中国船舶重工集团公司第七一九研究所

1. 小型反应堆在船舶与海洋工程中的应用 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 2013年10月

2. 目录 一、小型反应堆在船舶与海洋程领域 应用现状 二、海上核动力装置应用的法律体系 三、海上核动力装置的技术标准体系 四、海上浮动核电站介绍 五、结论

3. 一、小型反应堆在船舶与海洋工程领域应用现状一、小型反应堆在船舶与海洋工程领域应用现状 1.1 小型反应堆在舰船领域的应用 1.2 小型反应堆在船舶领域的应用 1.3 小型反应堆在海洋工程领域的应用

4. 一、小型反应堆在船舶与海洋工程领域应用现状一、小型反应堆在船舶与海洋工程领域应用现状 1.1 小型反应堆下舰船领域的应用 1954年“鹦鹉螺”号核动力舰船服役开启了海上核能应用的先河。共有300多艘核潜艇服役，在役160多艘，98%采用压水堆。 全世界共装备12艘核动力航母，11艘美国建造，1艘法国建造。均采用压水堆。

5. 一、小型反应堆在船舶与海洋工程领域应用现状一、小型反应堆在船舶与海洋工程领域应用现状 1.2 小型反应堆在船舶领域的应用 核动力商船发展历程

6. 一、小型反应堆在船舶与海洋工程领域应用现状一、小型反应堆在船舶与海洋工程领域应用现状 • 1.2 小型反应堆在船舶领域的应用 • 80%全球贸易依靠海洋船舶运输； • 船舶运输业排放的CO2、SOx、NOx占全球总排放量6%、20%、30%； • 如果不加约束，预计到2050年航运业的排放将增加2至3倍； • 在此背景下，联合国气候谈判、国际海事组织等世界性组织要求降低船舶排放水平； • 欧盟、美国等国采取单边政策要求限制船舶排放。

7. 一、小型反应堆在船舶与海洋工程领域应用现状一、小型反应堆在船舶与海洋工程领域应用现状 1.2 小型反应堆在船舶领域的应用 北冰洋航线：破冰船、科考船 北美航线：集装箱船 南美航线：矿砂船 南极航线：破冰船、科考船 澳大利亚航线：矿砂船 中东、非洲航线：大型油轮

8. 一、小型反应堆在船舶与海洋工程领域应用现状一、小型反应堆在船舶与海洋工程领域应用现状 1.2 小型反应堆在船舶领域的应用 50万吨核动力矿砂船 船长：425m，宽30m，吃水6m，水线以上高度25m，排水500000吨，航速22节，轴功率70MW

9. 一、海上核能需求状况 1.2 小型反应堆在船舶领域的应用 • 油价攀升给航运业带来巨大的运营压力； • 2009年，挪威船级社的研究表明，当油价超过70美元/桶，核动力船舶具有较好的可比经济性。 全寿期成本对比图

10. 一、海上核能需求状况 1.3 小型反应堆在海洋工程领域的应用 北极圈地区： 浮动核电站、海水淡化、供热 岛屿国家： 浮动核电站 中东国家： 海水淡化 非洲国家： 浮动核电站 南极地区： 永久科考站 中国： 浮动核电站、深海空间站、 海水淡化

11. 一、海上核能需求状况 • 1.3 小型反应堆在海洋工程领域的应 • 我国原油年均消费自2000年以来每年增速都超过8%，预计到2020年年石油消费将达到4.5亿吨。目前我国是世界第二石油消费国，对石油进口依赖度超过50%。 • 未来油气需求的增长将越来越依赖海洋油气开发。 • 渤海地区目前电力需求600MW，预计2020年电力需求提升至1000MW。 • 南海石油开采综合补给基地电力需求2000MW

12. 一、小型反应堆在船舶与海洋工程领域应用现状一、小型反应堆在船舶与海洋工程领域应用现状 1.3 小型反应堆在海洋工程领域的应用 用途：供电、供热、海上淡化 平台尺寸：140m长、30m宽、排 水2.1万吨 反应堆：压水堆KLT-40（2座） 2009年5月开工，计划2016年发电 电功率：70MW 换料周期：3~4年 俄罗斯海上浮动核电站

13. 一、小型反应堆在船舶与海洋工程领域应用现状一、小型反应堆在船舶与海洋工程领域应用现状 1.3 小型反应堆在海洋工程领域的应用 法国FLEXBLUE水下核电站 水下核电站模块 水下核电站组网 水下核电站运输

14. 一、小型反应堆在船舶与海洋工程领域应用现状一、小型反应堆在船舶与海洋工程领域应用现状 1.3 小型反应堆在海洋工程领域的应用 为中海油设计的海上浮动核电站 水面浮动式方案 水下下潜式方案

15. 一、小型反应堆在船舶与海洋工程领域应用现状一、小型反应堆在船舶与海洋工程领域应用现状 综上所述，海上航运和油气开发是国家支柱产业，面临降低能源成本和向环境排放水平的挑战。 核能是清洁、安全、经济的能源，小型反应堆在船舶与海洋工程领域有广泛的应用前景。

16. 二、海上核动力装置应用法律体系 2.1 海上管辖权 2.2 核动力商船法律体系 2.3 核动力海洋平台法律体系

17. 二、海上核动力装置应用法律体系 2.1 海上管辖权 《联合国海洋公约》把海洋分为九个不同的海域，即：内水、领海、毗连区、专属经济区、大陆架、用于国际航行的海峡、群岛水域、公海和国际海底区域。 内水、12海里领海和群岛水域是国家区域的水水组成部分，沿海国对其享有无须宣告的主权权力。 200海里专属经济区，专属管辖。 200海里大陆架，专属管辖。 公海，对全人类开发。

18. 二、海上核动力装置应用法律体系 2.1 海上管辖权 渤海：历史性水域，全部属于我国领海 黄海：领海、专属经济区、大陆架 东海：领海、专属经济区、大陆架 南海：历史性水域，岛屿主权属于我国， 水域包括领海、专属经济区、大陆架

19. 二、海上核动力装置应用法律体系 2.2 核动力船舶法律体系 《联合国海洋公约》规定，用于和平目的的核动力船舶用于公海自由航行的权利，在专属经济区、领海航行受沿海国法律管辖。 SOLAS公约（International Convention for Safety of Life at Sea）规定了船旗国对核动力船舶认证程序。

20. 二、海上核动力装置应用法律体系 2.3 核动力海洋平台法律体系 联合国“Artificial offshore islands, facilities or similar devices other than those which are mobile in their normal mode of operation at sea”规定： 1）在不妨碍航道通行，有权在领海范围内建造和运行核动力海洋平台； 2）在不妨碍航行自由和渔业自由的前提下，可以在专属经济区建造和运行核动力海洋平台； 3）在公海建造和运行核动力海洋平台应区别对待； 4）核动力海洋平台运行不应污染邻国领海和考虑邻国顾虑。

21. 三、海上核动力装置技术标准体系 3.1 技术标准体系选择 3.2 技术标准体系介绍

22. 三、海上核动力装置技术标准体系 3.1 技术标准选择 “Convention on Early Notification of a Nuclear Accident” “Convention on Assistance in the Case of a Nuclear Accident or Radiological Emergency” “Convention on Nuclear Safety” “Joint Convention on the Safety of Spent Fuel Management and on the safety of Radioactive Waste Management” “The Code of Conduct on the Safety and Security of Radioactive Sources” “The Code of Conduct on the Safety on Research Reactors” IAEA：国际原子能领域政府间科学技术合作组织

23. 三、海上核动力装置技术标准体系 3.2 技术标准体系介绍 IAEA 核安全标准体系

24. 三、海上核动力装置技术标准体系 3.2 技术标准体系介绍---总体目标 “Fundamental Safety Principles” No.SF-1, IAEA, 2006 IAEA 核安全标准体系

25. 三、海上核动力装置技术标准体系 3.2 技术标准体系介绍---总体目标 “Fundamental Safety Principles”No.SF-1, IAEA, 2006 基本安全目标： 保护人类和环境免于电离辐射的有害影响。这一目标的实现必须在引起辐射危险的设施运行或活动的开展不存在不当限制的情况下实现。 基本安全原则： 安全责任、政府职责、对安全的领导和管理、设施和活动的合理性、防护最优化、限制对个人造成的危险、保护当代和后代、防止事故、应急准备和响应、减少对现有和未受监控的辐射危险

26. 三、海上核动力装置技术标准体系 3.2 技术标准体系介绍----辐射防护目标 “Radiation and Protection and Safety Radiation Sources: International Basic Safety Standards” No.GSR Part3, IAEA, 2011 International Commission on Radiological Protection (ICRP) IAEA 核安全标准体系

27. 三、海上核动力装置技术标准体系 3.2 技术标准体系介绍----辐射防护目标 安全限值： “Radiation and Protection and Safety Radiation Sources: International Basic Safety Standards” No.GSR Part3, IAEA, 2011 1）正常工况 2）事故工况 安全接受值： 1）社会总体风险水平 2）公众接受程度 3）社会文化背景、信仰

28. 三、海上核动力装置技术标准体系 3.2 技术标准体系介绍----技术安全目标 “Safety Assessment for Facilities and Activities”, No.GSR Part 4, 2009 IAEA 核安全标准体系

29. 三、海上核动力装置技术标准体系 3.2 技术标准体系介绍----技术安全目标

30. 三、海上核动力装置技术标准体系 3.2 技术标准体系介绍----技术安全目标 “Safety Assessment for Facilities and Activities”No.GSR Part 4. IAEA. 2009 “Safety Assessment and Verification for Nuclear Power Plants” No.NS-G-1.2. IAEA. 2001 确定论方法验收准则： 正常运行 1）工作人员和公众受到的放射性剂量在可接受限值的范围之内；2）机组计划释放的放射性物质量在可接受限值范围之内 预期运行事件和设计基准事故（DBA） 1）能在DBA工况期间和之后使反应堆停堆并保持安全停堆状态；2）能从所有预期运行状态和所有DBA工况从堆芯排除余热；3）放射性剂量低于接受限值 超基准事故 目前还没有达成广泛的一致意见。 通常是用概率安全准则来表示。 在许多国家也规定了确定论验收准则：1）在严重事故之后的短期内不应该发生安全壳失效；2）严重事故之后不应该有短期健康影响；3）严重事故之后，长期健康影响/137Cs释放量应低于规定限值

31. 三、海上核动力装置技术标准体系 3.2 技术标准体系介绍----技术安全目标 概率论方法 F(IEh): 始发事件h的年发生频率 P(IEh->PDSi): 始发事件h发展成第i种电厂损伤状态的条件概率 P(PDSi->APBj): 第i种电厂损伤状态发展到第j组事故进程的条件概率 P(APBj->STGk): 第j组事故进程发展成第k组源项的条件概率 Ckl： 第k组源项造成后果l的期望值

32. 三、海上核动力装置技术标准体系 3.2 技术标准体系介绍----技术安全目标 概率论方法 一级PSA:堆芯熔化概率 F(IEh): 始发事件h的年发生频率 P(IEh->PDSi): 始发事件h发展成第i种电厂损伤状态的条件概率 P(PDSi->APBj): 第i种电厂损伤状态发展到第j组事故进程的条件概率 P(APBj->STGk): 第j组事故进程发展成第k组源项的条件概率 Ckl： 第k组源项造成后果l的期望值

33. 三、海上核动力装置技术标准体系 3.2 技术标准体系介绍----技术安全目标 概率论方法 二级PSA:大量放射性物质释放概率 F(IEh): 始发事件h的年发生频率 P(IEh->PDSi): 始发事件h发展成第i种电厂损伤状态的条件概率 P(PDSi->APBj): 第i种电厂损伤状态发展到第j组事故进程的条件概率 P(APBj->STGk): 第j组事故进程发展成第k组源项的条件概率 Ckl： 第k组源项造成后果l的期望值

34. 三、海上核动力装置技术标准体系 3.2 技术标准体系介绍----技术安全目标 概率论方法验收准则 区间值 固定值： 堆芯熔化概率： <10-4/（堆.年） 大量放射性物质释放概率： <10-5/（堆.年） 可容忍性阈值 设计目标值

35. 三、海上核动力装置技术标准体系 3.2 技术标准体系介绍----海上核动力平台技术标准 核动力船舶船体技术标准： 1）“International Code for the Safe Carriage of Irradiated Nuclear Fuel, Plutonium and High-Level Radioactive Wastes on Board Ships”. IMO. 1993 2)“International Maritime Dangerous Goods Code” 核动力海洋工程技术标准： 目前尚无技术标准，需要在后续研究和工程实践中逐步加以完善。

36. 三、海上核动力装置技术标准体系 3.2 技术标准体系介绍---研究总目标 海上核动力装置安全要求 1、场址评价：多场址、海洋环境 2、海洋核动力装置安全 2.1 设计 2.2 调试和运行 3、核燃料循环设施的安全：海上换料 4、放射性废物处置设施安全：海上废 物处理 海洋核动力装置核安全标准体系

37. 四、海上浮动核电站 4.1 海上浮动核电站总体布置 反应堆舱 居住舱 控制室 燃料舱 换料吊具 主机舱 俄罗斯海上浮动核电站舱室布置图 船长：140m，宽30m，吃水5.6m，水线以上高度10m，排水21000吨

38. 四、海上浮动核电站 4.2 浮动核电站舱室布置 换料机构 反应堆舱布置图

39. 四、海上浮动核电站 4.3 海上浮动核电站安全设施 防御纵深

40. 四、海上浮动核电站 4.3 海上浮动核电站安全设施 应急停堆系统

41. 四、海上浮动核电站 4.3 海上浮动核电站安全设施 应急堆芯冷却系统

42. 四、海上浮动核电站 4.3 海上浮动核电站安全设施 安全注射系统

43. 四、海上浮动核电站 海上核动力装置的安全评估： 1）“Environmental Implications of the OSCAR ⅡSSGN Hursk Submarine Accident”.Prepared for U.S Department of Engery Under Contract DE-AC06-76RL01830. 2001； 2）“Coastal effects of offshore energy system: oil and gas, deepwater ports and offshore nuclear power plants off the coast of New Jersey and Delaware”, Volume 1: Working paper 1 thru 3. NTIS #PB-274033, OTA-O-37. Washington DC: OTA 1976； 3）“Predicted Radionuclide Release from marine reactors dumped in the Kara Sea: Report of the Source Term Working Group of the International Arctic Seas Assessment Project (IASAP)”. IAEA-TECDOC-938, 1997

44. 四、海上浮动核电站 海上核动力装置的安全评估： 1）由于海洋可作为可靠的最终热阱，海上核动力装置严重事故概率（堆芯熔毁）的概率比陆上核电站小； 2）海上核动力装置放射性物质释放的概率比陆上核电站高7倍； 3）从沉没的核动力装置监控数据分析，压力边界能防止核素的扩散； 4）导致事故的主要因素为：碰撞、内部故障、人因故障； 5）放射性物质释放模式与陆上核电站不同。

45. 五、结束语 1、小型反应堆在船舶与海洋工程领域有着巨大的应用潜力 2、民用海上核动力装置研发面临巨大挑战 3、中船重工第七一九研究所愿广泛联合国内相关高等院校、研究所和企业共同开展海上核动力装置的研究

46. 小型反应堆在船舶与海洋工程中的应用 谢谢各位领导、专家！