俄“罗蒙诺索夫院士”号浮动核电厂情况综述

浮动核电厂是以海上平台或船体为基础建设的核电厂，具有一定的机动性，可为没有电网、人迹罕至的滨海地区，海岛及海上石油钻井平台提供能源，也可以助力南极和北极地区资源开发等。

1 发展背景

为解决滨海边远地区及海上石油钻井平台的供电难题，国外自上世纪60年代开始出现浮动核电厂概念。但是，只有美军曾建设和运营一艘电功率10兆瓦的“斯特吉斯”号浮动核电厂，在1968—1975年为巴拿马运河地区供电。进入21世纪，美国、法国、韩国等提出了多种浮动(或水下)核电厂构想，但均处于概念设计验证阶段。俄罗斯利用独有的破冰船核动力装置，率先将商用浮动核电厂概念付诸实际。

俄罗斯北部地区和偏远地区占俄罗斯领土的50%以上，人口约两千万。这些地区距离水上交通干线和铁路较远，但聚集了俄罗斯三分之二的矿产资源。要想利用这些资源，就需要提供大量的电力。然而俄罗斯统一电力系统公司供电范围只覆盖约15%的领土，俄罗斯北部地区处于分散供电状态。此外，俄罗斯淡水资源分布不均匀，虽然拥有全世界近一半的淡水资源，但80%的人口却生活在只拥有8%淡水资源的地方。为了满足电力和淡水供应需求，俄罗斯认为利用核反应堆的浮动发电系统是最佳的解决方案。为此，俄罗斯发展了使用KLT-40S核反应堆的浮动核电厂。根据设想，这种类型的核电厂可以在发电的同时，为家庭和工业用户供热(热电联产核电厂)或进行海水淡化(核电-海水淡化系统)。

“罗蒙诺索夫院士”号是世界上首座商用浮动核电厂，始建于2007年，后因经费不足等原因停工，2012年重启建设；2013年10月完成反应堆安装；2017年完成建设并启动调试；2019年3月，完成为期10个月的反应堆试运行，达到满功率运行；2019年7月，获得俄联邦生态、技术与核能监督局颁发的运行许可证，有效期为10年；2019年8月23日，“罗蒙诺索夫院士”号从摩尔曼斯克港起航，于9月14日到达佩维克港；2019年12月19日，在完成全部审批流程及准备工作后，正式并网发电，将与比利比诺核电厂一同为俄罗斯远东地区楚科奇的佩韦克港及附近区域供电。俄罗斯国家原子能集团公司表示，在完成并网发电后，并网供热相关工作将于2020年完成。

2 “罗蒙诺索夫院士”号浮动核电厂

“罗蒙诺索夫院士”号主要由驳船、海上设施和陆上设施三部分组成，由拖船拖行，核电反应堆安装在驳船上，是浮动核电厂的核心设备。海上设施主要用于系泊发电机组，并向陆上输送电力和热能。陆上设施将反应堆产生的热能和电力传输到相关网络，输送给终端用户。

2.1 驳船

“罗蒙诺索夫院士”号船体长144米，宽30米，高10米，排水量2.1万吨，需要约70名船员。

船体为全焊接式，分为两个区，一个为生活区，另一个区容纳船舶设备和机械装置。后者包含反应堆、汽轮机以及辅助系统和操作设备。反应堆舱及核燃料管理舱位于船体中间部分。这两个舱与其他舱由不透水舱壁分开，不透水舱壁也可对舱形成物理生物防护屏障。

“罗蒙诺索夫院士”号拥有防冰加强型外壳和冰上拖船专用拖动装置。主船体和上层结构的承重结构由高抗脆性断裂钢材料制成，可确保低温环境中的船体完整性。电化学防护和抗冰油漆层可以对船体水下部分起到防腐作用。大修周期为12年，需将电厂拖至船厂进行维修。进厂维修期间，同时进行反应堆换料，并处理船上前几次换料产生的乏燃料和放射性废物。大修需耗时1年，随后将电厂送回继续工作。

2.2 核反应堆主发电系统

“罗蒙诺索夫院士”号装备两台电功率35兆瓦的KLT-40S反应堆，单堆热功率为150兆瓦。KLT-40S的原型堆KLT-40是一型破冰船动力堆(压水堆)，已在北极极端气候条件下使用数十年，技术成熟。KLT-40S由KLT-40经适装性改造而成，使用丰度18.6%的二氧化铀弥散型燃料，换料周期3～4年，船上具备换料能力并设有乏燃料和放射性废物贮存设施。

反应堆蒸汽发生器产生的蒸汽推动汽轮机发电。从汽轮机排出的蒸汽，将首先在换热器中加热给水，然后在使用外来水(海水)的主冷凝器中冷凝。冷凝泵将冷凝蒸汽送入除气室，去除其中的氧气。随后排气泵将给水送入反应堆蒸汽发生器，并如此循环往复。

KLT-40S反应堆在船体倾斜近30°的情况下也能运行，若发生意外或控制电源中断，可自动停堆；反应堆本体的压力容器采用钢结构，是专门为浮动核电厂定制的；反应堆系统放置在加固的“反应堆舱”内，堆舱底部结构形成钢制水箱，盛放冷却水，用于余热排出与辐射屏蔽。

图1 KLT-40S反应堆示意图

2.3 备用和应急发电系统

为了保证拖船以及船上的核能装置稳定运行或发生紧急情况时的供电，“罗蒙诺索夫院士”号安装有应急发电系统。配备了4台备用柴油发电机，每台功率为800千瓦；以及4台紧急备用柴油发电机，每台功率为200千瓦。还拥有备用锅炉厂，蒸汽输出量为16吨/小时。自动起动机系统由2组24伏起动机蓄电池供电。备用柴油发电机可在10秒内自动启动。

2.4 海上和陆上设施

浮动核电厂的预期工作地点为自然水域，其规模和深度应足以满足部署要求，且有足够的额外空间供辅助船只顺利进出。浮动核电厂部署点需要安装大量水利工程设施，保证实现浮动核电厂的停泊和离泊、正常操作以及岸上运输及技术通信线路的铺设。装置包括海防结构(防波堤、挡浪板)、浮动核电厂部署滨海结构(停泊设施)、浮动核电厂工作水域、疏浚、护岸、航标。浮动核电厂停泊水域必须足够宽阔，可容纳辅助及维护船只。浮动核电厂拥有两座核反应堆：如果一座反应堆停运，另一座可继续供电。

海岸一侧的设施布置应便于将浮动核电厂产生的能量配送给用户及公共电网、运输通信线路以及行政及维护服务建筑。需建设热能输送站，将浮动核电厂中间回路的热能输送至陆上分区加热网，调节浮动核电厂的中间回路泵、热水循环泵以及水-水加热器加热分区加热系统中的水。此外，还需要建设污染控制设施，处理浮动核电厂及陆上设施排放的废水和蒸汽。修建车辆辅道，以便于运输、连接浮动核电厂与现有的当地道路与高速公路系统。设在海岸的相关电力和传热设施以及其他辅助设施占地面积约为1～2公顷。

3 小结

与传统能源系统相比，“罗蒙诺索夫院士”号浮动核电厂拥有四方面优势。一是部署灵活，既可长期服务于某一地区或某种海上活动，也可机动部署，在紧急情况下快速调动。二是具有较强的能源保障能力，电力供给可满足20万人生活需要；也可用于海水淡化，日产24万吨淡水；还可直接用于供暖。三是可船上换料和暂存乏燃料，提高换料效率，同时保证乏燃料安全贮存。四是不产生二氧化碳等废气，利于保护海洋环境资源。浮动核电厂可为海洋开发活动、偏远滨海地区、岛屿以及海上基地提供充分可靠的能源保障，对维护海洋权益、开发海洋资源具有重大意义。

但是，KLT-40S反应堆换料周期短，3～4年就需要换料一次，期间需要将乏燃料贮存在船体内，虽然俄罗斯对此进行了相关安全性设计，但换料过程仍较为复杂。为此，俄罗斯设计了KLT-20浮动核电厂反应堆。KLT-20仍为压水堆，电功率20兆瓦，换料周期为10年。KLT-20反应堆在KLT-40S基础上进行了双回路设计，可避免KLT-40S换料周期较短而引起的各种问题。如果在浮动核电厂中采用KLT-20，则无需在船上贮存燃料和乏燃料。换料和废物处置工作会在返回基地保养期间完成。