浮动核电蓬勃发展新前景

1968 年 7 月，美国陆军将世界上第一座浮动核电站 Sturgis 派往巴拿马运河，以帮助克服区域水力发电厂短缺的问题，该地区的水力发电厂短缺因严重干旱和运河区船舶交通量增加而恶化. 斯特吉斯(图 1)配备了一个 45 MWth/10 MWe MH-IA 压水反应堆 (PWR)——陆军建造的最后一个反应堆，它一直运行到 1976 年，直到军方将其从该地区撤出，比最初预期的时间长了五年，产生了 356 GWh。

1. 斯特吉斯号，一艘前二战时期的自由舰，在20世纪60年代被改造成第一个浮动核电站。

虽然斯特吉斯号展示了浮动核电的关键属性--包括可靠性和复原力--但它并没有被轻易复制，尽管工业界做出了巨大的努力，如西屋公司20世纪70年代的 "海上电力系统 "计划和公共服务电力和天然气公司的4.6吉瓦大西洋核电站。但是，在全球迫切需要增加新的核电能力以应对现代电力挑战的推动下，人们对浮动核电站的兴趣似乎正在增强。

一个关键的卖点：灵活性

浮动核电站的关键卖点是固定的灵活性。行业观察家认为，新兴的设计可以加速既定的核电模式的转变，今天的核电模式完全基于大型集中式工厂，转向分布式发电，以满足电力以外的多种能源消费需求，包括热能、海水淡化以及氢气和氨气的生产。

此外，专家指出，核动力早已存在——甚至早于商业核工业——并且制造方法已经在商业造船厂大规模存在。而且，正如电力研究所 (EPRI)在最近的一份报告中指出的那样，1970 年代的大西洋核电站也确立了监管先例。EPRI 指出：“作为这项工作的一部分，商业海上应用的环境和监管审查程序得到了实施和证明，达到了工厂制造的授权点。在整个 1970 年代，一家私营企业寻求对离岸电力系统提案进行州和联邦监管审查，该提案要求在美国东海岸外建造多个工厂制造的浮式反应堆。” 在美国，监管审查“总体上是积极的，并产生了最终的环境声明，其中包括建议颁发许可证，以便在专门建造的类似造船厂的设施中远程建造核电站。

然而，今天，只有另外一个浮动核电站已经完成并部署。Rosatom的驳船式Akademik Lomonosov电厂，该核电站于2020年5月开始在西伯利亚北岸的偏远矿区Pevek供电和供热。该核电站包括沿海基础设施和配备两个35 MW KLT-40S 热中子能谱 PWR的浮动发电厂装置。

然而，更多的俄罗斯项目已经在酝酿之中。中国造船厂惠生重工于 2022 年 8 月在楚科奇自治区纳格莱宁角附近开工建造了四个海上作业浮式工厂中的第一个。该项目预计到2027年停泊在俄罗斯北极地区，将有两个Atomenergomash集团的RITM-200S压水堆--合计105兆瓦--安装在一个140米长的驳船上。

"这个项目对我们来说很特别，有几个原因：Atomenergomash有史以来第一次将自己确立为最终产品--浮动动力装置的供应商，我们从头到尾都负责。第二，我可以说这是整个[浮动核电站机组]家族历史的开始，具有完整的容量和用途范围--北极和热带版本，"Atomenergomash公司总经理Andrey Nikipelov说。

在北美，NuScale Power和Prodigy Clean Energy(加拿大小型模块化反应堆海洋发电厂的设计者)在2022年10月宣布了他们 "可运输和基于海洋的小型模块化反应堆(SMR)发电设施 "的新概念设计，该设计基于NuScale的陆上VOYGR发电厂产品。这一里程碑标志着两家公司在2018年签署的谅解备忘录下的下一个关键步骤，即把 "一个有竞争力的北美SMR海洋设施推向市场"。

2. NuScale Power和Prodigy Clean Energy的海洋发电站的艺术演绎。

Prodigy公司表示，其SMR海洋电站(MPS，图2)可以容纳1至12个NuScale电力模块，总输出功率为924兆瓦。它补充说："与陆地部署相比，使用Prodigy公司的技术部署NuScale VOYGR SMR电站的好处首先是在船厂制造和装备整个海洋设施，实现快速交付。

"进一步的优势包括大幅减少资本支出;加快项目进度;最大限度地减少现场准备;减少环境影响;释放项目融资结构，这通常是传统现场建造的核电站所不具备的;以及简化和加快退役和现场恢复。海洋设施的设计是标准化的，可以在各种场地部署，并可进行批量制造"。

浮动熔盐反应堆平台

驳船式先进反应堆概念的开发也在加快，主要是在亚洲。2022年12月，认证机构和核电技术开发商必维国际检验集团(BV)宣布，它与ThorCon公司签订了一项协议，对在印度尼西亚运营的500兆瓦熔盐核电驳船进行技术鉴定和 "后续开发"。

该概念将一个熔盐发电厂整合到一个浮动的驳船船体中，该船将被拖到一个浅水区，然后压载到海床上。BV说："来自必维国际检验集团核认证部门和海洋与离岸部门的专家将在整个过程中进行合作，一个关键的工作领域将是确定适用的标准、规范和等级规则，与目前可用的标准、规范和规则的潜在差距，并在必要时制定新的指导说明和规则。"

BV预计，技术鉴定过程将至少需要三年时间。如果成功，部署阶段将需要另外两年时间。ThorCon公司将把东南亚作为其第四代先进核电设计的主要市场，对于该公司来说，技术鉴定标志着一个重要步骤。该公司说，它已经与印度尼西亚邦加-比利通省、印度尼西亚国家电力公司PLN和该国核能监管机构BAPETEN就示范和最终安装500兆瓦电厂的潜在地点进行了讨论。与目前的核反应堆不同，ThorCon反应堆在低压下运行并使用液体燃料。它说："液体燃料使工作温度高得多，导致更高的效率，同时也实现了完全的被动安全(不需要操作者的行动，也不需要对电源进行干预以停止反应)。”

另一个分别取得类似进展的浮动核液体燃料概念是由韩国三星重工(SHI)和丹麦技术公司Seaborg Technologies带头提出的。1月初，三星重工报告说它的紧凑型熔盐反应堆(CMSR)动力驳船获得了美国船级社的原则批准(AIP)。美国船级社的AIP标志着技术鉴定过程中的一个重要里程碑，该过程由全球船级社和技术咨询服务提供商监督，主要是确认拟议的早期概念符合所需的行业规范和标准。

3. 丹麦公司Seaborg已与三星重工合作开发紧凑型熔盐反应堆(CMSR)动力驳船。

Seaborg在2017年推出的CMSR概念(图3)是一个250兆瓦时/100兆瓦的熔盐反应堆，设计用于模块化浮动核电驳船。该概念源于Seaborg的第一个反应堆设计工作，即熔盐热废炉(MSTW)，这是一个陆地上的270兆瓦时/115兆瓦时的熔融氟化盐反应堆，它具有石墨慢化剂。

Seaborg解释说："在这些反应堆中，熔盐既是液体核燃料，也是在闭环初级系统中持续循环的冷却剂，在大气压或接近大气压下运行。反应堆堆芯是由燃料/冷却剂管道阵列形成的，这些管道穿过反应堆容器内的慢化剂。”

然而，CMSR使用了一种 "专有的液体慢化剂，使反应堆堆芯的尺寸约为具有可比功率等级的石墨慢化剂堆芯的1/8，如MSTW"。Seaborg指出，这种规模非常适合于海洋应用，但这种设计固有的安全和加油功能也很适合。熔盐反应堆的设计是通过定期调整熔融燃料/冷却剂中的浓缩氟化铀盐的数量来进行在线加油，以维持近期的电力运行。在紧急情况下，整个库存的熔融燃料/冷却剂可以从主系统排入反应堆下的临界安全排水槽，相反，民用船用压水堆包含足够的浓缩铀，以维持在两次加油之间持续数年至十年的运行周期。海上压水堆的严重事故现象可能包括反应堆堆芯中的氢气生成(来自热锆水反应)和堆芯熔化。这些事故现象不可能发生在CMSR中。

Seaborg的概念被设计为安装在一个平底的、无推进力的驳船上，由至少三个模块部分组成：船头、容纳两到八个CMSR的动力模块和 "住宿/控制部分"。2022年4月，Seaborg与SHI建立了重要的合作关系，制造和销售 "可停泊在工业港口并连接到陆上电网的 "交钥匙电站。这些合作伙伴还发起了一项努力，开发由CMSR提供动力的氢气生产和合成氨工厂。然而，他们指出，这些装置的设计 "将被优化，以便在SHI的船厂进行有效的系列建造"。

作为一个模块化的浮动发电厂设计，CMSR可以在24年的使用寿命内向电力紧张的发展中国家提供高达800兆瓦的电力。该公司声称："选址和设施限制相对较少，施工期短至两年左右，而且成本低。目前，SHI计划在完成所有发电设施的详细设计后，于2028年实现CMSR动力驳船的商业化。”它指出，系列化生产可能在2030年开始。这两家公司承认，鉴于缺乏成熟的法规来充分解决新型海洋反应堆设计的核安全问题，这个时间表可能是乐观的。