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1、1关于建设海上漂浮核电站的设想与分析王学思2012082420哈尔滨工程大学2目录第 1 章：海上漂浮核电站与陆上核电站相比的优点.第 2 章：海上漂浮核电站与船用核动力装置的不同.第 3 章：海上漂浮核电站核动力装置第一节：海上漂浮核电站反应堆堆型的选择.第二节：海上漂浮核电站核动力装置的总体布置.第 4 章：漂浮核电站海上工作平台第一节：各型移动式海洋平台的工作特点.第二节：漂浮核电站海上工作平台的选择.第 5 章：漂浮核电站放射性废物的特殊处理第一节：“三废”来源.第二节：如何处理漂浮核电站上的“三废”.3第一章：海上漂浮核电站与陆上核电站相比的优点海上核电站即是将整套的核动力发电装置及
2、配套设施建设在海上利用核能产生电力的海上核动力发电站。因为海上核电站需要定期的返回特定码头进行换料，还需要对无法在海上维修的大型设备进行陆上维修或更换，所以海上核电站通常被设计为漂浮式而非固定式。漂浮式即为将核电工作平台放置于船舶结构或浮式海洋平台结构中，可以自带动力装置，而且其动力来源可以直接取自自身的核能，也可以不带有动力装置，需要移动的时候可以由拖船牵引。漂浮式海上核电站当需要固定于海上一点时可以采用释放锚链的方式勾住海底，也可以采用先进的动力定位方式，并且当需要移动时，动力定位装置还可以直接转变为推进装置，因此使用灵活并且对海域的适用性广。海上核电站因其独特的设计特点因而具有以下几种陆
3、上核电站所不具有的优点：1.海上核电站因为远离大陆本土，所以即使发生核物质泄漏事故，也不会对大陆本土产生核污染，引发严重生态危机。对于陆上核电站来说，虽然在设计与运行的过程中无时不以安全为第一准则，但是不排除低概率事故发生的可能性，而一旦在陆上发生严重核泄露事故，后果不堪设想，如切尔诺贝利核电事故则直接造成 31 名消防员死亡，320 万人受到核辐射侵害，2294 个居民点受到核污染，6000 平方公里的土地几乎永久无法使用，如此严重的核事故发生在任何一个国家都是难以承受的。而尤其对于能源消耗巨大且自身矿产资源严重缺乏的岛国如日本，英国来说，陆地面积十分有限，发展核电尤其是发展海上核电对他们来
4、说是极为有益的。另一方面，即使是在海上发生严重的核泄漏事故，不仅不会污染到陆地本土，而且泄露出来的核物质大部分仍然会被密封壳包住，大量的海水因重力涌入会起到自然冷却的作用，利用自然循环实现堆芯的应急冷却。而且泄露出来的核物质会随着洋流而扩散，进而稀释至可以接受的安全值以下。与陆上核电站相比，不会引发严重的生态危机，也不需要大批民众转移，将损失降到了最低。2.海上核电站的海域适用性广。与海上核电站不同，陆上核电站对选址有着极为苛刻的要求。陆上核电站必须建在经济发达地区的相对偏远地区，50 公里以内不能有大中型城市。要求厂址深部必须没有断裂带通过，而且要求核电站数千米范围内没有活动断裂，厂址 10
5、0 千米海域、50 千米内陆，历史上没有发生过 6 级以上地震，厂址区 600 年来也没有发生 6 级地震的构造背景。因为核电站在运行过程中要产生巨大热量，所以核电站的选址必须靠近水源，最好是靠海，这也是大型核电站都建在海边的一个重要原因，并且靠海还可以解决大件设备运输问题。万一发生危险，在平的海岸线和放射物均匀发散的情况下，污染陆地面积只是完全在内陆的一半。由此可见，并不是大部分的地区都适合建设核电站，而且核电站要想向内陆发展将会是一个极为艰难的过程，因为内陆地区的水源全部为淡水，并且几乎所有的大江大河都直接向周边城市供应生活用水，在这种情况下建设核电站，一旦发生泄漏事故，后果不堪设想。由此
6、也严重限制了核电事业的发展，而将核电站向海上发展则是更好的出路。海上核电站没有在选址上的过多要求，只需要一块风平浪静的水域，即使突遇不可预测的风浪，利用现有的海洋平台设计经验，完全可以实现在风暴中自存。而4且海上漂浮核电站可以利用其便捷的移动性，对一些电力难以到达的缺电地区，可以提供稳定强大的电力供应。3.海上核电站可以在造船厂的船坞内建造。既可以减少建造成本与时间，又可以促进海工装备的发展，开辟海工装备的一个新分支，同时也可以为核动力船舶的建造积累经验。造船厂具有起吊超大型设备的能力，具备建设系统工程的经验。而陆上核电站的建设受道路，桥梁，起重设备等的限制，每开工一处陆上核电站的建设项目，就
7、需要为其修建一整套的建设保障设施。如开辟能运输大型设备的专用道路，修建具有较大起重能力的专用码头等等，增加了核电站的建设成本。而造船厂的起重设备和船坞则可以重复使用，在设计的过程中更可以使产品模块化，使得核电站的建造过程如搭积木般流畅，有利于核电设备向标准化和模块化方向发展。4.海上核电站有利于促进核电产业出口。到目前为止，全球已有 32 个国家靠自身或他国技术的支持下拥有了自己的核电站，为本国的经济发展注入了强大的动力，但是仍然有大部分国家由于受工业水平和环境条件的限制无法发展本国的核电事业，海上核电站的出现则可以解决这个问题。海上核电站利用其广泛的海域适应性与灵活的移动性，可以通过出售或租
8、赁的方式扩展核电产业的国际市场，为国家创收。5.发展海上核电站有利于提高我国水面舰艇核动力装置研发水平。海上核电站可以最大程度的模拟水面舰艇核动力装置的运行环境。水面舰艇核动力装置需要解决的问题除了水面舰艇核反应堆因作战需要必须能频繁改变功率大小等少数主要区别之外，总体上的设计要点与海上核电站一致，一旦我国海上核电站的设计技术达到成熟，完全可以移植到水面舰艇的设计方案中。比如说设计海上核电站所需要解决的抗摇摆、抗冲击、抗震动问题、防火防潮防盐腐蚀问题、核燃料补给与核废料回收问题、海上工作环境下的人机工程和核防护问题等，也都是发展水面舰艇核动力技术所需要直接面对的。因此发展海上核电站可以为水面舰
9、艇核动力装置的研发积累宝贵的经验。6.海上核电站还有望利用海水淡化缓解人类淡水危机问题。现在世界上有十多个国家的一百多个科研机构在进行着海水淡化的研究，有数百种不同结构和不同容量的海水淡化设施在工作。一座现代化的大型海水淡化厂，每天可以生产几千、几万甚至近百万吨淡水。某些地区的淡化水量达到了国家和城市的供水规模。其实将海水转化为淡水本身并不困难，至今已有几十种解决方法，如海水冻结法、电渗析法、蒸馏法、反渗透膜法等，海水淡化最大的困难在于如何才能降低成本。无论是采用哪一种方法，要想工业化生产，都离不开充足的电能。与火电相比，核电不仅是清洁能源，不会引发温室效应，而且运营成本低廉，可以就地取材地将
10、大量海水昼夜不停地转化为淡水，让淡水价格降低到普通民众可以接受的程度，这对于众多滨海但缺少淡水的国家来说将会是福音。海上核电站除了具有上述优点外，还有很多其他的优点与用途值得去发展，不仅可以促进核工业与船舶工业的发展，开辟出全新的发展领域，还将为国民5经济的发展注入新动力。当然，海上核电站也有其不足之处，其安全性仍然引起许多环保组织的担忧，比如一旦在海上发生核泄漏，放射性会因海水流动而衰减至微不足道还是会随洋流将放射性物质带到全球各个海域，引起全球性的生态危机？这些问题还有待研究。但是从历史来看，任何技术的发展道路都不会是平坦笔直的，不能因为某些缺陷的存在就放弃了发展的可能。6第二章：海上漂浮
11、核电站与船用核动力装置的不同虽然海上漂浮核电站的核动力装置与水面舰艇使用的核动力装置都漂浮在海面上，都要面对风浪带来的考验，因此都需要解决抗摇摆、抗冲击、抗震动问题、防火防潮防盐腐蚀问题、核燃料补给与核废料回收问题、海上工作环境下的人机工程和核防护等问题，所以大部分的设计经验是相通的。但是由于水面舰艇的核动力装置所产生的能量主要是用来推进舰艇高速运动的，而漂浮核电站所产生的能量则主要是为大陆本土输送电能，只是在需要移动的时候才会利用部分能量航行。因此由于使用功能上的差异也带来了两者设计上的一些不同：1.对反应堆的机动性要求不同。由于为了适应航海与作战的需要，舰船核动力装置要求能随时启动、停闭和
12、在短时间内大幅改变功率。例如，对于快速升负荷工况，要求在 30-60s 内，装置功率从 10FP 升至 100FP；对于快速降负荷工况，要求在 2s 内从 100FP 下降到 10FP；事故停堆一般应在 0.8s-1.2s 内实现。因此，要求反应堆和各主要动力设备必须能够适应频繁、急剧的功率变化，反应堆须能在任何裂变产物中毒情况下启动，燃料元件、压力容器和回路管道须能经受温度变化引起的热冲击、热疲劳等。然而对于漂浮核电站来说，对其反应堆的机动性则没有这么高的要求。除了在发生事故需要反应堆能够紧急停堆外，一当反应堆启动以后，反应堆将以稳定的功率平稳运行，不需要能够频繁且迅速调整反应堆的功率，这是
13、与水面舰艇核反应堆相比的一大不同。2.对核动力装置的生命力要求不同。生命力是指在遭受战斗破损或事故破损时，动力装置能够保证或者可能恢复其功能的能力。对舰船来说，核动力装置的生命力是舰船总生命力的重要组成部分。因此各国舰船在保证核动力装置生命力上采取了一些措施：（1）主动力分组布置：如美、俄核潜艇普遍采用二回路主推进汽轮机的双机工作方案，每台主机及其辅助系统构成一个动力单元，两个动力单元相对独立，可同时运行，也可互为备用。（2）应急储备：对关键设备完全备份。例如：美国“飞鱼”号及其后所有潜艇上普遍机械设备的“双重设置”原则，即同一设备有两套，一套工作，一套备用。（3）重要设备单独供电，设置应急供
14、电系统。（4）重要消耗品分散布置。（5）具有破损报警装置及隔离装置。由此可见，为了保证舰艇持续的航行能力和战斗力，在设计上采取了很多措施，保障了舰艇核动力装置即使受损也能以最快的速度恢复运转。然而，对于漂浮核电站来说，因为其并不是军事目标，遭受军事打击的可能性很小，所以受损的概率要比舰船低，并且即使核电站核动力装置出现故障而无法运行，也只是造成停止对外供电的后果，而不像舰艇一旦失去动力将造成艇毁人亡乃至战争失利的悲剧。所以对漂浮核电站来说，出现难以现场修理的机械故障，可以返回特定的码头进行修理，而无需携带众多备份，因此对核动力装置生命力7的要求要比舰艇的低。3.对核动力装置的隐蔽性要求不同。隐
15、蔽性是指核动力装置在运行过程中发出的物理场不被外界探测的能力。对核动力舰艇而言，影响其隐蔽性的主要因素是噪声。船舶核动力装置的噪声主要来源于主汽轮机的齿轮减速器、反应堆冷却剂泵和螺旋桨等设备，因此为了消除噪声，舰艇一般要求提高反应堆的自然循环能力，即可低速工况下不需要主泵的运行，可消除其运行噪声。此外采取全电力推进就可取消齿轮减速器，彻底消除齿轮减速器产生的噪音。还可以采取动力机械与船体分离的方法，采用弹性减振机座和其他减振、效应措施，减小通过船体产生的辐射噪声。而对于漂浮核电站来说，因为是民用设施，所以无需强调其隐蔽性，同时为了降低设计难度和建造成本，对噪音的控制只要满足国家对工作环境的噪声要求即可，所以漂浮核电站对噪音的控制要求没有也无需如舰艇核动力装置那样严格。除了上述几种主要的不同外，还有许多细节上不同，如可用的舱室空间大小不同、设计的出海条件和工作海况不同等等，都需要对漂浮核电站进行特殊的设计。8第二章：海上漂浮核电站核动力装置第 1 节：海上漂浮核电站反应堆堆型的选择
