发展具有自主知识产权的核心技术，实现海上核电零突破
以下文章来源于科技导报 ，作者王琮，于雷等
21世纪是海洋的世纪，向海洋要资源、要空间，已经成为世界各国的共同选择，而建设海洋强国、发展海洋经济、维护海洋权益等过程中，均离不开能源的供给。相比传统化石能源，核能具有一次装料运行周期长、功率密度大、节能环保等优势，是海上能源供应的最佳选择之一。
本文概述了国外民用核动力船舶的应用情况，提出了我国发展海上浮动核电站研发过程中可能面临的法规和标准、核安全目标、核应急计划以及海洋环境条件等核安全相关问题，介绍了我国海上浮动核电站发展过程中关键技术、设备生产、总体建造等环节的攻关情况，并对确保和提高海上浮动核电站核安全水平，提出了若干建议。
随着海洋开发力度的加大，其所需油气的年消耗量将超过1000万m3，油气燃烧后的污染物将会对海洋环境造成负面影响，并间接危及人们的健康。
海上浮动核电站的特点决定了它是海上能源供应的最佳选择：一次装料能持续运行1~2 a，可降低燃料补给所产生的运输成本；功率密度大，1 kg可裂变铀完全分解所产生的能量，大约相当于2800 t优质煤，或者2100 t燃油充分燃烧后所产生的能量，是目前能替换石化发电的最佳能源；十分环保，在其正常运行期间，核裂变过程可不对外界环境排放任何有害物质。
但是在其设计、建造、运行等环节中，依然面临部分核安全问题，值得进一步探讨和研究。
国外民用核动力船舶应用概述
1954年美国核潜艇鹦鹉螺号的竣工服役，让人们看到了将核动力技术应用于船舶推进所具有的诸多优点。
同年，时任美国总统艾森豪威尔发表了关于和平利用核能的构想，其中就提出了建造核动力商船的议案。
1958年，美国萨瓦娜号核动力商船在纽约造船厂建造，并于1962年投入使用。
在这之后，苏联、日本、德国等国也陆续开展了民用核动力船舶的研究工作，主要包括苏联的列宁号、日本陆奥号、德国奥托汉号等。
至今，俄罗斯始终维持着一支核动力破冰船队，用于北冰洋航线。但目前仅有美国和俄罗斯成功运行过海上浮动核电站。
世界各国民用核动力船舶概况
随着各国对海洋权益维护和海洋资源开发重视程度不断提高，各国近年来也在积极的开展新型民用核动力船舶以及浮动核电站的研制工作，较为典型的包括法国Flexblue全潜水式核电站、美国的固定式海洋核电站等。
俄罗斯也计划建造8座海上浮动核电站，主要用于滨海城市供电、供热和海水淡化。
新型小型核动力模块
海上浮动核电站的核安全特点
海上浮动核电站是利用核能进行发电的海上移动能源供给平台，是核技术与船舶工程技术的有机结合，既可在海面固定漂浮，又可以借助拖船或自带的推进装置在海上移动，可在不同海域为用户供给电力、热能及淡水等资源。
与成熟的陆上核电站相比，海上核设施受海洋环境条件影响，又长期处于“孤岛”运行状态，其核安全呈现出一些新的特点：
环境条件苛刻
海洋环境：包括摇摆、升沉以及海生物等；舱内环境：湿、热、霉菌、盐雾、振动以及核辐射等；外部冲击：直升机爆炸、船舶碰撞、恐怖袭击以及石油开采平台爆炸等。
运行工况多变
由于海洋资源开发配套的电网容量较小，电力需求波动较大，导致海上浮动核电站运行工况变化频繁，系统参数变化幅度大、频率高。
内部空间狭小
船舶平台对设备体积和重量均有较为严格的限制，在有限的空间内，难以同陆上核电站一样全面保障专设安全设施的多重性、多样性、独立性要求，容易产生共因故障。
远离大陆运行
长期处于远海“孤岛”运行状态，外部支援和人员疏散困难；受到舱室内空间和重量的限制，可携带的。
为应对海洋条件下应用所面临的问题，在核安全设计上可归纳得到以下特点：
在堆芯设计上，一般采用低浓铀棒形元件和十字形控制棒，堆芯体积尽量小；
在系统设计上，系统尽量简化，布置简单，共用系统；
在专设安全设施方面，充分利用海水，尽量考虑非能动安全技术；
在设计基准方面，不仅考虑设计基准事故，也须兼顾严重事故的影响。
中国发展海上浮动核电站的
核安全问题探讨
法规和标准问题
海上浮动核电站的安全问题，不仅涉及反应堆的安全，也涉及到船舶的安全，两者相互耦合，密不可分。
国外相关的法规标准不仅包含原子能机构的要求，也包括海事组织的规定。
其中，美国在设计海上浮动核电站时遵循国际公约、国际组织标准、美国船级社标准和美国核管会的标准，并没有编制独立的标准；俄罗斯的设计除了遵循国际相关公约，还专门制定了设计标准。
国际上相关的法规和标准对于我国海上浮动核电站的核安全设计工作具有很好的借鉴意义，但需要我国海上浮动核电站的研发团队进行“量体裁衣”的选用标准。
中国海上浮动核电站，从用途看属于民用核设施，应该参照现行民用核设施的设计标准；从使用环境看，与目前军用核动力装置的情况更相似。
但是中国现有的民用和军用两套标准体系都无法完全适用于海上浮动核电站核安全的设计与评审工作，民用核安全标准体系没有考虑海洋环境条件的内容，军用核安全标准的安全裕量过大，经济性不高。
因此，有必要组织有经验的相关设计单位综合现有的2套核安全标准系统，梳理、整合并建立适用于中国海上浮动核电站的核安全标准体系。
核安全目标的选取
对于核能来说，需要解答“多安全算是安全”的过程，而这个平衡点就是所谓的核电安全目标。
中国核安全局发布的《核动力厂设计安全规定》以及《核动力厂安全评价与验证》对陆上核电站总的核安全目标和定量核安全目标有明确规定。
但由于海上浮动核电站远离大陆，厂址环境条件、辐射对环境和公众的影响等与陆上核电站区别较大，其周围并没有居民，其放射性物质释放对公众的影响十分有限。
因此，海上浮动核电站的定量核安全目标如何确定有待进一步研究，相关事故验收准则也有待进一步探讨。
核应急计划的制定
与陆上核电站相比，海上浮动核电站的核应急方面需关注以下差异：所处位置可能邻近多个省份海岸线，现行地方政府主管的情况不适用；远离大陆，对于人员撤离、补给物资输送、应急人员抵达等均较为困难；通讯和监测困难，作为移动核设施，难以在周围海域布置辐射监测设备；还需考虑IHEP-gnlt、船舶碰撞等海上特有的安保风险。
海洋环境条件的影响
核动力装置在海洋环境条件中，会受到海洋条件以及自身动作等因素的影响，并产生一系列运动。
一方面导致系统空间位置的周期性改变，并引入周期性变化的附加惯性力场，直接影响介质的水力和传热特性，进而影响反应堆物理特性，最终对系统运行造成影响。
另一方面，海洋环境盐雾、霉菌以及海生物等对系统管路和设备造成腐蚀、海生物附着等现象，导致管道损坏以及换热性能下降等不利影响，且海洋环境条件的影响具有强烈的多因素耦合以及非线性特征。
因此，有必要针对海上浮动核电站的设计基准事故进行研究，在充分考虑海洋环境条件的影响下，评价并改进现有关键安全措施的设计。
中国海上浮动核电站的发展思路
中国海上浮动核电站发展情况
1 关键技术攻关
为了突破海上浮动核电站关键技术，从2011年起，国家先后发布了多个科研任务，并成立了“国家能源海洋核动力平台研发（实验）中心”开展海上浮动核电站关键技术的研究和攻关工作，为海上浮动核电站研制工作奠定了技术基础。
2 关键装备制造
经过不断的探索、发展和创新，中国已经全面掌握了核能利用技术，并具备自主研发能力。
相关装备的制造也基本实现国产化，并逐步形成设计服务、设备成套、总装建造的完整产业链，可为海上浮动核电站项目的装备制造提供可靠的设备保障条件。
3 平台总装建造
中国已有如渤海船舶重工、大连船舶重工、江南造船厂等一批具备30万t以上造船能力的国有大型船厂，国内各大型船厂的船舶建造设施可满足海上浮动核电站的建造要求。
中国海上浮动核电站发展思路
为提高海上浮动核电站核安全水平，确保示范工程顺利实施，提出如下发展思路：
1 应用成熟舰船核动力技术
中国军用舰艇核动力技术经过40多年的发展，经历了全过程验证，形成了成熟的产业链，培养了一支雄厚的核动力舰船研发和运行维护专业团队，积累了丰富的工程实践经验。
因此，将中国成熟的核动力舰艇技术应用到海上浮动核电站是最为现实和可行的方案，可保障海上浮动核电站示范工程快速和顺利实施的保障。
2 借鉴相关核动力工程经验
近年来，小型反应堆因其安全性高，适应性强，布局灵活等特点而广受关注，各国也提出了一系列先进型小堆设计方案，其在继承了早期反应堆的设计经验基础上，应用了许多新技术和新理念，提高了固有安全性。
充分调研和掌握国外相关核动力工程经验，可为浮动核电站核安全水平的提高提供有力支撑。
3 引进陆上核电站先进技术
中国商用核电站经过20多年的发展，形成了以“华龙一号”、CAP1400等具有自主知识产权的三代核电技术，以及高温气冷堆、钠冷快堆等四代核电技术，并提出了能动与非能动安全相结合等先进理念。
通过参考和引入陆上先进核电站的工程经验，是使浮动核电站核安全水平得到进一步提高的有效途径。
结论
海上浮动核电站工程的研制在我国尚属首次，应用成熟的核动力舰船技术，开展海上浮动核电站研究工作，形成具有自主知识产权的核心技术，实现海上核电零的突破，对我国海洋权益维护、海洋资源开发、节能减排、核能应用领域开拓等均具有巨大的意义。
虽然海上浮动核电站在核安全法规标准、核安全目标、核应急计划、海洋环境条件影响等方面依然存在部分值得研究和探讨的问题。
通过借鉴相关核动力工程经验、引进陆上核电站先进技术，可使海上浮动核电站的核安全得到进一步的提高。
本文作者：王琮，于雷，叶水生
作者简介：王琮，海军工程大学核科学技术学院、武汉第二船舶设计研究所，高级工程师，研究方向为核能科学与工程；于雷（通信作者），海军工程大学核科学技术学院，教授，研究方向为核能科学与工程、船舶核动力装置。
论文全文发表于《科技导报》2022年第4期，原标题为《我国海上浮动核电站的核安全问题及建议》，本文有删减。
