一、“羅蒙諾索夫院士”號(hào)浮動(dòng)核電站概述
“羅蒙諾索夫院士”號(hào)是世界上唯一的浮動(dòng)核電站，同時(shí)也是全球最北端的熱電聯(lián)產(chǎn)裝置。它于2019年12月接入電網(wǎng)，并于2020年5月開(kāi)始商業(yè)運(yùn)營(yíng)。該核電站的反應(yīng)堆技術(shù)與俄羅斯破冰船類似，采用的是KLT - 40反應(yīng)堆，這種反應(yīng)堆具有較高的安全性和可靠性，在俄羅斯的破冰船應(yīng)用中積累了豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。
(一)反應(yīng)堆技術(shù)
KLT - 40反應(yīng)堆是一種壓水反應(yīng)堆，其工作原理基于核裂變反應(yīng)產(chǎn)生熱能，進(jìn)而將水加熱成高溫高壓的蒸汽，蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。與傳統(tǒng)的陸基核電站反應(yīng)堆相比，KLT - 40反應(yīng)堆具有緊湊、模塊化的特點(diǎn)，更適合在浮動(dòng)平臺(tái)上安裝和運(yùn)行。其燃料循環(huán)要求每3至5年更換鈾燃料元件，這是基于反應(yīng)堆的功率輸出、燃料的燃耗特性以及安全運(yùn)行的考慮。在燃料循環(huán)過(guò)程中，鈾燃料元件中的鈾 - 235不斷發(fā)生裂變反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，鈾 - 235的濃度逐漸降低，當(dāng)無(wú)法維持穩(wěn)定的核反應(yīng)和滿足發(fā)電需求時(shí)，就需要更換燃料元件。
(二)熱電聯(lián)產(chǎn)功能
“羅蒙諾索夫院士”號(hào)浮動(dòng)核電站不僅能夠發(fā)電，還具備熱電聯(lián)產(chǎn)的功能。在發(fā)電過(guò)程中產(chǎn)生的余熱被回收利用，用于區(qū)域供熱。這一功能在楚科奇半島這樣的寒冷地區(qū)具有重要意義，能夠?yàn)楫?dāng)?shù)鼐用窈凸I(yè)設(shè)施提供穩(wěn)定的熱能供應(yīng)，提高了能源利用效率，減少了對(duì)傳統(tǒng)化石能源供熱的依賴。
二、首個(gè)燃料循環(huán)完成情況
自2020年投入運(yùn)行以來(lái)，“羅蒙諾索夫院士”號(hào)浮動(dòng)核電站的兩座反應(yīng)堆首次重新裝填了鈾燃料元件。俄羅斯國(guó)家原子能公司(Rosatom)報(bào)道，今年1月，該核電站累計(jì)發(fā)電量達(dá)到10億千瓦時(shí)，這一數(shù)據(jù)反映了核電站在首個(gè)燃料循環(huán)期間的穩(wěn)定運(yùn)行和發(fā)電能力。
(一)燃料元件更換過(guò)程
第一座反應(yīng)堆在2023年末至2024年初完成元件更換，第二座反應(yīng)堆的更換工作也已完成。燃料元件的更換是一個(gè)復(fù)雜且嚴(yán)格的過(guò)程，需要遵循一系列的安全標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)程。首先，在更換前需要對(duì)反應(yīng)堆進(jìn)行停堆操作，將反應(yīng)堆的功率降至零，并采取一系列措施確保反應(yīng)堆處于安全狀態(tài)。然后，利用專門(mén)的設(shè)備將用過(guò)的燃料元件從反應(yīng)堆中取出，這些用過(guò)的燃料元件具有放射性，需要小心處理，防止放射性物質(zhì)泄漏。新的鈾燃料元件在裝入反應(yīng)堆之前，需要進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢測(cè)和準(zhǔn)備工作，確保其符合反應(yīng)堆的運(yùn)行要求。
(二)發(fā)電量分析
在首個(gè)燃料循環(huán)期間累計(jì)發(fā)電量達(dá)到10億千瓦時(shí)，這一數(shù)據(jù)在核能發(fā)電領(lǐng)域具有一定的參考價(jià)值。與同類型的小型陸基核電站相比，“羅蒙諾索夫院士”號(hào)的發(fā)電量處于合理水平。這一發(fā)電量能夠滿足當(dāng)?shù)嘏屙f克定居點(diǎn)以及附近拜姆斯卡亞礦及其即將建成的選礦廠的基本用電需求。隨著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展，尤其是采礦業(yè)的擴(kuò)張，未來(lái)對(duì)電力的需求可能會(huì)進(jìn)一步增加，這也對(duì)“羅蒙諾索夫院士”號(hào)的后續(xù)發(fā)電能力提出了更高的要求。
三、運(yùn)營(yíng)與運(yùn)輸相關(guān)情況
(一)電網(wǎng)連接與供電區(qū)域
“羅蒙諾索夫院士”號(hào)位于楚科奇半島東西伯利亞海沿岸，為俄羅斯一處獨(dú)立電網(wǎng)供電。主要用戶是佩韋克定居點(diǎn)以及附近的工業(yè)設(shè)施。2023年9月，一條從佩韋克到比利比諾、長(zhǎng)達(dá)490公里的輸電線路投入運(yùn)行，這進(jìn)一步擴(kuò)大了“羅蒙諾索夫院士”號(hào)的供電范圍，為該地區(qū)的采礦作業(yè)提供了更可靠的電力。這條輸電線路的建設(shè)，不僅解決了當(dāng)?shù)仉娏鬏數(shù)钠款i問(wèn)題，也促進(jìn)了區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，使得更多的工業(yè)項(xiàng)目能夠在該地區(qū)落地。
(二)鈾燃料運(yùn)輸
新的鈾燃料通過(guò)北海航線，用特殊容器運(yùn)抵佩韋克。國(guó)際航運(yùn)規(guī)定對(duì)允許運(yùn)輸放射性物質(zhì)的船只制定了嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，尤其是新的和用過(guò)的鈾燃料。特殊容器需要具備良好的屏蔽性能，防止放射性物質(zhì)泄漏，同時(shí)要能夠承受海上運(yùn)輸過(guò)程中的各種環(huán)境條件。據(jù)北海航線管理部門(mén)稱，俄羅斯原子能航運(yùn)公司(Rosatomflot)的專用船“羅西塔”號(hào)去年9月25日至11月30日期間獲得在西伯利亞以北航行的許可，但尚不清楚它是否就是將燃料元件運(yùn)往佩韋克的船只。在運(yùn)輸過(guò)程中，船只需要配備專業(yè)的船員和安全設(shè)備，確保運(yùn)輸過(guò)程的安全。同時(shí)，運(yùn)輸路線的選擇也需要考慮天氣、海冰等因素，以降低運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)。
(三)用過(guò)核燃料處理
俄羅斯國(guó)家原子能公司發(fā)布的一段視頻展示了用過(guò)的核燃料元件如何從反應(yīng)堆中取出，并放置在“羅蒙諾索夫院士”號(hào)船上的儲(chǔ)存室中。用過(guò)的核燃料具有高放射性，需要妥善處理。用過(guò)的核燃料可能會(huì)在船上存放幾年，然后再運(yùn)回摩爾曼斯克。摩爾曼斯克有從船到火車的轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)施，用過(guò)的燃料隨后可以被運(yùn)往車?yán)镅刨e斯克州馬亞克的RT - 1工廠進(jìn)行后處理。在RT - 1工廠，用過(guò)的核燃料將經(jīng)過(guò)一系列復(fù)雜的處理工藝，提取其中仍有利用價(jià)值的核材料，如钚等，同時(shí)對(duì)剩余的放射性廢物進(jìn)行安全處置，以減少對(duì)環(huán)境的影響。
四、未來(lái)展望
“羅蒙諾索夫院士”號(hào)浮動(dòng)核電站的成功運(yùn)行和首個(gè)燃料循環(huán)的完成，對(duì)于俄羅斯核能行業(yè)具有重要意義。它展示了俄羅斯在浮動(dòng)核電站技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，為俄羅斯進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和推廣浮動(dòng)核電站技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。俄羅斯可以憑借這一技術(shù)優(yōu)勢(shì)，參與國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，向其他國(guó)家出口浮動(dòng)核電站技術(shù)和設(shè)備，增加國(guó)家的能源出口收入。同時(shí)，該項(xiàng)目也為俄羅斯培養(yǎng)了一批專業(yè)的核能技術(shù)人才，提升了俄羅斯在核能領(lǐng)域的研發(fā)和創(chuàng)新能力。
在全球范圍內(nèi)，浮動(dòng)核電站作為一種新興的核能應(yīng)用形式，“羅蒙諾索夫院士”號(hào)的經(jīng)驗(yàn)為其他國(guó)家提供了參考。對(duì)于一些島嶼國(guó)家或沿海地區(qū)，浮動(dòng)核電站具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，如安裝靈活、可根據(jù)需求移動(dòng)等。其他國(guó)家可以借鑒俄羅斯的技術(shù)和運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)展本國(guó)的浮動(dòng)核電站項(xiàng)目研究和開(kāi)發(fā)。此外，“羅蒙諾索夫院士”號(hào)在燃料循環(huán)、核燃料運(yùn)輸和核廢料處理等方面的實(shí)踐，也為全球核能行業(yè)在這些關(guān)鍵環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)制定和技術(shù)改進(jìn)提供了實(shí)踐依據(jù)。
俄羅斯原子能航運(yùn)公司正在圣彼得堡的波羅的海造船廠建造的新型專用船，將具備Arc5冰級(jí)，能夠在惡劣的北極水域作業(yè)。它將取代已有40多年歷史、目前為俄羅斯核動(dòng)力破冰船服務(wù)的“伊曼德拉”號(hào)。這艘新型專用船的建造，將進(jìn)一步提升俄羅斯在北極地區(qū)的能源運(yùn)輸和保障能力，為“羅蒙諾索夫院士”號(hào)等浮動(dòng)核電站的運(yùn)營(yíng)提供更可靠的支持。
自蘇聯(lián)時(shí)期起，俄羅斯國(guó)家原子能公司就在比利比諾運(yùn)營(yíng)著一座小型核熱電廠。這一長(zhǎng)期的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)為俄羅斯在小型核能設(shè)施的管理和維護(hù)方面積累了豐富的知識(shí)，也為“羅蒙諾索夫院士”號(hào)的運(yùn)營(yíng)提供了一定的技術(shù)和人才支持。隨著浮動(dòng)核電站技術(shù)的不斷發(fā)展，未來(lái)俄羅斯可能會(huì)在比利比諾或其他地區(qū)建設(shè)更多的浮動(dòng)核電站或小型核能設(shè)施，以滿足當(dāng)?shù)睾椭苓叺貐^(qū)的能源需求。
