CN113362977A - 一体式浮动核电站 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种一体式浮动核电站，其集发电、海水淡化于一体，为回转体沙漏型结构，包括一个倒圆台形的上部结构和一个正圆台形的下部结构，二者轴线重合。下部结构的下倾角范围为30°‑65°，其垂向高度应不小于上部结构垂向高度。所述核电站采用多点式系泊进行定位，其中，核反应堆在各种工况下始终位于水线以下。该核电站可根据海洋环境调整水线位置。本发明可适应普通海域及北极地区环境条件；可根据海洋环境调整水线位置，在有冰期能够有效抵抗海冰、海流、海风联合作用；在无冰期，能够有效抵抗海浪、海流、海风联合作用，提高平台的安全性；应用于正常海域及深水冰区海洋环境，为海洋开发提供环保、稳定、充足的电力、热力、淡水、热蒸汽等资源。

Description

一体式浮动核电站

技术领域

本发明属于海洋工程领域，涉及到一种一体式浮动核电站。

背景技术

随着全球经济的迅速发展和陆地资源的日渐枯竭，越来越多国家意识到海洋是国家生存发展新的空间，海洋开发成为许多国家的重要战略。我国是世界上海岛较多的国家之一，有人居住的海岛近500个。然而对于大部分海岛，目前最大的问题是长期存在缺水、缺电的情况，这严重制约着深远海居民的生活以及海洋相关科研工作和军事活动等。海上浮动核电站作为海上淡水、电力供应平台，可借助海上较强的运输能力，快速到达水电急需地区，满足市场需求。

北极地区终年严寒、气候恶劣。近20年来，随着全球气候变暖，北极海冰覆盖范围逐渐缩小，夏季出现可常规通航开敞水域。同时北极在战略、军事、能源、航道、科研、环保等方面具有重要价值。北极地区蕴含丰富的自然资源，其中探明的油储量、天然气储量分别占世界储量13％与30％。开辟北极航道有助于减少对常规航线的依赖，降低航运成本。北冰洋平均深度为1200米，绝大部分区域被海冰覆盖，气候严寒、人口稀少，极地海洋核能平台建立在人迹罕至的地区，可以最大限度的降低对人民生命财产的安全。北极地区环境脆弱，对工程装备环保要求极高，海上浮动核电平台具有有害气体零排放的优点，能够满足要求。

为满足海岛电力、淡水资源需求，保障极地资源开发平稳有效地进行，提出此发明。

一体式浮动核电站的性能要求包括两类。第一类是在静水中的浮性、稳性、抗沉性；第二类是在海风、海浪、海流、海冰、地震等环境载荷作用下的运动性能及结构强度性能。一体式浮动核电站的设计，要在保证以上性能安全的前提下进行。

根据核电平台在海洋中的结构形式，可以将海洋核能平台分为四种形式：俄罗斯的驳船式核电平台，罗蒙特索夫院士号；韩国提出的重力基础式核电平台；美国麻省理工学院提出的圆柱式核电平台，“OFNP-300/1100”以及法国的下沉式核电平台，“Flexblue”。其中俄罗斯的“罗蒙诺索夫院士”号是世界上首座浮动式核电站，其主要任务是为偏远工业企业、港口城市及海上油气平台提供电力，发电效率高，但其服役水深较浅，不适用于深海地区；美国麻省理工提出的“OFNP-300/1100”，采用圆柱式设计，该设计可利用海水对核电站进行降温，不受地震等因素影响，保障核电站安全，但不能很好地抵抗冰载荷，不适合在冰区工作。我国对于浮动式核电站的开发晚于美、俄等国，目前也取得了一定的成绩，如中核集团的ACP100S海上浮动堆和中广核集团的ACPR50S海洋浮动核动力平台。上述平台均不适用于深海或冰区海洋环境，适用范围较小。

传统的设计理念存在如下局限与不足：

(1)内陆核电站建在陆地上，依靠地基支撑整个系统，主要考虑风载荷和地震载荷作用。而在冰区海洋环境下，结构需要承受静水浮力、海浪、海流、海冰、海风、地震等环境载荷的作用。海洋环境的复杂性导致平台、核堆以及连接和支撑结构所受载荷更加复杂。另一方面，陆上核电站结构尺寸和重量都比较大，不能直接放置在船舶和海洋平台上。因此，路基核电平台的设计不能直接用于浮动核电站。

(2)传统的海洋结构物在水线附近多为直壁式，海冰作用在结构上将发生挤压破坏，结构需要承受较大的冰载荷，将对平台运动性能及结构造成较大威胁，不能适应极区海洋环境条件。

(3)现有的大多数浮式核电站概念不能同时有效抵抗海冰、海流、海风或海浪、海流、海风共同作用，只有少数能够适应极区海洋环境。

发明内容

为解决现有技术存在的上述性能局限，本发明依据普通海域及北极地区的环境条件及浮式核电站作业要求，提出一种适用于多种水深和冰区海洋环境的一体式浮动核电站，能够为沿海城市、海岛及冰区海洋开发、过往船只提供充足、稳定、环保的电力、热力、淡水、热蒸汽等资源。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种一体式浮动核电站，该核电站为回转体沙漏型结构，具有双层底结构，核电站包括一个倒圆台形的上部结构和一个正圆台形的下部结构，上部结构为上椎体，下部结构为下椎体。所述上部结构面积较小的底面与下部结构面积较小的底面相连接。所述上部结构与下部结构的轴线重合。

为达到较好的破冰效果，所述下部结构的下倾角范围应为30°-65°。为保障平台稳定性，下部结构垂向高度应不小于上部结构垂向高度。

所述一体式浮动核电站采用多点式系泊进行定位。

所述一体式浮动核电站可根据海洋环境调整水线位置，在有冰期，水线位于下椎体处，利用下椎体斜面，将冰的破坏模式从挤压破坏变为弯曲破坏，减小冰载荷对平台的影响。在无冰期，水线位于沙漏型腰线处，即上部结构和下部结构的连接面处，该处水线面面积最小，可有效减小波浪载荷，此外，上下椎体结构增加了平台垂荡阻尼，减小了平台垂荡运动幅值，使平台具有良好的水动力性能。

所述一体式浮动核电站的核反应堆始终位于水线以下，海水不仅可以作为天然的散热器，对核堆进行降温，还能对辐射起到屏障作用。

所述一体式浮动核电站集发电、海水淡化于一体，可提供充足、稳定、环保的电力、热力、淡水、热蒸汽等资源。

本发明的有益效果为：本发明可适应普通海域及北极地区环境条件，满足核电平台作业要求。本发明可根据海洋环境调整水线位置，能够在有冰期有效抵抗海冰、海流、海风联合作用；在无冰期，有效抵抗海浪、海流、海风联合作用，极大地提高了平台的安全性。本发明能够应用于正常海域及深水冰区海洋环境，为海洋开发提供环保、稳定、充足的电力、热力、淡水、热蒸汽等资源。

附图说明

图1是一体式浮动核电站三维线型图。

图2是一体式浮动核电站正剖视图。

图3是一体式浮动核电站A-A剖视图。

图4是一体式浮动核电站B-B剖视图。

图5是一体式浮动核电站C-C剖视图。

图6是一体式浮动核电站D-D剖视图。

图7是一体式浮动核电站三维模型图。

图中：1核电站主体；2核反应堆；3安全壳；4浸没水舱；5蒸汽锅筒舱；6换料通道；7中控室；8机舱；9乏燃料池；10压载舱；11核堆备用发电机舱；12蓄电池间；13淡水舱；14海水淡化舱；15海水舱；16锚链舱；17配电室；18核反应堆舱；19系泊系统。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明做进一步说明。

一种一体式浮动核电站，包括核电站主体1、核反应堆2、安全壳3、浸没水舱4、蒸汽锅筒舱5、换料通道6、中控室7、机舱8、乏燃料池9、压载舱10、核堆备用发电机舱11、蓄电池间12、淡水舱13、海水淡化舱14、海水舱15、锚链舱16、配电室17、核反应堆舱18、系泊系统19。该一体式浮动核电站能够为海洋开发工作提供充足、稳定、环保的电力、热力、淡水、热蒸汽等资源；能够在无冰或有冰海域进行作业，适用范围较广。

所述的核电站主体1为回转体结构，采用多点系泊系统19进行定位。所述的核电站主体1为双层底结构。一体式浮动核电站可根据海洋环境调整水线位置，在有冰期，水线位于下椎体处，利用下椎体斜面，将冰的破坏模式从挤压破坏变为弯曲破坏，减小冰载荷对平台的影响。在无冰期，水线位于沙漏型平台腰线处，该处水线面面积最小，可有效减小波浪载荷，此外，上下椎体结构增加了平台垂荡阻尼，减小了平台垂荡运动幅值，使平台具有良好的水动力性能。

所述核反应堆舱18轴线与一体式浮动核电站的轴位于同一直线上，且与底舱相邻。该舱室用于存放核反应堆2。所述核反应堆2在各种工况下始终位于水线以下，海水不仅可以作为天然的散热器，对核堆进行降温，还能对辐射起到屏障作用。

所述安全壳3位于核反应堆2外侧，将核反应堆2包裹于内部，对反应堆2起到保护作用。

所述浸没水舱4为水平横截面为圆环形，其轴与一体式浮动核电站位于同一直线上。所述浸没水舱4在核反应堆舱18外围，包围核反应堆舱18，在极端条件下，可以快速将海水引入，避免发生反应堆堆芯融化的情况，最大限度保障核堆安全。

所述蒸汽锅筒舱5位于核反应堆舱18外围，且下部位于浸没水舱4内，其周向角度为180°。

所述换料通道6为圆柱形结构，其轴与一体式浮动核电站的轴位于同一直线上，底部与核反应堆舱18相邻，顶部与主甲板相连接。

所述中控室7位于核反应堆舱18上方接近平台三维中心，便于更好地把控平台整体动向，同时可以加强对中控室7的物理保护。

所述机舱8为扇形结构，其周向角度为180°，位于核反应堆舱18上方，底部与核反应堆舱18相邻，顶部与主甲板相连接。机舱内布置发电机、汽轮机等设备。

所述乏燃料池9为扇形结构，其周向角度为180°，位于核反应堆舱18外围，浸没水舱4内，且与蒸汽锅筒舱5相邻。

所述压载舱10数量较多，包括底舱，边舱等数个舱室。可根据不同海况，调整平台吃水，满足使用需求。

所述核堆备用发电机舱11位于核反应堆舱18上方，中控室下方，其周向角度为180°，与发电机舱相邻。

所述蓄电池间12、配电室17位于发电机舱外围，各占用3个舱室内，且3个舱室周向角度共计180°。

所述淡水舱13、海水淡化舱14、海水舱15位于浸没水舱4外围，顶部与蓄电池间12、配电室17相连，底部与底舱相连。两个海水淡化舱14将淡水舱13与海水舱15分隔开。两个海水淡化舱14分别安装“热法”海水淡化装置及“膜法”海水淡化装置。

所述汽轮机组产生的蒸汽，除满足核电站发电及进行海水淡化所需外，同时可以为稠油热采平台提供热蒸汽。

所述核核反应堆2、蒸汽锅筒5、汽轮机组、发电机组、海水淡化装置，采用模块化设计，可以定时对相应模块进行维修或更换。

所述锚链舱16位于主甲板下，用于存放锚链。

以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种一体式浮动核电站，其特征在于，所述的核电站集发电、海水淡化于一体，为回转体沙漏型结构，具有双层底结构，包括一个倒圆台形的上部结构和一个正圆台形的下部结构，其中，上部结构与下部结构的轴线重合；

所述下部结构的下倾角范围应为30°-65°；所述下部结构垂向高度不小于上部结构垂向高度，用于保障平台稳定性；

所述一体式浮动核电站采用多点式系泊进行定位，其中，核反应堆在各种工况下始终位于水线以下；

所述一体式浮动核电站可根据海洋环境调整水线位置，在有冰期，水线位于下部结构处，利用下部结构斜面，将冰的破坏模式从挤压破坏变为弯曲破坏，减小冰载荷对平台的影响；在无冰期，水线位于沙漏型平台腰线处，能够减小波浪载荷。

2.根据权利要求1所述的一种一体式浮动核电站，其特征在于，所述的核电站包括核电站主体(1)、核反应堆(2)、安全壳(3)、浸没水舱(4)、蒸汽锅筒舱(5)、换料通道(6)、中控室(7)、机舱(8)、乏燃料池(9)、压载舱(10)、核堆备用发电机舱(11)、蓄电池间(12)、淡水舱(13)、海水淡化舱(14)、海水舱(15)、配电室(17)、核反应堆舱(18)、系泊系统(19)；

所述的核电站主体(1)为回转体结构，采用多点系泊系统(19)进行定位；所述的核电站主体(1)为双层底沙漏型结构；所述核反应堆舱(18)用于放置核反应堆(2)，其轴线与一体式浮动核电站的轴位于同一直线上，且与底舱相邻；

所述安全壳(3)位于核反应堆(2)外侧，对反应堆(2)起到保护作用；

所述浸没水舱(4)为水平横截面为圆环形，其轴与浮动核电站位于同一直线上；所述浸没水舱(4)在核反应堆舱(18)外围，用于引入海水，避免发生反应堆堆芯融化的情况，保障核堆安全；

所述蒸汽锅筒舱(5)位于核反应堆舱(18)外围，且下部位于浸没水舱(4)内；

所述换料通道(6)为圆柱形结构，其轴与浮动核电站的轴位于同一直线上，底部与核反应堆舱(18)相邻，顶部与主甲板相连接；

所述中控室(7)位于核反应堆舱(18)上方接近平台三维中心，用于控制平台整体动向；

所述机舱(8)为扇形结构，位于核反应堆舱(18)上方，底部与核反应堆舱(18)相邻，顶部与主甲板相连接；机舱内布置发电机、汽轮机或其他所需设备；

所述乏燃料池(9)为扇形结构，位于核反应堆舱(18)外围，浸没水舱(4)内，且与蒸汽锅筒舱(5)相邻；

所述压载舱(10)为多个，用于根据不同海况，调整平台吃水，满足使用需求；

所述核堆备用发电机舱(11)位于核反应堆舱(18)上方，中控室下方，与发电机舱相邻；

所述蓄电池间(12)、配电室(17)位于发电机舱外围；

所述淡水舱(13)、海水淡化舱(14)、海水舱(15)位于浸没水舱(4)外围，顶部与蓄电池间(12)、配电室(17)相连，底部与底舱相连；两个海水淡化舱(14)将淡水舱(13)与海水舱(15)分隔开；两个海水淡化舱(14)分别安装“热法”海水淡化装置及“膜法”海水淡化装置；

所述核反应堆(2)、蒸汽锅筒(5)、汽轮机组、发电机组、海水淡化装置，采用模块化设计，能够定时对相应模块进行维修或更换，其中汽轮机组产生的蒸汽，除满足核电站发电及进行海水淡化所需外，同时可以为稠油热采平台提供热蒸汽。

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