技经观察丨浮动式核电站发展现状与未来展望
作为船舶行业与核能行业有机结合的产物，浮动式核电站近年来发展迅猛，其热度在全球脱碳化的大背景下不断上升，成为了世界各主要国家创新能源保障方式、优化海洋能源结构的重要选择之一。相比传统核电站，浮动式核电站具有一次装料运行周期长、功率密度大、机动性好、节能环保等优势，并且对部署条件并无苛刻要求，不存在选址问题。同时，浮动核电站的功能更加多样性，其所产生的核能不仅可以用于发电，还能够用于局部区域供热、海水淡化等项目，在能源供给方面表现出了极强的灵活性，能够有效扩展核能的应用。目前，美国、俄罗斯、法国以及韩国等国均重点关注浮动式核电站领域，相继开展了各自的前沿性研究项目，旨在构建核电能源的多元化应用市场，抢占浮动式核电站领域的未来发展先机。
一、浮动式核电站的整体概况
（一）美国最先提出海上浮动式核电站概念，并重点发展梁式核电站
20世纪50年代，基于核动力船舶的成功应用经验，美国、苏联等国积极探索核能的多领域应用前景，开启了核能飞机、火箭与汽车等多个探索性研究项目。但在技术、经济与政治等多重负面因素的叠加影响下，大部分项目均在初步探索后被放弃，只有美国开发的SL2小型核电装置进入了实质阶段。该装置的研发目的是为阿拉斯加等偏远地区的军事基地供电，但由于设计缺陷，该装置在发生堆芯熔化事故后被废止。在此之后，美国军方又于1963年设计了搭载在“斯特吉斯”号（Sturgis）驳船上的MH-1A核电装置，主要用于巴拿马运河地区的供电，该装置从1968年运营至1975年，最终因运营费用过高与军方计划变更而退役。
2014年，美国麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology，MIT）提出一种“近海漂浮核电站”（Offshore Floating Nuclear Plant，OFNP）设计概念，即所谓的梁式（Spar Type）核电站。该型核电站外形是一个巨大的圆柱体，内部布置了多个水密封舱隔间，底部搭载了核反应堆与冷却系统，并通过多点系泊系统，以半潜式的形态固定在离岸10km~20km的海水之中。在该型核电站的顶部，还设计有工作楼、生活楼以及停机坪等建筑，方便核电站工作人员的生产与生活。作为目前国际主流的浮动式核电站形式之一，梁式核电站在抗地震、环保等方面具有一定优势，并且在发生反应堆事故时，能够通过打开水密舱来利用无尽的海水对反应堆进行冷却，比传统核电站更具安全性。
美国OFNP型核电站
（二）俄罗斯建造并成功运营全球首座驳船式核电站
冷战期间，美苏两国对核能的开发利用使核电技术得以快速发展。苏联解体后，俄罗斯凭借相关技术积累，在核能应用领域取得了诸多成就。特别是在国家原子能集团公司（Rosatom）成立之后，俄罗斯对核电生产、核电出口等环节进行了全面升级，核电技术水平得到了进一步的提升。2019年，国家原子能集团公司开始建造“罗蒙诺索夫院士”号（Akademik Lomonosov）驳船式（Barge Type）核电站。该驳船长约144米，宽约30米，排水量21500吨，搭载了2座35MW的改良型KLT-40S型反应堆，可提供高达70MWe的功率以及300MWt的热能，整体运行寿命约为40年。2020年5月，“罗蒙诺索夫院士”号核电站在俄罗斯远东楚科奇自治区（Chukotskiy）实现商业运营，可满足当地居民以及工业企业电力、供暖、海水淡化等多种需求。
尽管“罗蒙诺索夫院士”号并未配备推进系统，但其能够通过拖船轻松移动到任何所需作业海域，在机动性方面表现较为出色。同时，该核电站采用了较为成熟的大型船舶制造技术，因此在技术成熟度、造价成本等方面具有明显的优势，在开发生产运用方面表现突出。此外，该核电站是迄今为止世界上唯一运营的浮动式核电站和世界上最北端的核装置，其成功运营经验对于世界范围内大规模建设浮动式核电站具有重要意义。
俄罗斯“罗蒙诺索夫院士”号核电站
（三）法国利用传统核电优势，致力于发展下沉式核电站
在核电应用领域，法国长期走在世界前列，并成为了当前世界上核能发电比例最高的国家。根据国际能源署（International Energy Agency，IEA）的数据，法国2021年的核电发电量占到总发电量的69%，远超水力发电、风能发电以及天然气发电。凭借着传统核电优势，法国于2008年开始对浮动式核电站进行研究。法国核潜艇制造商DCNS公司（现Naval Group）以核潜艇为设计原型，提出了一种名为“Flexblue”的下沉式（Submerged Type）、柱形全模块化移动式核电站设计概念，并联合阿海珐（Areva）、法国电力集团（Electricite de France，EDF）等大型核电企业对其进行研发。
该型核电站采用了与核潜艇类似的小型压水反应堆技术，轮机与交流发电机部分被分割到了不同的模块之中。在建造过程中，该型核电站可利用舰艇模块化建造技术在船厂进行组装，而后通过船舶运输至工作海域，在工期与成本方面具有一定的优势。其安装地点为深60m~100m、离岸5km~15km位置的海床上，安装方式可根据地震的危害程度，模块或者水平固定在海床上，或者正浮悬挂在距离海床几米高的位置。安装完成后，该型核电站可通过电缆为岸上用户输送电力，能够有效避免波浪和台风等恶劣的海洋环境条件的影响。此外，该型核电站与美国的梁式核电站设计概念相似，能够在突发情况下利用海水对反应堆进行冷却，安全性相对较高。
法国“Flexblue”型核电站
（四）韩国聚焦重力座底式核电站，探寻新的核电技术发展路径
二战结束后，韩国成立了原子能研发机构，并于1957年加入国际原子能机构（International Atomic Energy Agency，IAEA），意在同时推进核武器与核电技术的研发工作。但由于美国的介入，韩国的核武器计划被迫中止，但其核电技术得以快速发展。现阶段，韩国已成功跻身核能大国行列，并具备自行研发第三代核电技术的能力，其境内拥有24座核电站，核能发电量占总发电量的比重接近30%。在浮动式核电站领域，韩国提出了重力基础结构式（Gravity-Based Structure Type，GBS）核电站设计概念，旨在探寻新的核电技术发展路径。
GBS型核电站以模块化设计的方式进行建造，随后通过拖船将建造好的重力基础结构模块拖曳至海上浮动核电站系泊点，并利用压载系统将其放置在海床上，最后利用钢筋、后张钢索和水泥浆将其进行刚性连接，将其用作核电装置的承载平台。因其承载结构具有单一性，所以能够有效降低管线和电缆的相关风险，并能够减少地震带来的影响。同时，该型核电站设计概念处于陆上和海上核电站之间，可以部分减轻恶劣海洋条件对其载体造成的影响。不过，GBS型核电站与其他类型的浮动式核电站相比还存在一定劣势，目前仍无法避免海啸的影响。
韩国GBS型核电站
二、浮动式核电站的发展困境
现阶段，除俄罗斯成功实现了浮动式核电站的商业运营外，其他各国的相关项目仍处在研发阶段，浮动式核电站整体仍处在商业化前期，距离世界范围内的大规模应用还有着一定距离。同时，浮动式核电站在技术成熟度方面与传统核电站相比还存在差距，在其发展过程中仍面临着诸多未知风险。此外，受福岛核电站（Fukushima Nuclear Power Plant）泄漏事件的影响，个别国家对于浮动式核电站的发展仍持谨慎态度，公众接受度有待进一步提升。总体来看，浮动式核电站的发展仍面临诸多困境。
在市场层面，浮动式核电站的市场战略定位难以统一，在国际商务进出口过程中面临诸多障碍。目前，俄罗斯对于浮动式核电站的市场定位相对清晰，其运营模式初定为“建造-运营-转移”（Build-Operate-Transfer，BOT），并且在细分市场领域，“罗蒙诺索夫院士”号同步聚焦核能发电与海水淡化，未来发展前景相对广阔。但美国、法国以及韩国等国的相关项目仍处于设计和研发状态，基本以满足国内电力需求为主，在细分市场应用方面尚处于探讨阶段，致使浮动式核电站的整体市场战略定位难以统一。同时，浮动式核电站在世界核能领域属于新型产品，不仅在建造、调试、运行、退役有其难点，而且在其国际商务进出口过程中也有着独特的操作性，受商务方案选择、责任划分、安全性保障、运输与实物保护以及国际监管等多重因素的影响，整体发展依旧存在诸多问题。
在技术层面，浮动式核电站易受海洋环境条件影响，且难以满足相关设备设施的空间要求，容易产生“共因故障”。浮动式核电站长期运营在海洋环境中，容易受到盐雾、霉菌以及海洋生物的影响，产生系统管路与设备腐蚀、海生物附着等破坏性问题，进而导致管道换热性能下降或损坏，影响其正常运行。同时，海洋环境容易导致浮动式核电站系统空间位置的周期性变化，并引入周期性变化所带来的附加惯性力场，这些因素能够直接影响介质的水力和传热特性，进而影响反应堆的物理特性，最终对核电站的系统造成损害。此外，与传统核电站相比，浮动式核电站的内部空间相对较小，因此其内部设备在体积与重量方面有着严格的限制标准，其安全设施也无法实现对于多重性、多样性、独立性的要求，容易产生“共因故障”（Common Cause Failure），即因特定单一故障而导致若干设备同时出现故障。
在监管层面，相关政策法律与标准规范尚不全面，国际海上核能监管体系亟待进一步完善。浮动式核电站在发展的过程中，涉及设计与建造、安全与应急、运行与监管等诸多环节，需建立相对完备的政策法律与标准规范体系，以更好地对其发展进行监管。然而，目前国际上相关政策标准尚未健全，我国也未建立相应的政策标准体系。现阶段，国际上针对浮动式核电站研建的总体指导和相关要求主要包括《不扩散核武器条约》（Treaty on the Non-Proliferation of Nuclear Weapons，NPT）、《联合国海洋法公约》（United Nations Convention on the Law of the Sea，UNCLOS）以及《国际海上人命安全公约》（International Convention for Safety of Life at Sea，SOLAS）等综合性文件，但这些文件所涵盖的内容有限，无法对浮动式核电站的发展做出针对性指导。此外，尽管美国、英国以及俄罗斯等国近年来相继发布了各自的浮动式核电站研建指导文件与政策标准，但仍不足以支撑浮动式核电站发展的整体要求，其发展仍面临政策标准不完善、监管体系不健全等问题，亟待建立更加完备的海上核能监管体系。
三、浮动式核电站的未来展望
尽管浮动式核电站的发展仍面临诸多困境，但随着相关技术的持续进步，以及全球脱碳化趋势的不断深入，浮动式核电站的发展速度定将进一步加快。同时，以美国、俄罗斯为代表的传统核能大国将持续加大在浮动式核电站领域的投入，以在满足本国电力需求的同时，抢占浮动式核电站的发展高地。总体来看，浮动式核电站的未来发展将呈现如下两大趋势。
一是驳船式核电站技术将愈发成熟，并将逐步成为浮动式核电站的主流发展方向。与其他类型的浮动式核电站相比，驳船式核电站的发展历史最为久远，且其采用的驳船形式能够发挥传统造船行业的优势，助力浮动式核电站技术实现快速发展，并进一步降低其整体研建成本。目前，美国、法国与韩国等国在发展各自代表型浮动式核电站的同时，均同步聚焦于驳船式核电站。其中，法国船级社（Bureau Veritas，BV）与美国ThorCon公司于2022年达成技术认证协议，将合作开发一种集成在驳船内的500MW浮动式核裂变发电站，用于在印度尼西亚运营。韩国三星重工（Samsung Heavy Industries，SHI）的驳船式核电站设计概念于今年1月获得了美国船级社（American Bureau of Shipping，ABS）颁发的原则性认可证书，该公司将基于丹麦Seaborg Technologies公司研发的紧凑型熔盐反应堆技术来开发其浮动式核电站。俄罗斯除“罗蒙诺索夫院士”号外，还计划建造多艘驳船式核电站，以进一步提升为远东等偏远地区供电的能力。由此可见，各国正大力推进驳船式核电站的研建进程，未来该型核电站将逐步成为浮动式核电站的主流发展方向。
二是浮动式核电站的将成为临海、多海洋国家实现脱碳目标的重要选择，其商业应用前景将更趋广泛。近年来，全球季候变暖不断加剧，引发了包括冰川融化、极端高温、森林火灾等在内的一系列灾害性气候问题，节能减排已成为全球最为紧迫的议题之一。同时，随着全球化石能源价格的持续上涨，能源返贫或将成为每一个国家和地区发展道路上都需要面临的问题，能源转型迫在眉睫。在此背景下，水能、风能、太阳能以及核能等清洁能源在各国能源体系中的地位不断上升，成为了推动各国能源转型、实现脱碳化目标的重要选择。作为核能领域的新型产品，浮动式核电站不仅能够节省大量化石燃料，同时还能够有效降低温室气体的排放，并避免释放有害物质，在经济性、环保性等方面具有明显的优势。对于俄罗斯、印度尼西亚等临海、多海洋国家而言，浮动式核电站具有广阔的商业应用前景，且其前景会随着全球脱碳化趋势的不断深入而更趋广泛。未来，随着相关技术的持续进步，各国将更加聚焦于浮动式核电站的发展，以加速推动全球能源低碳发展和绿色复苏，为如期实现联合国2030年可持续发展议程增添动能。
四、结语
参考文献
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作者简介
宗山雨 国务院发展研究中心国际技术经济研究所研究四室
研究方向：海洋和核领域形势跟踪及关键核心技术、前沿技术研究
联系方式：iite_shanyu@126.com
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编辑丨郑实
研究所简介
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