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漂浮式核電站工作原理

來源: 嘿嘿能源heypower 發布日期:2021-09-08

    幾十年來,核電一直是相當有爭議的話題,漂浮式核電站更具爭議。


    漂浮式核反應堆在俄羅斯以及北歐地區引起很大興趣,人們認為漂浮式核反應堆是未來北極地區能源發展的方向,因為氣候變化導致其海冰和冰川不斷融化。


    在這些融化的冰川下面蘊藏著豐富的自然資源,人類甚至從未見過這些資源,更不用說開采了。我們需要建立起開發這些資源所需的基礎設施,這就是漂浮式核電站的作用。


如何建造一個漂浮式的核


反應堆?


    首先,漂浮式核反應堆并不是把核反應堆裝在船上那么簡單,但也并不復雜。


    需要建造特殊的船只來容納反應堆,在船上建造核反應堆的想法并不是一個新概念。軍用潛艇和北極破冰船已經由核反應堆提供動力,所以這個想法與其說是在船上增加一個核反應堆,不如說是讓核反應堆成為船的全部。


    這顯然需要不同的設計及相應的安全設備以及新的核反應堆。但最重要的因素可能是使其免受極端天氣和海嘯的影響,這些災害可能會使船舶沉沒或損壞,導致核泄漏。


    比如1986年烏克蘭的切爾諾貝利核事故,還有最近在日本的福島,15米高的海嘯使福島第一核電站的三個反應堆的電力供應和反應堆冷卻失效。當然,這些都是地面的反應堆。那么,一艘船如何應對這些問題,如儲存反應堆使用的高放射性廢核燃料棒。


    阿卡德米克-羅蒙諾索夫是俄羅斯第一座漂浮核電站,于2018年完工,以壓水反應堆的形式,通過產生加熱的高壓水,將其熱能傳遞到二次系統中的低壓水,以產生蒸汽。


    與船上的核反應堆類似,放射性廢物的問題是一個巨大的挑戰,因為它以放射性液體的形式存在。壓水反應堆還有一個潛在問題,即事故時放射性物質可能散逸大氣中。


    丹麥的Seaborg技術公司認為,解決這個問題的辦法是在其漂浮核反應堆設計中使用熔鹽反應堆。這樣,與核燃料混合的氟化鹽在500℃以上形成液體,讓它流入和流出反應堆。


    與壓水反應堆不同,如果反應堆室被破壞,熔鹽不會猛烈爆炸形成蒸汽。相反,當熔鹽暴露在空氣中時,它會硬化成巖石,很像熔巖,這雖然包含了放射性物質,但卻更容易處理。


    不過,熔鹽反應堆也有其自身的問題,特別是腐蝕。熱鹽在海洋環境中腐蝕性很強,所以建造核反應堆需要特殊的屏蔽裝置,可以承受甚至不銹鋼都無法承受的那種腐蝕。


為什么要建造一個漂浮的核


反應堆?


    漂浮核反應堆的意義何在?主要是,漂浮核反應堆能為偏遠地區的工業和住宅提供大量電力。例如,阿卡德米克-羅蒙諾索夫號正在為俄羅斯北部城鎮Pevek及該地區的一個海水淡化廠供電。俄羅斯還批準了另外五個漂浮核電站在其北部的北極海岸線上運行。


    除了為俄羅斯一些最孤立的地區提供電力外,這些發電廠還為工業生產和社會發展提供電力,并向那些因冰川消融而浮出水面的新陸地延伸。


    在俄羅斯之外,漂浮核反應堆可用于幫助世界上電力匱乏的地區、災區恢復供電。


    美國在20世紀60—70年代初在巴拿馬運河運營了一座漂浮核電站,但是那遠不如Seaborg Technologies和俄羅斯Rosenergoatom等其他公司的核電站宏偉。


    Seaborg技術公司希望最終每年生產數百個漂浮核電站,聲稱這些反應堆與類似規模的煤電廠相比,在反應堆的生命周期內至少可以抵消3360萬噸的二氧化碳。


    “世界需要能源,但我們也需要去碳化”,Seaborg聯合創始人兼首席執行官Troels Sch?nfeldt說?!拔覀兊漠a品很有競爭力,利用現有的生產能力,我們每年可以部署數百個反應堆?!?/p>


    毫無疑問,這是一個重要的目標,甚至一些原本支持環境政策的人也說,如果不增加核能生產,為應對氣候而實現經濟脫碳是不可能的。


    然而,正如其他人所指出的,建設安全的核電需要大量的時間——當談到應對氣候變化時,我們幾乎沒有這樣的時間——所以把我們的氣候希望寄托在核電上以拯救我們。


漂浮核反應堆的局限性是什么?


    首先,需要足夠的水域供其漂浮,所以要么在開放的海洋,要么在足夠寬的水道,如大河。


    如果漂浮式核電站所在電網沒有與孤立的內陸地區相連,則其對改善內陸的電力供應毫無幫助。


    如果為受災地區提供能源,漂浮式核電站發揮作用的前提是受災地區的電網運轉正常。


    2017年,瑪麗亞颶風摧毀了波多黎各,在該島的一些地區停電數月。問題并不在于某一個發電廠出現故障,而是全島的供電線路被摧毀。


    直到2019年3月,波多黎各的所有居民才正式恢復供電,這距離瑪利亞席卷該島幾乎過了整整兩年了。電力基礎設施問題是漂浮式核電站無法解決的,所以其對救災的效用也同樣有限。


漂浮核反應堆有什么風險?


    核電的支持者們很快就指出,考慮到全世界很多核電站在運行,核電的安全記錄實際上非常好。


    目前世界上只有443個正在運行的核反應堆,所以在評估核事故的風險時,必須考慮樣本庫的大小。拋一次硬幣的結果是正面,不能用這個來說明拋硬幣永遠不會出現反面。


    截至2021年4月,全世界已經有190座核電站退役,目前可運行的商業核電站總數約為449座。已經發生了一些備受矚目的重大核事故,包括1957年的凱斯蒂姆、三里島、切爾諾貝利和福島等核災難。


    在福島核事故之后,研究人員分析了過去所有的堆芯熔化事故,事故率為每3704個反應堆運行年1次。研究結果還表明,可能會出現比預期更嚴重的核事故。


    普林斯頓大學的核專家Harold A Feiveson寫道,盡管核電站已經變得非??煽?,“發生嚴重事故的幾率是每個反應堆年的百萬分之一,未來全球1000個反應堆的將面臨每10年發生這種事故的幾率為1%。概率也許很低,但考慮到其嚴重后果,還是不能忽略不計”。核電無疑是一個高風險高回報的領域,即使核事故的絕對數量仍然很小。


    至于極端天氣事件和海嘯,漂浮核電站的支持者堅持認為這些船只可以抵御這些災害。但該觀點不僅尚未得到證明,而且似乎并不可靠。


    公海上的颶風和海嘯是非常危險的,但遠沒有海岸線上的危險,在海岸線上,水流入經常有人居住的沿海地區,導致巨大的風暴潮和更危險的情況。任何漂浮的核電站都會像海岸線上的其他大型船只一樣容易受到這些力量的影響。


    雖然這在俄羅斯北部可能不是主要問題,但非洲、南美和亞洲的幾個國家過去曾對漂浮核電站表示過興趣,而且隨著俄羅斯和其他國家開始大規模生產漂浮核電站,人們的興趣可能會越來越大。


    當你生產大量這種漂浮核電站時,肯定會有事故發生。就好比將硬幣拋一千次,漂浮式核電站的真正風險將比現在更清晰地顯現出來。


    歸根結底,漂浮式核電站所帶來的實際風險并不為人所知,因為我們根本沒有足夠的樣本量來明確地衡量它。值得慶幸的是,我們擁有大量過去核事故的經驗和數據,雖然這些事故是我們不想看到的。


    隨著未來幾十年開發北極熱潮的升溫,為北極的鉆探和采礦作業提供動力,并為那些工作的人提供電力和清潔水,將成為那些對北極資源有要求的國家越來越優先的選擇。


    隨著飲用水在全球變得更加稀缺,海水淡化將成為人類更重要的水源。因此,即使有核事故的風險,對許多人來說,死于口渴的風險將更為直接。


    無論我們喜歡與否,大規模生產的漂浮式核電站很可能是未來的趨勢。


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