1968年7月，美國陸軍向巴拿馬運河派出了世界上第一座漂浮式核電站—斯特吉斯號，以幫助解決地區(qū)水電站短缺的問題，該問題是由嚴重的干旱引起的，并因運河區(qū)船舶運輸量的增加而惡化。斯特吉斯電廠（圖1）擁有一個45MW產(chǎn)熱/10MW發(fā)電的MH-IA壓水反應堆（PWR），也是美國陸軍制造的最后一個反應堆。它一直運行到1976年，比最初預計的時間長了五年。在美國和巴拿馬談判期間，由于擔心暴力行為可能會破壞該反應堆，該反應堆產(chǎn)生了356GWh的電力，直到軍方將其從該地區(qū)撤出。

斯特吉斯號展示了浮動核電的關鍵特型，即可靠性和靈活性。盡管工業(yè)界做出了巨大的努力，如西屋公司20世紀70年代的“海上電力系統(tǒng)”計劃和公共服務電力和天然氣公司的4.6GW大西洋核電站。但是，在全球迫切需要增加新核電以應對現(xiàn)代電力挑戰(zhàn)的推動下，人們對漂浮式核電站的興趣似乎正在增強。

關鍵的賣點——靈活性

漂浮式核電站的關鍵賣點是靈活性。行業(yè)觀察家認為，新興的設計可以加速核電模式的轉(zhuǎn)變，從今天的大型集中式電站，轉(zhuǎn)向分布式發(fā)電，以滿足電力以外的多種能源消費需求，包括熱能、海水淡化以及氫氣和氨氣的生產(chǎn)。

此外，專家們注意到，核動力實際上早于商業(yè)核工業(yè)，其制造方法已經(jīng)在商業(yè)造船廠中廣泛存在。而且，正如電力研究所（EPRI）在最近的一份報告中所指出的，20世紀70年代的大西洋核電站也已經(jīng)建立了監(jiān)管先例。

在整個20世紀70年代，一家私營企業(yè)建議，由州和聯(lián)邦政府對近海電力系統(tǒng)的監(jiān)管審查。該建議涉及多個工廠制造的浮動反應堆，將被安置在美國東海岸外。在美國，監(jiān)管審查“總體上是積極的”，并形成了一份最終的環(huán)境聲明，其中包括建議頒發(fā)許可證，在一個類似船廠的專門設施中建造核電站。

然而，時至今日，只有另外一個漂浮式核電站已經(jīng)實際部署到位。Rosatom的駁船式Akademik Lomonosov電廠于2020年5月開始在西伯利亞北岸的偏遠礦區(qū)Pevek供電和供熱。該工廠包括沿海基礎設施和一個配備了兩個35MW KLT-40S熱中子壓水堆的漂浮式發(fā)電裝置。

在俄羅斯，更多的項目正在醞釀之中。中國船廠惠生重工于2022年8月在楚科奇自治區(qū)的納格利寧角附近啟動了四個浮動發(fā)電廠中的第一個，用于海上作業(yè)。該項目預計到2027年在俄羅斯北極地區(qū)應用，屆時將安裝兩個RITM-200S壓水堆安裝在一個140米長的駁船上，合計裝機105MW。

“這個項目對我們來說很特別，有幾個原因：Atomenergomash有史以來第一次將自己確立為漂浮動力裝置的供應商，我們負責從頭到尾的全部流程。第二，我可以說這是整個［漂浮式核電站機組]家族歷史的開始，具有各種容量和廣泛的用途，包括北極和熱帶版本”，Atomenergomash公司總經(jīng)理Andrey Nikipelov說。

在北美，NuScale Power和Prodigy Clean Energy（加拿大小型模塊化反應堆海洋發(fā)電廠的設計者）在2022年10月宣布了他們“可運輸?shù)幕诤Ｑ蟮男⌒湍K化反應堆（SMR）發(fā)電設施”的新概念設計，該設計基于NuScale的陸上VOYGR發(fā)電廠產(chǎn)品。這一里程碑標志著兩家公司將把“一個有競爭力的海上SMR設施推向市場”。

Prodigy表示，其SMR海洋電站（MPS，圖2）可以容納1至12個NuScale功率模塊，總輸出功率為924MW。它補充說：“與陸地部署相比，使用Prodigy公司的技術來部署NuScale VOYGR SMR電站的好處是，首先在船廠制造和裝備整個海洋設施，從而實現(xiàn)快速交付。

“進一步的優(yōu)勢包括大幅減少資本支出、加快項目進度、最大限度地減少場地準備、減少環(huán)境影響，這通常是傳統(tǒng)場地建造的核電站所不具備的。海洋設施的設計是標準化的，可以在各種場地部署，并可進行系列化生產(chǎn)。

熔鹽反應堆的漂浮式平臺

在亞洲，駁船式先進反應堆概念的開發(fā)也在加快。2022年12月，認證機構(gòu)和核電技術開發(fā)商必維國際檢驗集團（BV）宣布，與Thor Con公司簽訂了一項協(xié)議，對在印度尼西亞運營的500MW熔鹽核電駁船進行技術鑒定和“后續(xù)開發(fā)”。

該計劃將一個熔鹽發(fā)電廠整合到一個浮動的駁船船體中，該船將被拖到一個淺水區(qū)，然后被壓載到海床上。來自必維國際檢驗集團核認證部門和海洋與離岸部門的專家將在整個過程中進行合作。BV說，“一個關鍵的工作領域?qū)⑹谴_定適用的標準、規(guī)范和等級規(guī)則，明確與目前可用的標準、規(guī)范和規(guī)則的潛在差距，并在必要時制定新的指導說明和規(guī)則。”

BV預計，技術鑒定過程將至少需要三年時間。如果成功的話，將需要另外兩年時間部署。Thor Con公司將把東南亞作為其第四代先進核電產(chǎn)品的主要市場，對于該公司來說，技術鑒定標志著一個重要步驟。該公司說，它已經(jīng)與印度尼西亞邦加-比利通省、印度尼西亞國家電力公司PLN和該國的核能監(jiān)管機構(gòu)BAPETEN就示范和最終安裝500MW發(fā)電廠的潛在地點進行了討論。“與目前的核反應堆不同，Thor Con反應堆在低壓下運行并使用液體燃料。公司稱：“液體燃料使工作溫度高得多，能獲得更高的效率，同時也實現(xiàn)了完全的被動安全（不需要人為操作，也不需要對電源進行干預以停止反應）”。

另一個分別取得類似進展的漂浮式核反應堆液體燃料概念是由韓國三星重工（SHI）和丹麥技術公司Seaborg Technologies帶頭提出的。1月初，三星重工報告說，其緊湊型熔鹽反應堆（CMSR）動力駁船獲得了美國船級社的原則批準（AIP）。美國船級社的AIP標志著技術鑒定過程中的一個重要里程碑，該過程由全球船級社和技術咨詢服務提供商監(jiān)督，基本上確認了擬議的早期概念符合所需的行業(yè)規(guī)范和標準。

Seaborg在2017年推出的CMSR概念（圖3）是一個250MW產(chǎn)熱/100MW發(fā)電的熔鹽反應堆，設計用于模塊化浮動核電駁船。該概念源于Seaborg的第一個反應堆設計工作，即熔鹽熱廢爐（MSTW），這是一個陸地上的270MW產(chǎn)熱/115MW發(fā)電的熔融氟化鹽反應堆，它具有石墨慢化劑。

在這些反應堆中，熔鹽既是液體核燃料，也是在閉環(huán)初級系統(tǒng)中的持續(xù)循環(huán)的冷卻劑，在大氣壓或接近大氣壓下運行。Seaborg解釋說：“反應堆堆芯是由燃料/冷卻劑管道陣列形成的，這些管道在反應堆容器內(nèi)穿過慢化劑”。

CMSR使用了一種“專有的液體慢化劑”，使反應堆堆芯的尺寸約為具有可比功率等級的石墨慢化劑堆芯的1/8，如MSTW。Seaborg指出，這種規(guī)模非常適合于海洋應用，這種設計也很有利于的安全和油加注。熔鹽反應堆的設計是通過定期調(diào)整熔融燃料/冷卻劑中的濃縮氟化鈾鹽的數(shù)量來進行在線加油，以維持近期的電力運行。在緊急情況下，整個庫存的熔融燃料/冷卻劑可以從主系統(tǒng)排入反應堆下的臨界安全排水槽。相反，民用船用壓水堆包含足夠的濃縮鈾，以維持在兩次加油之間持續(xù)數(shù)年至十年的運行周期。海上壓水堆的嚴重事故現(xiàn)象可能包括反應堆堆芯中的氫氣生成（來自熱鋯水反應）和堆芯熔化。這些事故現(xiàn)象不可能發(fā)生在CMSR中。

Seaborg的概念被設計為安裝在平底的無動力駁船上，由至少三個模塊化部分組成：船頭、容納2至8個CMSR的動力模塊和“控制部分”。2022年4月，Seaborg與SHI建立了重要的合作關系，制造和銷售“可停泊在工業(yè)港口并連接到陸上電網(wǎng)的”交鑰匙電站。這些合作伙伴還發(fā)起了一項任務，開發(fā)由CMSR提供動力的氫氣生產(chǎn)和合成氨工廠。然而，他們指出，這些裝置的設計“將被優(yōu)化，以便在SHI的船廠進行有效的系列建造”。

作為一個模塊化的漂浮式發(fā)電廠設計公司，CMSR可以在24年的使用壽命內(nèi)向電力緊張的發(fā)展中國家提供高達800MW的電力。該公司稱：“選址和設施方面的限制相對較少，施工期短至兩年左右，而且成本低。目前，SHI計劃在完成所有發(fā)電設施的詳細設計后，于2028年實現(xiàn)CMSR動力駁船的商業(yè)化。”系列化生產(chǎn)可能在2030年開始。這兩家公司承認，鑒于缺乏充分解決新型海洋反應堆設計的核安全問題的成熟法規(guī)，這個時間表可能是樂觀的。