移动核电：从电池到浮动核电站

将Akademik Lomonosov浮动核电站拖到工作地点。 摄影：Rosatom

核电的发展仍在继续，其最有趣的领域之一是建立紧凑型移动式发电厂。 与传统的固定式核电厂相比，它们具有明显的优势，可用于各种领域。 近年来，我国已经开发了多个类似的项目，其中最著名的已经投入运营。

浮式发电厂

22年2020月20870日，首座家用浮动核热电厂（FNPP）“ Akademik Lomonosov”（约XNUMX年）投入商业运营，该电站部署在Pevek港口（楚科奇自治区）。 去年XNUMX月，她向当地电网提供了第一条电流，并在XNUMX月开始供热。

浮动式核电站的主要部件是浮动式发电机组-一种特殊设计的非自行式船舶，排水量超过21,5万吨。 动力装置配有两个KLT-40S反应堆和两个蒸汽轮机。 “ Akademik Lomonosov”可以产生电力和蒸汽来加热，也可以进行海水淡化。

动力装置与特殊的陆上设施一起运行。 防冰层由一个特殊的码头保护。 陆上也是将电力和蒸汽传输到本地配电网的基础设施。

佩韦克港口的“ Akademik Lomonosov”。 摄影：Rosatom

最新的浮动核电站的最大功率容量为70兆瓦。 最大热功率为145 Gcal / h。 有人认为，这种特征足以为每十万居民提供定居点。 令人奇怪的是，楚科奇自治区的全部人口只有一半，而且在容量方面有很大的储备。

“ Akademik Lomonosov”将可以使用35-40年。 年度维护和修理可以即时进行。 在运行10-12年后，工厂需要进行平均维修，然后动力装置才能返回泊位并继续发电。

Rosatom已经提出了一个具有改进特性的新FNPP项目。 通过用RITM-40产品替换两个KLT-200S单元，可以将发电量提高到100 MW，并改善其他参数。

到目前为止，在大道20870上仅建造了一座浮动式发电厂，该发电厂现在为偏远地区供电。 同时，几个外国已经对俄罗斯的浮动式核电站产生了兴趣，并且在不久的将来可能会出现真正的订单。 俄罗斯在“交易”固定式陆上核电站方面非常活跃，现在出口可以以浮动电站为代价扩大出口。

MISiS的Betavoltaic电池。 NUST MISIS摄

袖珍电源

在超紧凑型发电厂领域也获得了显著成果。 因此，过去几年来，国立研究技术大学“ MISiS”一直在研究“核电池”。 基于镍63的β电压电流源。 此类设备的首个原型于2016年推出，并得到了进一步改进。

贝塔伏安系统的原理非常简单。 该电池包含一个放射性元素，该元素会衰变以形成β粒子。 后者落在半导体转换器上，这导致电流的形成。 通过使用不同的易裂变材料，半导体构造等，可以制造具有不同特性的电池。

MISIS的“核电池”具有有趣的设计。 该元件包含200层镍63，厚度为2微米，由10微米的金刚石传感器隔开。 后者具有微通道三维结构，这使得几乎完全吸收形成的β粒子成为可能。

考虑到外壳，成品电池的最小尺寸-厚度不得超过3-4毫米。 重量-0,25克，性能同样小。 电功率仅为1μW。 但是，MISiS的新产品在提高效率和降低成本方面与其他开发相比具有优势。 此外，它能够提供数十年的电流。

TPP-3移动电源是此类的最早发展之一。 图片维基共享资源

目前，国内的β伏特型“核电池”正成为科学期刊上出版物的主题，国际专利活动也正在进行中。 将来有可能将此类设备引入实践。 应用的主要领域将是各种研究和特殊设备，这些设备的能耗低且对运行时间有很高的要求。 例如，它可以是用于海洋或太空研究的设备。

以前，他们试图在医学中引入核动力源，但由于副作用，它们不得不被放弃。 新版本的电池不会威胁人类健康，因此可用于神经和心脏起搏器，各种植入物等。

小型手机

过去，在我国建立了带有自行式或牵引式底盘的小型核电站。 这样，没有一个这样的项目可以大规模生产和使用。 几年前，人们开始恢复这一方向。

2017年100月，有关两个新的小型核电站（MAEU）的工作开始的信息出现在国内媒体上。 该开发是应国防部的要求进行的，并提供了容量为1 kW和XNUMX MW的动力装置的创建。 它们应构建在拖曳式机箱上，以提供快速转移并部署到新位置的能力。

移动核电厂“ Pamir-630D”-苏联时代的项目。 图Tehnoomsk.ru

据指出，开发两个MAEU大约需要花费大约6分钟的时间。 2018年 此类产品的用途尚未披露，但据估计可能用于远程军事或民用物体的供电。 此外，还提出了关于将MAEU用作高能耗的有前途武器系统的一部分的建议。 在XNUMX年初，从根本上宣布了新样品-移动发电厂可以对其进行补充。

自第一份有关国防部IEAU发展的报告以来已经过去了三年，而且尚未出现新的细节。 也许以下 新闻 会在较接近指定的完成日期之后出现。 但是，不能排除其他情况-该项目可能已经终止，因此不会有任何新闻。

在所有地区

尽管困难重重，声誉and昧，但核电还是军事和民用建筑的极大兴趣。 最重要和最有希望的领域之一是成为具有各种功能的小型移动式发电厂。

俄罗斯核工业积极参与这一领域，并定期收到有关新成功，有希望的发展和现成样品的新闻。 这使我们能够对未来做出乐观的预测，并等待下一个成就-科学，技术，实践和商业。

Comments

[Livonetc]

扎实的科普文章。
它简短，有趣且易于访问。
谢谢。

[罗斯xnumx]

Quote：Livonetc

扎实的科普文章。

支持！
为了完整性和按时间顺序排列，标题：
“移动核电：从电池到浮动核电站”应为：
“移动核电：从浮动核电站到电池”

[蜗牛N9]

有多少人建造了这个不幸的浮动核电站，然后，它从人们的视线中移开了-“向北”，就像“还有更多需要”，是的。 我们已经写过关于这种PR-“电池”的文章，而且不止一次，这是仅在核工业中的另一个“机器人Fedor”……不久，我们将看到它在“ Ali”上出售。 但是，建造真正必要的海水淡化厂来为克里米亚和俄罗斯南部提供水，是否是一项“压倒性任务”？

[龙西]

嫉妒不是一种良好的适得其反的感觉，尽管可以理解您，但一切都是恨与恨，我们会建立并建立一切。

[阿尼卡]

它是专为Pevek建造的，因为 据我所知，当地的核电站已经是城市，除了城市以外，还将为乌萨特纳提供采矿业；采石场的设计目的是利用无人设备提取铜，据此，外国投资者被一家有前途的浮动核电站Kazminerals公司所吸引

[Boris55]

我们不仅可以“绘画”，还可以制造。 我们拥有科学和人类的潜能，包括看起来和羡慕俄罗斯所有令人羡慕的人-我们是第一位！

[Ryaruav]

在这个领域，我们绝对有潜力，主要的事情是在这个领域培养新的年轻干部，这在媒体上是个秘密，这不是好事，不是护卫舰和护卫舰，是的，洋基队已经失去了生产强大核弹头的技术，但是我们没有额外的盛况，安静地前进，让它成为如此

[Maks1995]

谢谢，提醒。
但是，这些细节还不够。.关于卫星，自动信标，中继器，浮标等的现有核心电池，根本没有说什么。

[astepanov]

Quote：Max1995

但是，没有什么细节。

这是β伏特元素的详细信息。
让我们算一算吧。
1电子伏特是1,6 * 10 ^ -19J。在Ni-63衰变过程中，β辐射的平均能量为17000 eV，因此，一衰变会产生2,7 * 10 ^ -15 J的能量。 我们将该值乘以Avogadro的数-6,02 * 10 ^ 23，得到的能量为1,6克-同位素原子：10 * 9 ^ 63J。最后，我们将该值除以同位素的原子质量0,25 g，得到能量，该能量为同位素中所含：10 * 8 ^ XNUMXJ / g。
同位素的半衰期约为100年，这意味着在100年中，我们得到0,13 * 10 ^ 8 J / g，或（平均）0,13 * 10 ^ 6 J / year / g，相当于4 mW / g的功率。
从上图可以看出，元素的尺寸约为15x15 mm，从这里可以很容易地估算出其中同位素的质量（根据层数，厚度和密度）：小于0,8 g。不能使用纯正的Ni-63，而是使用其与其他惰性同位素的混合物，因此更可能的数字是0,3-0,5 g，理论功率为1,2-2 mW。 这是实际指标的1200-2000倍。 因此，有移动的空间。
的确，这里存在差异：元素的尺寸很容易从照片中估算出来，厚度为3-4 mm，其体积应为0,67-0,9 cm立方体，并且质量至少为（或更大）为1 g。注意：镍的密度大于8 g / cm3，金刚石的密度大于0,25，甚至还有一种情况，电流引线...有人在骗我们。 XNUMX克数字从哪里来？ 我怀疑这是活性同位素的质量。
设计的极端复杂性令人震惊：每个200层2微米厚，制造是一个非常复杂的过程，具有许多外延，合金化等，几乎可以肯定是有很大一部分缺陷。 原因很明确：β射线被金属很好地吸收，只会卡在厚厚的镍层中，完全转化为热量。
一件事很清楚：很长一段时间，这东西会很昂贵。 努力工作的人将不会获得具有这种元素的起搏器，而将使用使用寿命长达15年的锂碘电池进行管理。 但是，很少有人能在这种情况下活得更长寿。 因此，它们将不用于医学，而是用于航空，航天技术，特殊结构的传感器（例如，水电大坝主体中的机械应力传感器）。
但是，各种各样的转弯都是可能的-技术的发展几乎是不可预测的。

[丧钟守望者]

在卫星中，它是隐藏的。 即使是小的太阳能电池板+电池也更有利可图，更便宜，更强大。 在起搏器中，您正确地注意到了。 关于猫的最后一件事。 我为有氧运动读了大约7万卢布，大概花了不止一个。
我想这样的元素对于超紧凑型自动水下机器人和水下传感器的创造者会很感兴趣-最有可能满足军事需求。

[evgen1221]

好吧，为什么太阳能电池板会更有效？-我认为，第一眼看起来应该更好一些-太阳能电池的体积，重量，加上展开机制，再一次将重量，陨石和碎片击落，然后以相同的后坐力将如此小的电池扔进车厢您需要多扔的最小重量。

[丧钟守望者]

我认为，在近战规模的小规模生产中，这种电池将花费非常可观的钱，尤其是一些此类电池。 随着使用寿命超过10年，以重量乘以功率的太阳能电池板进行铸造将更便宜。 考虑到保持轨道所需的燃料储备和有效载荷的重量/体积，航天器区域可以使两侧的太阳浑浊。 元素没有严重的体重减轻。 他们实际上是做什么的..
但是在水下，就长期自治而言，这个问题是无法解决的。

[丧钟守望者]

Z.我对物理学感到困惑吗？

[astepanov]

引用: 丧钟守望者之心

物理上的困惑，我会看到吗？

不，就顶部而言。 我是一名处理化学电源的应用化学家。

Quote：内尔·沃登哈特

在卫星中，它是隐藏的。 即使是小的太阳能电池板+电池也更有利可图，更便宜，更强大。

不总是。 电池需要绝缘和温度调节，这在空间上并不总是很方便。 在遥远的设备上，这是完全有问题的。 虽然-RTG适合任何地方。 但是，这就是质量……而航天器上的每千克质量要花费数百万美元，而不是卢布。

[丧钟守望者]

哦，专业，那很好。 在我的问题上，这种类型的活动是正确的-现在很难在互联网上找到一个或多或少地amper脚的人，并问他几个棘手的问题。如果不难，请回答。

1）我一直对或多或少不久的将来的理论外观很感兴趣，我认为现在我们的文明受到许多因素的阻碍-其中之一是紧凑，功能强大，价格适中，电池容量大和安全的问题。 如果找到这样的来源，我们周围观察到的许多事物的外观将发生巨大变化。
在这方面，问题是-化学上原则上对蓄电池的理论容量有何看法（类似于炸药，化学燃料等参数的极限值）？ 您所看到的理论上的可能性深度与当今可用的锂离子电池有多远？

2）您认为，燃料电池的概念在向有条件的消费者（例如，从波士顿Dinamix来的一只狗的大小和功能方面）提供能量方面是否更具优势（相对于电池）？ 我的意思是，许多小时的自主使用-这种形式的设备在功率紧凑性方面，燃料电池是否有好处？

预先感谢您的回答！ 对于这种笨拙的问题，我事先表示歉意。

[astepanov]

Quote：内尔·沃登哈特

在这方面，问题是-化学上原则上对蓄电池的理论容量有什么看法（类似于炸药，化学燃料等参数的极限值）？

内燃发动机与蓄能器之间没有根本的区别-那里和那里的燃料都会``燃烧掉''，但是在内燃发动机中，能量会转化为热量，然后再进行热量转化为功，因此极限参数由卡诺循环决定，效率相对较低。 在电池中，化学能直接转换成电能，效率接近于XNUMX。 电池之间的另一个区别是，它们中的许多电池可逆地工作，如果朝相反的方向转动，汽油将不会从内燃机中流出。
热力学允许容易地计算出电池（或电化学系统）的极限特性。 打开任何参考书，都有标准吉布斯能量的值-如果添加到大量试剂中，这就是它的值。 您将立即看到：最佳能量来自氢氧燃料电池。 然后是基于碳氢化合物（甲烷，汽油等），硼氢化物，轻金属（锂，钠，镁）和氧作为氧化剂的燃料电池。 可以进行比较：具有氢的燃料电池（FC）的能量理论上限为30 kWh / kg，汽油为10 kWh / kg（在内燃机中为4 kWh / kg，由于热量损失），锂离子-在1 kWh / kg的范围内。 实际上，在锂离子中，达到0,3 kWh / kg。
这就是出现技术问题的地方：如果我们依靠纯氢，那么燃料电池看起来很棒，但是实际上，您需要考虑气缸的质量（或其他存储氢的方法），您需要考虑电解质，催化剂，分离器，泵和其他结构元素的质量。 此外，由于多种原因，在燃料电池中，效率相对较低-取决于负载，从80％到40％。 结果，上帝所禁止的几乎没有理论极限的5％到15％。 燃料电池还具有功率限制。 这可以通过使用混合动力（例如带有超级电容器的混合动力）来减轻，该混合动力将处理峰值负载。 TE环保-这是另一个优势。 但是价格，设计的复杂性和许多其他问题尚未使燃料电池“大众化”。
如果我们谈论其他系统，则可以将它们与火箭发动机进行比较：它们内部包含燃料和氧化剂，而内燃机仅携带燃料。 例如，锰锌电池包含燃料（锌）和氧化剂（二氧化锰），锂离子电池将锂嵌入碳（燃料）和金属化合物（氧化剂）中，氧化剂的质量大于燃料的质量。 因此，电池永远无法达到内燃机的能量性能。 的确，有了电池，您就可以通过回收制动能量来节省电量，但​​这仅在城市行驶周期中才有意义。 因此，“远程”电池驱动的卡车是胡说八道，而城市电动汽车具有一定意义。
应当理解，数量众多的不同类型的电池并不意味着它们彼此竞争：通常，能量非常低的系统是不可替代的。 一个例子是带有熔融电解质的热电池：工作时间只有几分钟，比能量很小，它们只能使用一次，但是它们绝对不可替代，因为它们可以存储数十年而不会损失任何能量，它们可以承受疯狂的机械负载……还可以提供其他东西变成弹丸，变成导弹弹头？
锂碘源及其微观能量又如何呢？ 但它们非常适合起搏器。 铅酸电池呢？ 他们有很多缺点，但是没有什么比这便宜的了。 因此，谈论“非常”的电池没有多大意义：一切都由范围决定。

[丧钟守望者]

谢谢！ 很多有价值的信息可供我研究！
据我了解，在未来的20年中，电池的效率可能不会比锂离子电池高出两到三倍吗？ 我理解我的问题听起来很幼稚，但这是在不远的将来真正的技术形象，其可能是什么以及将不会出现的载体。 据我所知，研究主要是朝着降低价格，延长循环寿命，减少火灾隐患和使用稀缺元素的方向进行的，而不是在容量/功率上有根本性的提高？

[astepanov]

您完全正确地理解了所有内容。 就提高能量强度而言，无需期望电动汽车电池领域会出现任何重大突破，重点在于价格，可靠性，安全性和快速充电能力。 但是能量也会增加一点。

[Maks1995]

非常感谢。 底线是同意的。
计算自然会强烈说明过程的这一部分。

[ycuce234山]

β射线被金属很好地吸收

Beta辐射仍会引起化学反应。 因此，可以使电池更简单-通过辐射来再生在电化学反应中消耗的化学成分或一种或几种中间物质，并且通过整个电池中再生和用过的化学成分的浓度差异来确保电池的运行。 制造技术更简单-没有半导体和合金蚀刻-最大的，半渗透性的分隔层，用于化学物质的扩散分离，这可以通过传统的冲压机完成。

[亚历山大十世]

在克里米亚海岸附近安装这样的浮动装置，对海水进行淡化，这是一种临时措施，直到彻底解决供水问题为止

[Ryaruav]

您知道，就海水淡化而言，对于任何一种获取能源的方法来说，这一直都是非常昂贵的

[Ryaruav]

如今，核能仅次于水力发电，俄罗斯每五分之一的灯泡都由核电站点亮。在过去的35年中，尽管发生了这一事件，我们仍领先于地球的其他地区，让西方的每个人都在尖叫，描述这种过早的热量，而核能是未来，尽管在人工智能技术方面取得了进步，但在不久的将来不太可能会发生巨大变化。如果这样做，得益于核物理学，如果没有动力，世界上就不会有任何东西，即使所谓的自然赢家（这里的自然是错误的），一个人也需要食物

[wwk7260]

火力发电厂的第一名！ 水力发电工程仅在该国东部，欧洲以及俄罗斯联邦人口最稠密的地区至关重要，其贡献微不足道，但对自然的破坏却是巨大的。 俄罗斯联邦的伏尔加河州和UA的第聂伯河州就是不可能开发能源的一个例子。

[Ryaruav]

您知道挪威拥有100％的水力发电并且没有环境问题

[wwk7260]

您知道，在挪威，他们没有在平原上建造水力发电站，水库的大小不是一些最小的州那么大，挪威的河流也不像伏尔加河或第聂伯河那样的运输大动脉，在挪威河谷中，伏尔加河和第聂伯河上的人口并不多，整个挪威的人口为5,3万。
俄罗斯联邦的P.S.水力发电量为17％，其发电量不仅不及火力发电，而且远不及核电。 您谈论的第一个地方是什么？ 掉尾巴？

[VicktorVR]

在标准的100（40）英尺容器中的输出端安装45 kW的“发电机”会很不错。
此外，它在重量方面符合容器要求。
相对便宜且批量生产。

[英格527]

切尔诺贝利综合症似乎已经过去，核技术开始被引进...

[丧钟守望者]

好的文章，您当然没有考虑Kilopower，这是我们的项目，该项目是兆瓦级喜剧性核装置和其框架内的现代RTG。
通常，在现代研究的前沿，基于核衰变的长期电流源是一个非常有趣的话题，在过去的二十年中，自主权的进步很有趣。

[1536]

太空人，太空！ 像空气一样，太空需要突破。 我们需要能够从近地轨道到月球，火星，探索遥远太空甚至是太阳的太空飞船。 这就需要一个新的发电厂，一种新型的发动机，其物理原理与喷气，电动或常规内燃机不同。 当然，我们的科幻小说家亚历山大·贝尔雅耶夫（Alexander Belyaev）的小说对此也有很好的描述，当然，还需要非常“ CEC之星”。 也许更酷。

[VicktorVR]

投资回收期和可行性。 如果不是这种情况，那么在资本主义制度下它将欺骗投资者，而在社会主义制度下则更为糟糕。

我从没有地方看到飞往火星甚至登月的经济理由。
Зачем？
好处是什么？

[安扎尔]

同时，几个外国已经对俄罗斯的浮动式核电站产生了兴趣，在不久的将来可能会出现真正的订单。

哈哈，“真实”。 太昂贵的能源（即使是每桶100美元），没人会白白拿走它，即“出口信贷”（不可退款））俄罗斯也将不再存在））他们完成了建设，因为他们开始了...

[1536]

[quote = VicktorVR]投资回收期和可行性。 如果不是这种情况，那么在资本主义制度下它将欺骗投资者，而在社会主义制度下则更为糟糕。

我从没有地方看到飞往火星甚至登月的经济理由。
Зачем？
这样做有什么好处？[/

权宜之计-进步，新引擎，新材料，该国的国防，科学，教育的发展，在极端条件下的技术和技术工作，这对陆地和海洋都将是有用的。 年轻人对新事物的兴趣未知。 很少吗
您知道公猪或猪与其他动物有何不同吗？ 野猪无法抬头注视天空，因此看不到前景。但与此同时，他感到很高兴，直到有人将其击中头部，好转或跳下颈背为止。

[还干净]

来吧！ 俄罗斯有超过1000（!!）个RTG。 在工作和垃圾掩埋场！ 北海航线，高加索，堪察加半岛，楚科奇半岛，萨哈林岛等 那我们在说什么呢？ 在这里回收50年...

[72jora72]

最大热功率为145 Gcal / h。 有人认为，这种特征足以为每十万居民提供定居点。 令人奇怪的是，楚科奇自治区的全部人口只有一半，而且在容量方面有很大的储备。

在此异端之后，我不再阅读。
为了向作者提供信息，“罗蒙诺索夫”只能为佩韦克市（人口为4的人）提供热量，这就是你所说的 火电，无处使用。 从无到有，从无到有，从没有。 正如Bilibino发电厂（BiNPP）为Bilibino市（5500人）供热一样，

Xi 顺便说一句，应该连接“罗蒙诺索夫”和BiNPP（比利比诺）的输电线路尚未建成.......

[ycuce234山]

电力工程师在没有可操作的模式的情况下完全调整NPP的需求-也就是说，他们将在其上拧上一根灯芯，留下少量过量用于峰值消耗，该峰值将被排放到温室，鱼塘或蒸汽中。 但是资源将大大扩展。 有关详细信息，您可以查看文章“关于以可操纵模式运行核电厂的简短文章”。

[72jora72]

剩余少量用于高峰消费，将被排放到温室，鱼塘或蒸汽中。 但是资源将大大扩展。 有关详细信息，您可以查看文章“关于以可操纵模式运行核电厂的简短文章”。

我熟悉了工作文档，甚至参观了罗蒙诺索夫。 佩韦克（Pevek）没有像鱼塘这样的温室，而且永远也不会，因此只能排放。 “浮动”的整个问题是，除了科学兴趣（试运行）外，该站还没有解决该地区的任何能源和经济问题。 例如，仅Peschanka斑岩铜矿床（Baimsky Gok）将需要约210 MW。

[ycuce234山]

好吧，不要让它解决而是解决一个特定村庄（ITER）的问题，一个实验性热核反应堆通常会将其电能倾销给锅炉，这是实验设备的规范。 下一代的发电站将已经工业化并且功能更加强大-他们在那里在那里放置多达100万个城市并在村庄放置4个居民并非没有道理：在切断电源之前，灯芯必须一直拧紧...

[ycuce234山]

顺便说一句，在编写本文时，他们忘记了核柴油机车的项目-原子机车……那是谁可以紧随其后，而不是在坦克履带上的所有核电站。