浮动核电站开发部署的挑战
据能源圈从西屋电气获悉,西屋电气公司正在推进采用eVinci微堆的浮动核电站设计,这是微堆应用的又一个潜在方向,不过浮动核电站作为一个新领域,其开发和部署同样面临不少挑战。
据能源圈了解,西屋电气的eVinci微堆浮动核电站合作伙伴加拿大Prodigy Clean Energy公司的开发模式为反应堆供应商提供了一条简化的新途径,使其有可能将小堆或微堆设计集成到标准化可移动核电站(TNPP )中,但Prodigy总裁兼首席执行官Mathias Trojer也承认,浮动核电站(FNPP )的广泛部署仍面临着一些挑战。
执行FNPP的开发和部署是一项非常复杂的工作,需要精心策划和系统执行。他说,虽然Akademik Lomonosov浮动核电站是一个非常成功的概念验证,但随着该行业着手开创一个新的范式,在设计、可复制性、标准化、法规以及更广泛的法律框架方面,还有一些重大问题必须解答。
他指出,鉴于加拿大“高度成熟的监管框架和监管机构”,Prodigy选择加拿大推进其首个项目是战略考虑。他说,加拿大还为本土创新提供了强有力的政府支持。Prodigy的应急规划方法基于小堆的安全特性,并决定了设施部署的条件。Trojer 表示,“我们以国际原子能机构(IAEA)的安全和安保框架为基准,在需要更精确和更详细的地方,我们会参考加拿大和美国的核监管框架。”。
在新兴FNPP市场中,多家公司正在考虑采用更广泛的方法来支持采矿、石油和天然气项目等海上商业活动,还有一些公司正在探索在商业货船上部署核反应堆,以实现航运业的脱碳。
丹麦公司Seaborg正在开发紧凑型熔盐反应堆(CMSR)动力驳船,采用250 MWt/100 MWe的熔盐反应堆,设计用于模块化浮动核动力驳船。据Seaborg首席执行官兼联合创始人Navid Samandari介绍,模块化动力驳船将在造船厂批量生产,“可以快速、低成本地建造”。
不过,Samandari也指出,Seaborg面临的最大挑战与取证有关,“这是两个行业需要交汇的地方”。目前,没有针对熔盐堆的监管框架,也没有针对浮动核设施的监管框架。这就是为什么监管提前参与是关键所在,而我们现在所处的位置是就潜在许可开展对话的第一步。“需要会面”的两个行业包括国际海事组织(International Maritime Organization,IMO)和国家监管机构,IMO负责维护国际航运的监管框架。
在2023年11月IAEA首届FNPP专题研讨会上,JSC Rusatom能源项目总经理Andrey Rozhdestvin重点介绍了俄罗斯在推出Akademik Lomonosov(从开工到竣工历时超过15年)项目之后在FNPP方面取得的进展。这个开创性的FNPP最近完成了其第一个KLT-40S反应堆的首次3年换料,该反应堆采用筒式堆芯。
此后,俄罗斯采用了源自俄罗斯最新破冰船项目的RITM-200M,用于其优化浮动核电机组,这些机组被认为是第二代海上小堆。迄今为止,俄罗斯国家原子能公司(Rosatom)位于Podolsk的机械工程部门制造的多个RITM-200反应堆已成功安装在俄罗斯的一系列核动力破冰船上,2023年,在这些破冰船的服务下,通过俄罗斯北海航线运输的货物达到历史新高
根据IAEA的数据,俄罗斯另一项设计ABV-6E虽然已完成最终设计,但尚未获得许可。VBER-300是一种完全依靠非能动安全系统的独特设计,目前处于完成初步设计文件的阶段。
此外,俄罗斯还在开发水冷RITM-200N反应堆,是从上述为核动力破冰船开发的船用反应堆装置发展而来,并进行了适应性改进,以适合于陆基部署。RITM-200N的功率为190 MWt或55 MWe,使用寿命最高为60年,每6年进行一次换料。其首堆将部署在俄罗斯北极地区北部的Yakutia,并计划于2028年投运。
不过,Rozhdestvin也强调了FNPP行业必须考虑的一系列挑战。这些挑战包括机动性、安全性改进和降低成本。另一个问题是造船能力。他说,“我们正面临产能不足的问题。我们对50座核电站有初步兴趣,即使我们能够在内部生产反应堆以满足市场需求,但如果说到造船厂,我们不仅要在俄罗斯,而且要在国外去找。这意味着,如果你与造船厂洽谈,并希望扩大规模,你需要解释基于批量生产的计划,而这存在各国核与海事法规和要求以及国际要求方面的不确定性。”。
英国Core Power公司正在开发核动力船舶,并致力于成为获得许可、型号批准的先进核电动力组合,用于海洋运输和重工业"。公司首席执行官兼创始人Mikal Bøe表示,该行业需要确保“将各方面结合在一起,以实现这一目标”。此外,Core Power公司正在与TerraPower公司、Southern公司和美国能源部合作开发熔融氯化物快堆(MCFR),该反应堆“将于2026年投入使用”,并为大型设备的最终设计提供参考。MCFR的信息将用于Core Power计划启动的FNPP。
Bøe表示,推出第一种FNPP所面临的挑战与安全有关。这确实是一种不同的安全方法,如果我们要让海员和非核技术人员进行操作,我们就必须要有一个非能动安全系统。大多数反应堆,当然是三代加到第四代反应堆,都以非能动安全为标志,因此我们认为这并不是一个难以逾越的障碍。重要的是,我认为其中之一是低压系统或环境压力系统,原因与应急规划区有关。
Bøe预测,废物管理也将成为一项挑战。“废物的处理、乏燃料和放射性同位素的处理始终是一个有争议的问题。如果我们能通过闭式循环反应堆技术中的超长燃料循环来避免这一问题,我们就能克服这个挑战。“。
Prodigy的Trojer指出,Prodigy也在考虑在远洋和国际航行船舶上进行商业核能推进的可能性,这是一个为期两年的航运业资助项目的一部分,该项目于2020年结束。尽管该研究确定微堆“在技术上是可行的”,但支持核能运输短期内商业化所需的监管和法律框架,或者更简单地说,在自行式民用船只上部署正在运行的反应堆,目前尚不存在。Prodigy目标很清晰,直接进入市场的途径将是非自行的、安装在岸边的微堆船用设施。”
目前,Prodigy继续与IAEA合作,同时也在积极与美国国家反应堆创新中心(U.S. National Reactor Innovation Center ,NRIC)海洋核能应用小组(Marine Nuclear Application Group,MNAG)合作。该公司表示,“在各种情况下,来自核领域和海洋领域的代表都在制定部署海洋TNPP的方法,并确定和解决可能阻碍这些技术成功部署的任何法律和监管漏洞。例如,Prodigy正与MNAG合作发布一份报告,内容涵盖海洋TNPP设施的监管和许可情况审查。”。
资讯来源:西屋电气公司