如何建造浮动核电站?它是如何工作的?

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2021-10-22 16:26来源:中国核电网作者:

几十年来,核电一直是备受争议的话题,但很少有核电站能像那些旨在漂浮在近海或难以到达的小城市附近水道中的核电站那样引发如此多的抗议。

随着气候变化继续融化北纬地区的海冰和冰川,浮动核反应堆开始引起俄罗斯联邦以及北欧地区的极大兴趣,他们将其视为北极未来发展的关键能源.

在这些融化的冰川下面是人类从未见过的自然资源——更不用说开采了——但一个问题仍然存在:我们如何建立开发这些资源所必需的基础设施。这就是浮动核电站的用武之地。

如何建造浮动核反应堆?

核工程师将核反应堆装入 Rosenergoatom 的第一座浮动核电站 Akademik Lomonosov 资料来源: Rosenergoatom

 

首先,浮动核反应堆并不像将核反应堆固定在船上并称其为一天那么简单,但也没有那么复杂。

需要建造特殊的船来容纳反应堆,但在船上安装核反应堆的想法至少不是一个新概念。军用潜艇和北极破冰船已经由核反应堆提供动力,所以这个想法不是在船上增加一个核反应堆,而是更多地让核反应堆成为船的全部。

这显然需要不同的设计选择以适应安全设备以及核反应堆本身。但可能最重要的因素是使其免受极端天气事件或海啸的影响,这些事件或海啸可能会使船舶沉没或以其他方式损坏船舶并释放放射性沉降物或废物。

这种情况发生在 1986 年的乌克兰切尔诺贝利和最近的日本福岛, 2011 年 49 英尺(15 米)高的海啸导致福岛第一核电站中的三座核电站的电源和反应堆冷却系统瘫痪。工厂的反应堆。当然,这些都是地面反应堆。

一艘船如何应对这些挑战和其他挑战,例如储存反应堆使用的高放射性废核燃料棒,仍然是重要和悬而未决的问题。

资料来源: Nicolai Gontar/绿色和平组织

 

所述 的Akademik罗蒙诺索夫,俄罗斯的第一浮动核电站, 在2018年完成,是产生压水反应堆的一种形式 ,其被加热,高压水 传递其热能,以降低水的压力 在其中也产生蒸汽的二次系统。

类似于船上的核反应堆,放射性废物问题是一个巨大的挑战,因为它是放射性液体的形式。作为压水反应堆,也存在潜在事故导致放射性物质爆炸性扩散到大气中的问题。

丹麦的Seaborg Technologies 认为解决方案是在其浮动核反应堆设计中使用熔盐反应堆。在这里,氟化盐与核燃料混合形成高于932°F(500°C)的液体 ,让它流入和流出反应堆。

与压水反应堆不同,如果反应堆室以某种方式破裂——例如在自然灾害引起的事故中——熔盐不会猛烈爆炸成蒸汽。相反,当熔盐暴露在空气中时,它会硬化成岩石,就像熔岩一样,它不仅包含放射性物质,而且使处置更容易。

不过,熔盐反应堆也有自己的安全壳挑战,尤其是在腐蚀方面。众所周知,热盐 在海上环境中具有腐蚀性,例如船上的燃气涡轮机,因此用它们建造核反应堆需要特殊的屏蔽层,以承受不锈钢也无法承受的腐蚀。

为什么要建造浮动核反应堆?

浮动核反应堆有什么意义呢? 首先,浮动核反应堆用于为偏远地区的工业和住宅用途提供大量电力。

例如,Akademik Lomonosov 正在为俄罗斯北部的佩韦克镇供电,并为该地区的一个海水淡化厂供电。俄罗斯还批准了另外五座浮动核电站沿其北北极海岸线运营。

除了为俄罗斯一些最偏远的社区提供电力外,这些发电厂还将提供必要的电力,以推动进一步向北发展,进入更原始、未受破坏的北极地区,这些地区现在因海冰和冰川消退而暴露在外。

在俄罗斯以外,浮动核反应堆可用于帮助世界上电力稀缺或不存在的地区供电,并帮助受灾地区恢复供电。

1960 年代和 1970 年代初期,美国在巴拿马运河运营了一座浮动核电站,尽管这并不像 Seaborg Technologies 和俄罗斯的 Rosenergoatom 等其他公司提出的那样雄心勃勃。

Seaborg Technologies 为浮动核电站设计。 资料来源:Seaborg Technologies/Facebook

 

Seaborg Technologies 希望最终每年能生产数百座浮动核电站,声称与类似规模的燃煤电厂相比,这些反应堆在反应堆的整个生命周期内至少可以抵消 33,600,000 吨二氧化碳。

“世界需要能源,但我们也需要脱碳,” Seaborg 联合创始人兼首席执行官Troels Sch?nfeldt说 。“凭借极具竞争力的产品,利用现有生产能力,我们每年可以部署数百个反应堆——我们已准备好应对全球影响,”

毫无疑问,脱碳目标是至关重要的目标,甚至一些其他环保政策倡导者也表示,如果不增加核能生产,就不可能通过脱碳经济来应对气候变化。

不过,正如 其他人指出的那样,建设安全的核电需要大量时间——在避免气候变化方面,我们几乎无法做到这一点——因此,将我们的气候希望寄托在核电上以拯救我们可能实际上没有实际意义。

浮动核反应堆有哪些限制?

从显而易见的开始,浮动核反应堆只能在有足够水让它们漂浮的地方使用,因此无论是在公海还是在大河等足够宽的水道中。

如果更多孤立的内陆地区没有连接到与浮动核电站连接的沿海地区相同的电网,那么对他们来说没有多大帮助。

如果浮动核电站的目的是为受灾地区提供能源,那么这将尤其令人沮丧,而该地区的电网肯定会出现中断——如果当地电网一开始就存在的话。

2017 年,飓风玛丽亚摧毁了美国波多黎各领土,导致该岛部分地区断电数月。这里的问题不是发电厂一直停电,而是玛丽亚已经拆除了整个岛上的电线。

直到2019 年 3 月,在玛丽亚袭击该岛近两年后,波多黎各的所有居民才正式恢复供电。这种基础设施挑战不是浮动核电站可以解决的问题,它们在其他灾区的效用也会受到限制。

浮动核反应堆有哪些风险?

浮动核电站面临的最大问题与任何核电站面临的问题相同:与之相关的风险是什么?

核电的支持者很快指出,考虑到全世界有多少核电站在运行,核电实际上有着出色的安全记录。在上下文中,肯定有一些话要说。

目前世界上只有 443 个正在运行的核反应堆,因此在评估核事故风险时,您必须考虑您正在考虑的样本池的大小。如果您抛硬币一次并且它落在正面,您不能用它来说硬币抛永远不会出现反面。

截至 2021 年 4 月,全球已有190 座核电站退役,目前可运行的商业核电站总数约为 449 座。 发生了多起备受瞩目的重大核事故,包括 1957 年的 Kyshtym核灾难、 三哩岛、切尔诺贝利和福岛。

福岛灾难后,研究人员分析了过去所有的堆芯熔化事故,估计每 3704 个反应堆(运行)年的故障率为 1 。结果还表明,可能发生比预期更严重的核事故。

普林斯顿大学核专家 Harold A. Feiveson 写道,尽管核电站已经变得非常可靠,“即使发生严重事故的可能性是每反应堆每年百万分之一,但未来全球 1,000 座反应堆的核容量也将是每 10 年面临 1% 的此类事故发生的可能性——可能很低,但考虑到后果并非可以忽略不计”

那次事故的后果与核电站正常运行时的收益一样大。核电无疑是一个高风险高回报的命题,即使核事故的绝对数量仍然很小。

包含 1986 年熔化的核反应堆的切尔诺贝利“石棺” 资料来源:Petr Pavlicek/IAEA/Flickr

 

正如环保活动家组织绿色和平所指出的那样,在北极发生的浮动核电站核事故可能是灾难性的。

“在北冰洋周围漂浮的核反应堆将对脆弱的环境构成惊人的明显威胁,该环境已经受到气候变化的巨大压力,”绿色和平组织中欧和东欧的核专家扬·哈夫坎普在回应已完成建设的北冰洋核反应堆时说。 2018 年的罗蒙诺索夫学院。

Rosenergoatom 的副主任 Sergey Zavylov在 2010 年告诉 BBC,“这些[浮动核电站]具有非常好的潜力,为探索北极大陆架和建立钻井平台开采石油和天然气创造了条件。在北极工作非常复杂和危险,我们应该确保有可靠的能源供应。”

“我们可以百分百保证我们单位的安全,”扎维洛夫补充说,“绝对排除所有风险。”

至于极端天气事件和海啸,漂浮核电站的支持者坚持认为这些船只能够承受这些事件,但这不仅有待证明,而且他们似乎根本不可能保证这一点,至少不是我们已经看到生产的。

“浮动核电站通常会在海岸线和浅水区附近使用。与关于安全的说法相反,平底船体和 [Akademik Lomonosov] 缺乏自推进使其特别容易受到海啸和飓风的影响,”绿色和平组织的哈夫坎普说。

重要的是要记住,在公海发生的飓风和海啸可能很危险,但它们的危险性远低于海岸线,在海岸线上,流离失所的水流入人口稠密的沿海地区,导致大规模的风暴潮甚至更糟。任何漂浮的核电站都会像海岸线上的任何其他大型船只一样容易受到这些力量的影响。

虽然这在俄罗斯北部可能不是一个主要问题,但非洲、南美洲和亚洲的几个国家过去曾表示对浮动核电站感兴趣,而且随着俄罗斯和其他国家开始大规模生产,这种兴趣才有可能增长。

至少,在发生事故之前,当你生产大量这些浮动核电站时,肯定会发生事故。将那枚众所周知的硬币掷一千次,这些浮动核电站的真正风险将比现在更加受到关注。

最终,浮动核电站带来的实际风险尚不清楚,因为我们根本没有足够的样本量来明确衡量它,尽管这实际上是一件好事。拥有大量过去核事故的数据点以及造成这些事故的原因并不是任何人都想看到的,但对我们大多数人来说,这可能是我们无法控制的。

随着未来几十年开发北极的热潮升温,为北极的钻探和采矿作业提供动力,并为工作人员提供电力和清洁水,将成为对北极资源拥有主权的国家越来越重视.

随着全球南方的饮用水变得越来越稀缺,海水淡化工厂对于让无数人存活下去至关重要,因此即使存在核事故风险,渴死的风险也将更加紧迫对于很多。

无论我们喜欢与否,大规模生产的浮动核电站很可能会成为未来的潮流。

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