊系統(tǒng)。
俄羅斯在浮動核電站的發(fā)展無疑處世界領先位置。
參考網(wǎng)站
https://www.atomic-energy.ru/
https://fnpp.info/
https://sudostroenie.info/
https://rosatom.ru/index.html

中國
在上述與俄羅斯的合作中,中國的造船廠只是建造船體,沒有參與其他設備的建造。
中核集團在2016年提出建造中國的浮動核電站,國家發(fā)展改革委正式復函,同意中核集團申報的海上浮動核電站ACP100S納入能源創(chuàng)新“十三五”規(guī)劃。ACP100S是ACP100的海上應用型號,ACP-100就是玲瓏一號核反應堆。ACP100S是中核集團完全自主研發(fā)、自主設計的小型海上反應堆型號,完全符合三代核電安全要求,可以滿足為海上鉆井平臺、海島開發(fā)、偏遠地區(qū)等提供熱電水的能源需求,以及海水淡化、核能制冷等多元化的發(fā)展需求。
中國核動力研究設計院多用途模塊式小型壓水堆總設計師宋丹戎介紹說,目前核動力院聯(lián)合國內(nèi)船體平臺研發(fā)、設計和制造單位,已完成針對我國海域的浮動核電站初步設計和關鍵技術攻關工作,具備示范堆建設基本條件,計劃2016年底啟動示范堆建設,2019年建成運行。(這個并沒有實現(xiàn))
個人估計現(xiàn)在仍然在技術論證階段,暫時沒有公布其他設計細節(jié)。
2023年5月30日,南華早報報道,中國因北溪二號遭到破壞,擔憂遭到破壞而放棄建造浮動核電站。中國計劃在南海的島礁上使用服用核電站,然而這里存在大量主權爭端。在俄烏戰(zhàn)爭中,廉價的無人機和無人船證明了作戰(zhàn)價值,可以輕松襲擊浮動核電站。俄羅斯北極地區(qū)地理位置偏遠且不存在主權爭端,自然不用擔心襲擊的問題。

參考來源
https://www.gov.cn/xinwen/2016-01/14/content_5032963.htm

加拿大和美國
加拿大初創(chuàng)公司 Prodigy Clean Energy 和美國初創(chuàng)公司?NuScale Power?在2018 年簽署諒解備忘錄,計劃將小型模塊化反應堆的具有競爭力的北美浮動核電站推向市場。
兩家公司公布了可移動浮動核電站的概念設計,該電站“將能夠在世界各地任何沿海地區(qū)產(chǎn)生安全、負擔得起且可靠的全電網(wǎng)電力”,并且該項目將“與運營商合作開發(fā)” 、監(jiān)管機構和造船廠”。
加拿大初創(chuàng)公司 Prodigy Clean Energy 的浮動核電站將能夠容納1到12個 NuScale Power公司的小型反應堆功率模塊,總容量高達924兆瓦。浮動核電站的設計也將標準化,目標是“多地點建設、批量生產(chǎn)”。
NuScale Power 總裁兼首席執(zhí)行官約翰·霍普金斯 (Johns Hopkins) 認為:“使用可運輸?shù)暮I细雍穗娬緦⑹刮覀兡軌蛟谑澜绺鞯氐母嗟攸c部署 NuScale Power?的電力模塊。通過將 Prodigy 技術與 NuScale 的安全、可擴展和創(chuàng)新的小型模塊化反應堆設計相結合,我們對己提供無碳和成本的能力充滿信心,全球具有競爭力的小型模塊化反應堆技術?!?/p>

目前項目還在早期階段,兩家初創(chuàng)公司的合作,并不能支撐如此復雜的項目。最關鍵是要找到一個核電巨頭公司,可以生產(chǎn)核反應堆和蒸汽輪機的公司,就像上述的Seaborg?Technologies和韓國水力核電有限公司合作。
參考來源
https://www.prodigy.energy/
https://www.nuscalepower.com/en

西班牙和美國
西班牙工程公司 Empresarios Agrupados (EA) 將在印度尼西亞建造一座浮動核電站,配備兩臺 ThorCon液態(tài)鹽釷反應堆,每臺容量為 500兆瓦?(TMSR-500)。西班牙工程公司與反應堆開發(fā)商美國ThorCon公司的合同于2021年11月8日簽署。
根據(jù)合同,ThorCon 將提供其熔鹽反應堆技術,而西班牙工程公司將提供其1,250 名工程師以及其在各種核項目中50年的經(jīng)驗。此外,西班牙工程公司 還致力于為 ThorCon 反應堆項目提供整個核電站生命周期的工程支持,從設計和施工到運營和隨后的退役。Empresarios Agrupados 該項目的項目經(jīng)理 Maria Teresa Dominguez 表示:“我們的任務是將 Empresarios Agrupados 的所有經(jīng)驗轉移到 TMSR-500 反應堆。
ThorCon與國有造船公司PT PAL Indonesia于2019年7月簽署了浮動電站實際建造協(xié)議。這艘 185 米長的駁船將容納動力裝置,將由大宇造船與海洋工程公司在韓國建造。
不過暫時沒有開工建造的消息,第四代釷基熔鹽堆直接搬到浮動核電站上運行,多少有點步子邁大了。近期印尼希望與俄羅斯合作開發(fā)浮動核電站,可能側面證明該項目陷入停滯。

參考資料
https://www.empresariosagrupados.es/
https://thorconpower.com/

英國
Core Power公司正在與美國微軟創(chuàng)始人比爾·蓋茨出資的美國TerraPower、從事電力和燃氣業(yè)務的美國南方電力公司(Southern Company)、核燃料循環(huán)再利用企業(yè)法國的Orano共同開發(fā)浮動式核電站。
這四家企業(yè)開發(fā)的浮動式核電站使用熔融氯化物快速反應堆(MCFR),這種反應堆屬于小型模塊化反應堆(SMR)的一種。其原理是,把氯鹽加熱到400度以上使其變成液態(tài)之后,再使鈾溶入其中。然后鈾發(fā)生核裂變,由此獲得熱能來驅動渦輪工作。
由于可省去使用固體燃料的傳統(tǒng)核電站需要的加壓設備,因此可實現(xiàn)小型化。發(fā)生堆芯熔融及爆炸等事故的風險也很小。4家企業(yè)的熔融氯化物快速反應堆的輸出功率為每座300兆瓦,3~4座便可達到與普通核電站(約1000兆瓦)相當?shù)乃健?/p>
浮動式核電站不需要為了抵抗地震及海嘯等根據(jù)地形定制的特殊構造物,大部分可通過工廠大量生產(chǎn)。建設費用是陸地核電站的約一半,工期也可以縮短7成。CORE POWER計劃與日本造船企業(yè)合作,船體可能由日本造船廠建造。CORE POWER計劃2026年推出試驗船,2030~2032年實現(xiàn)商業(yè)化。
參考網(wǎng)站
https://corepower.energy/
短期內(nèi),第四代核反應堆技術難以用在浮動核電站上,以上各種民企和初創(chuàng)公司全部使用第四代核反應堆技術,技術難度較大,所以都沒有傳出正式開工的消息,采用成熟的第三代核反應堆的浮動核電站是短期內(nèi)可以落實的項目。