浮動(dòng)式核電站載體初步技術(shù)方案研究

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1、浮動(dòng)式核電站載體初步技術(shù)方案研究　　【摘要】本文根據(jù)浮動(dòng)式核電站的主要功能、使用要求及其外部環(huán)境條件，分析確定了浮動(dòng)式核電站的載體型式。以模塊式小型堆ACP100S為對(duì)象，對(duì)載體主尺度、總布置、主要性能、結(jié)構(gòu)的各個(gè)方面進(jìn)行了分析比較，給出了一個(gè)能滿足使用要求的載體初步設(shè)計(jì)方案。　　【關(guān)鍵詞】浮動(dòng)式；核電站；載體殼　　0概述　　浮動(dòng)式核電站是指將核動(dòng)力裝置及發(fā)電裝置安裝在海洋浮動(dòng)平臺(tái)上，可在不同海域靈活部署并提供能源供給。浮動(dòng)式核電站能夠同時(shí)提供電、熱、淡水和高溫蒸汽等多種產(chǎn)品，可滿足區(qū)域供電、區(qū)域供熱、海上石油開采、化工、極地

2、或偏遠(yuǎn)地區(qū)、孤島等的特殊能源需要，具有靈活性強(qiáng)、用途廣泛的特征。　　隨著海上資源開發(fā)力度的加強(qiáng)，海上能源需求量亦隨之逐年增加。而常規(guī)化石能源代價(jià)巨大且污染海洋環(huán)境，風(fēng)能、太陽能等新型能源受場(chǎng)地和應(yīng)用環(huán)境的影響較大，越來越難以滿足我國(guó)沿海油氣資源及海島開發(fā)所帶來的能源需求。因此，為了保障海上能源安全和海洋環(huán)境，我國(guó)有必要設(shè)計(jì)高效、環(huán)保、安全的海上核動(dòng)力浮動(dòng)平臺(tái)?！　”疚尼槍?duì)渤海油氣開發(fā)需求，對(duì)適用于渤海海域的浮動(dòng)式核電站載體初步方案進(jìn)行了研究?！　?浮動(dòng)式核電站的適用規(guī)范及設(shè)計(jì)原則10　　1.1適用規(guī)范　　目前我國(guó)針對(duì)陸基核動(dòng)力

3、電廠，已經(jīng)形成了包括國(guó)家相關(guān)法律、核安全法規(guī)、核安全導(dǎo)則、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等層次在內(nèi)的較為完善的法律法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系。但針對(duì)海上核電站載體，中國(guó)船級(jí)社（CCS）尚未出臺(tái)核動(dòng)力裝置船舶或平臺(tái)的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系。　　在目前科研階段，浮動(dòng)式核電站可主要以《IMO核動(dòng)力商船安全規(guī)范》、《國(guó)際船舶裝運(yùn)密封裝置輻射性核燃料、環(huán)和強(qiáng)放射性廢料規(guī)則》、《CCS海上浮式裝置入級(jí)與建造規(guī)范》和《CCS海上移動(dòng)平臺(tái)入級(jí)規(guī)范》等規(guī)范為設(shè)計(jì)依據(jù)，同時(shí)參考俄羅斯的核動(dòng)力裝置船舶規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)?！　?.2設(shè)計(jì)原則　　浮動(dòng)式核電站載體的應(yīng)保障浮動(dòng)式核電站設(shè)計(jì)、建造、

4、服役、退役的全壽命周期下的安全性，即除了保障核反應(yīng)堆自身的固有安全外，作為核反應(yīng)堆裝置的載體，其系統(tǒng)的安全性、成熟性、適應(yīng)性對(duì)核反應(yīng)裝置的安全運(yùn)行亦至關(guān)重要?！　∫虼伺c核安全的相關(guān)的載體的總布置、破艙穩(wěn)性、碰撞保護(hù)、防火分隔、堆艙通風(fēng)、消防救生、與應(yīng)急備用電源等均為設(shè)計(jì)的重點(diǎn)?！　?載體選型分析　　2.1浮動(dòng)式核電站對(duì)載體的要求　　1）反應(yīng)堆裝置盡量布置于水線以下，滿足核裝置非能動(dòng)安全系統(tǒng)的要求；　　2）布置空間尺度的要求：即具備足夠大、封閉艙室空間，用于布置反應(yīng)堆裝置系統(tǒng)、汽輪發(fā)電機(jī)設(shè)備系統(tǒng)以及常規(guī)船舶設(shè)備系統(tǒng)；10　　3）

5、載體結(jié)構(gòu)的要求：即載體結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度能夠抵抗各種可能的載荷，包括碰撞、擱淺、墜物等事故載荷及極端環(huán)境載荷，且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壽命與核動(dòng)力裝置相匹配；　　4）適用于渤海灣海域的環(huán)境條件且各種工況下平臺(tái)運(yùn)動(dòng)、加速度不超過核反應(yīng)裝置極限值；　　5）反應(yīng)堆運(yùn)行、維護(hù)、換料安全方便?！　?.2各種載體類型及其優(yōu)缺點(diǎn)分析　　用于海洋油氣資源開發(fā)的比較成熟的海洋工程載體類型主要有：固定式平臺(tái)（導(dǎo)管架平臺(tái)、重力式平臺(tái)、順應(yīng)塔式平臺(tái)）、移動(dòng)式平臺(tái)（坐底式平臺(tái)、自升式平臺(tái)）、浮式平臺(tái)（半潛式、SPAR、張力腿式、單船體型等）?！　?.2.1固定式平臺(tái)

6、與移動(dòng)式平臺(tái)　　固定式平臺(tái)中重力式、順應(yīng)塔式平臺(tái)渤海灣區(qū)域應(yīng)用較少，不建議作為可選方案；導(dǎo)管架平臺(tái)在渤海灣應(yīng)用較廣泛，但受地震的影響因素較大，若需滿足核反應(yīng)堆堆芯保持在水線面以下的布置要求，將使后續(xù)整個(gè)電站運(yùn)行控制更為復(fù)雜?！　∽陨揭苿?dòng)平臺(tái)和坐底式移動(dòng)平臺(tái)，同樣受地震的影響因素大且在渤海灣沒有應(yīng)用工程案例，不建議作為可選方案。　　2.2.2浮式平臺(tái)（半潛式、SPAR、張力腿式）　　半潛式、Spar、張力腿式這三種浮式平臺(tái)一般適用于中深水海域，對(duì)于渤海灣僅有30米水深的海域，不具備可行性?！　?.2.3浮式平臺(tái)（單船體型）10

7、　　單船體型浮式平臺(tái)無論考慮應(yīng)用安全、功能實(shí)現(xiàn)，還是考慮海域適應(yīng)性，都具備較強(qiáng)的可行性，作為可選方案。　　采用單船體型船型方案作為核反應(yīng)裝置的浮動(dòng)平臺(tái)，具有以下明顯優(yōu)勢(shì)：　　1）能夠滿足非能動(dòng)安全系統(tǒng)要求，避免了地震載荷影響，從本質(zhì)上提高了核電裝置的安全性，雙層殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以抵御事故載荷，保障了核反應(yīng)裝置的安全；　　2）單船體型兼顧艙室空間大、完整、連續(xù)，便于浮動(dòng)式核電站的艙室布置；　　3）借鑒FPSO設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)建造技術(shù)成熟且有較高的經(jīng)濟(jì)性；　　4）適用《核商船安全規(guī)范》；　　5）適應(yīng)海域廣，可適用于淺水的渤海灣、也可適

8、用于深水的南海海域；可以抵御二百年一遇的極端海洋環(huán)境；浮式、可移動(dòng)的單船體方案使得核燃料換料、海上設(shè)備安裝維護(hù)、報(bào)廢退役等更加方便且安全可控?！　?.3小結(jié)　　根據(jù)上述載體型式分析結(jié)果，選取單船體型浮動(dòng)平臺(tái)作為浮動(dòng)式核電站的載體型式，安全性好且技術(shù)成熟，能滿足浮動(dòng)式核電站的各