首页Home | 收藏本站 | 订阅 | 登录 | 注册 | 手机网 | 微博 | 微信 | 下载中心Download 2015/03/11 10:52:45


从核动力破冰船到浮动核电站——俄罗斯的北极核能应用

1942年12月2日,在恩里克·费米等人的领导下,“芝加哥1号”核反应堆正式建立,人类开启了利用原子能(核动力)的时代。21世纪20年代前夕,随着气候变暖,北极海冰融化,人类进入了一个重新认识北极、利用北极的“北极时代”。美国地质勘探局发布的一份报告指出,世界上有约30%未发现的天然气和13%的石油资源位于北极地区。原来冰封的“禁区”不断升温,变成各国关注开发的“热土”。

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冷战时期,北极一度笼罩在大国核威胁的阴霾之下。冷战结束后,俄罗斯作为世界上最大的北极国家,对于北极开发的热忱随着气候的变暖不断增加,而北极核能的和平利用,则是新时代新气象。从极地必备的破冰船到可以为城市和海上钻井平台供电的浮动核电站,俄罗斯北极核能应用在稳步发展。

北极交通保障——核动力破冰船

随着气候不断变暖,北极航道航运量稳步增长,目前航运量最大的北方航道已经成为俄罗斯亚马尔天然气运输的重要通道。作为北极航道通航的重要保障,强大的破冰船队是俄罗斯开发北极的“急先锋”。为了达成普京总统在2024年实现北方航道8000万吨货运量的目标,俄罗斯在破冰船的建造和应用上也是加足了马力。早在20世纪70年代,苏联就开始建造核动力破冰船,为北极地区的活动提供支持。相对于常见的使用柴油等化石燃料作为驱动力的破冰船来说,虽然核动力破冰船建造成本和维护花费较高,但是在气候环境恶劣、基础设施建设不足、难以补给的北极地区来说,核动力破冰船强大的破冰能力、几乎无限的续航力和自持力是任何常规动力破冰船无法比拟的。

此外,在环保问题备受重视的今天,核动力破冰船相对于常规动力破冰船来说发生海上溢油事故的风险更低,这对于寒冷的北冰洋水域来说尤为重要。据研究表明,普通破冰船使用的重油在北极地区发生溢油事故之后,泄露的油料在北极低温环境下很有可能在海水中发生变化,形成类似于巧克力慕斯状的物质,其体积还可能会成倍增长,这种物质体积庞大、污染程度高、存在时间久,不仅会污染海洋,对海域沿岸也会造成严重污染。如果采用核动力,则可大大降低溢油风险。

俄罗斯研发的“北极”号22220型破冰船,排水量达到了3.35万吨,两具RITM-200反应堆总功率可以提供60兆瓦的动力,成为目前世界上动力最强大的破冰船。据报道,22220型核动力破冰船在波罗的海造船厂建造,目前,俄罗斯原子能集团公司已经采购了三艘此型破冰船,第二艘“西伯利亚”号在2015年5月开工,2017年9月下水,将在2020年11月交付;第三艘“乌拉尔”号在2016年7月开工,预计在2022年交付。2019年7月10日,俄罗斯宣布再采购两艘新船,预计价值1470亿美元。到2035年,预计将会有8艘新的核动力破冰船加入俄罗斯破冰船队。

俄罗斯如此积极地发展自己的核动力破冰船队,最终目的是为了实现北方航道的全年通航。北方航道是连接大西洋和太平洋间的海上捷径,是“一带一路”之外连接东亚和西欧两大世界经济引擎的第三条通道,相比于传统苏伊士运河的航道,北大西洋和北太平洋之间的港口往来,如果北方航道将缩短约30%的航运距离,缩短航行时间,也能减少相应的保险、人工和燃料费用,同时没有海盗的困扰,经济上具有良好的竞争力。如果俄罗斯能够保证北方航道的全年通航,即可极大降低北极能源的出口成本,提高自身的竞争力,吸引更多的投资者来北极投资。

俄罗斯最新的“北极”号“北极”级核动力破冰船

北极能源先锋——浮动核电站

俄罗斯的核动力破冰船解决了往来北极的交通问题,是俄罗斯北极地区走向“富起来”的第一步,而下一步就是更好去开采北极地区的资源。俄罗斯北极地区城镇地处偏远,交通不便,气候条件恶劣,供电供暖一直是老大难问题。在苏联时期,在北极地区就有使用小型核反应堆来提供电力和供暖的经验,并一直沿用至今。但是苏联时期建造的反应堆年岁已高,亟须替换,加之北极开发对于电力有更多的需求,俄罗斯开发了具有划时代意义的浮动核电站。

浮动核电站,顾名思义,其核心在于“浮动”,这也是与“固定”的传统核电站的最大区别。核动力用于发电,或者在船只、潜艇上的应用并不鲜见,但是将核电站建在可以移动的船只上,而且主要任务是向外界供能,俄罗斯在世界上是首创者。

2019年8月23日,由俄罗斯建造的浮动核电站——“罗蒙诺索夫院士”号从摩尔曼斯克港起航,前往位于俄罗斯远东地区楚科奇自治区的佩韦克港。到达佩韦克后,“罗蒙诺索夫院士”号取代比利比诺核电站,为该地区提供电力和供暖。“罗蒙诺索夫院士”号是世界上第一个具有机动性的海上核电站,在长144米、宽30米的驳船上搭载两具功率为35兆瓦的KLT-40S型核反应堆,该反应堆每4年才需要补充一次燃料,大修周期则长达12年,最终寿命不低于40年,持久耐用。由于浮动核电站无需使用大量化石燃料,与传统火力发电站相比,在偏远寒冷的北极地区具有相当的后勤优势。此外,核动力发电不会排放温室气体,对于保护脆弱的北极生态环境,减缓气候变暖效应具有重要意义。浮动核电站的另一个核心竞争力在于“浮动”。传统意义上发电站一旦建成,再进行移动的成本极高。但是在北极开发中,有很多资源开采地点并不位于城镇附近,偏远岛屿和海上的作业平台同样需要大量的电力支持,俄罗斯的浮动核电站完美解决了这一问题。哪里发现了新油井、气井、矿区,就可以将浮动核电站移动到那里,为其提供电力和淡水,不但降低了开采成本,而且可以提高工人的作业环境和舒适度,可谓是一举两得。

“海上核能充电宝”的安全问题也是备注关注的焦点。在俄罗斯浮动核电站投入使用的消息传出后,美国阿拉斯加州、绿色和平组织等都对俄罗斯浮动核电站的安全性提出了质疑,甚至有人称浮动核电站为“浮动的切尔诺贝利”。然而,与1986年切尔诺贝利核事故中存在设计缺陷的RBMK-1000(压力管式石墨慢化沸水反应堆)反应堆完全不同,“罗蒙诺索夫院士”号使用的是在核动力破冰船上经过长期应用的改进型KLT-40S型核反应堆,属于压水反应堆,最大的特点就是安全,此外还有性能稳定可靠,结构紧凑的优点。目前全世界核电站、核潜艇和核动力航空母舰等使用的反应堆均以压水反应堆为主,俄罗斯具有安全操作核动力破冰船五十多年的历史,丰富的运营经验和成熟的反应堆设计,让“海上核能充电宝”不会成为下一个“冰上切尔诺贝利”。

世界上首座浮动核电站——“罗蒙诺索夫院士”号

事实上,美国对“海上核电厂”项目也很感兴趣,早在上世纪七十年代,美国就提出实行“大西洋核电厂”项目,甚至已经订购两具压水反应堆,但是由于预算和国内反对声音最终被取消。目前,俄罗斯原子能集团正在开发下一代浮动核电站,很多国家表示有购买兴趣,俄罗斯的主要销售目标是应用传统电站不适用的偏远地区,并且可以提供相应的核电站定制服务。据报道,新一代浮动核电站将采用两台RITM-200M核反应堆,每具反应堆可以提供50兆瓦的功率,实力更为强劲。“罗蒙诺索夫院士”的应用,是俄罗斯开发北极的重要一步,凸显了俄罗斯借助北极资源开发带动国内经济复苏的决心。

“小步快走”的中国核能发展

中国作为和平利用核能的大国,也在积极开发能够应用于极地的核能工程。目前,中国已经在核潜艇上成功应用了压水反应堆驱动。虽然中国尚未拥有核动力破冰船或者核动力航母,但已成功完成“雪龙2” 号科考破冰船的建造,“雪龙2”号极地科考船是我国第一艘自主建造的极地科学考察破冰船,标志着我国极地科考设备迈入了独立建设的新时代。与此同时,我国在核动力破冰船的建设上也是稳扎稳打,小步快行。2018年,中国核工业集团有限公司电子商务平台一则招标公告显示,上海中核浦原有限公司受中核海洋核动力发展有限公司的委托,就“核动力破冰综合保障船示范工程技术咨询与服务外委项目”进行公开招标,招标中提出“基于成熟技术的基础上,制造我国首艘核动力破冰综合保障船,须具备破冰、开辟极地航道能力,同时兼顾供电、海上补给保障及救援等功能”,这意味中国核动力破冰船的研发和生产也已经迈出重要一步。也许在不远的未来,中国制造的核动力破冰船就能够航行在北极冰封的航道之上,为中国和平利用北方航道,在科学考察、资源探测、抢险救援等方面提供坚实的保障。而且,中国如果成功将核动力应用于大型破冰船,可积累在大型船只上使用核动力驱动的经验,为中国未来大型舰只核动力应用提供经验支撑。

除了研发核动力破冰船之外,中国的海上浮动核电站项目也已经在进行之中,该项目由中国核动力研究设计院牵头设计。据中国核动力研究设计院院长罗琦透露,中国浮动核电站的研发工作基本收尾,中国核动力研究院早在2010年就启动了ACP100S海上核动力平台的研发,近年来集中攻克了堆芯、小型化控制棒驱动机构、非能动堆芯冷却系统等多个技术难题,具有100%知识产权,目前关键技术研发、实验验证以及核心设备研制等工作已全面完成。中国核工业集团公司总经理顾军此前表示,公司正在为山东沿岸浮动核电站开工建设做准备,据称,该项目将花费中核集团约21亿美元,核电站将于2021年投产。与俄罗斯类似,中国也与很多浮动核电站潜在买家进行沟通,届时中国制造将惠及到全球用户。核能的和平利用或可成为中俄两国在北极保护和开发合作的重要领域。在北极地区,核能的重要性不断提高,除了上面提到的无法替代的核动力破冰船和浮动核电站之外,北极地区还运行着用来探寻自然资源的核动力潜艇、可以为油气作业平台供电的海底低功率小型核反应堆等。北极独特的自然环境需要独特的供能方式,核能就是一个极佳的选择。

俄罗斯目前对于北极的开发主要集中的北极航道和北极自然资源的开发,核能的应用可谓是促进开发的“力量倍增器”。中国在2018年正式发布《中国的北极政策》白皮书宣布,中国是北极事务的重要攸关方,是积极参与者、建设者和贡献者。同时,中俄两国2019年6月共同发布联合声明,提出推动中俄北极可持续发展合作,在遵循沿岸国家权益基础上扩大北极航道开发利用以及北极地区基础设施、资源开发、旅游、生态环保等领域合作。核动力破冰船和浮动核电站的应用,将为中俄合作一起更好的认识北极,开发北极,共建“冰上丝绸之路”贡献一份力量。

编辑来源:厉召卿 郭培清 中国船检

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