海上浮動核能電廠
世界第一座商用海上浮動核能電廠，將是 Public Service Electric and Gas Company（PS）的亞特蘭電廠（Atlantic Generating Station），它是一座2,300百萬瓦的壓水式核能電廠（註），位於美國東岸新澤西州海岸外2.8哩處，靠近小卵港（Little Egg Harbor）（圖一），這座電廠是在佛羅里達州 Jacksonville 的新船塢型工廠裏建造的，再拖到現在的廠址，先於防波堤內停泊，然後裝設。產生的電力經由埋在海床下的高壓電纜傳送至岸上的開關廠房（Switching station）。其第一機組計畫於1980年作商用運轉，第二機組延後一年。
一、觀念發展
海上核能電廠的觀念開始於1970年末，當時尚未有實際行動。到1971年4月1日，西屋公司成立了特別計畫小組，進行海上浮動核能電廠的研究；在5月4日，PS公司也宣稱要進行研究，並已準備聘請顧問；到了8月，西屋與田尼柯（Tenneco）公司宣布已設計並建造一座製造海上核能電廠的船塢型工廠，開始在一貫生產線上動工；同年9月，PS公司不甘示弱，邀請許多聯邦機構及政府官員參加討論，被邀請的有聯合原子能委員會（Joint Committee on Atomic Energy）、美國原子能委員會（AEC）、聯邦電力公司、商業部、內政部、白宮的科學技術部、美國陸軍兵工廠、環境防護總署、參議院公眾工作會等部門，在這次會議中，詳細的做了安全評估工作。
到1972年2月，PS公司去函給西屋與田尼柯公司，說明他們研究浮動核能電廠的目的；同年3月，完成廠址選擇，PS公司決定在小卵港外海2.8哩處開工興建；同年8月，西屋公司也宣布開始在美國西岸覓地興建海上浮動核能電廠。
二、設計原則
由於陸上核能電廠已具備了完善的設計依據，無需在電廠型式方面進行研究，因此主要設計工作是針對浮動核能電廠在防波堤內的設計方式，此防波堤需能在海面上形成一座靜水盆，保護電廠受船隻的碰撞。
電廠與防波堤設計重點放在電廠需能撐得住百年一次的大風暴，需能在萬年一次大風暴的情況下安全停機。
目前共有8座在研究中，其基本設計準則為：
1.離海岸線3哩之內：以便在領海內受聯邦與州政府管轄。
2.最淺水位40呎：防止電廠與海底相碰。
3.最深水位70呎：防波堤最經濟的建造。
4.遠離航線：雖然防波堤可防止船隻碰撞，其可能性也需考慮。
5.靠近海灣：在惡劣天氣時能有安全的避風港。
6.海床強度要夠：支持防波堤。
7.靠近開關廠房：節省海底輸電線。
為要設計防波堤，必須做些與廠址有關的工作，包括生態效應分析、海洋生物對水流及溫度增高的影響等等。初步分析報告計兩大冊，294頁，包括許多不同的研究題目，如大西洋生物變遷情況、甲殼類漁業的討論、廠址附近的魚類等。由資料顯示，電廠對生態系統的影響很小，而防波堤形成自然養殖場，加上水溫增高形成良好漁場，因此利多於弊，所以海上浮動核能電廠可行性無可置疑。
三、防波堤設計參數
防波堤的設計參數包括水深、暴風次數、船隻碰撞率、地震、海床強度等等。
選擇廠址的因素，需考慮到當地的最大海浪高度。在亞特蘭廠址，設計的最大海浪高度為43呎，這在百年一次大風暴中才會發生。
設計的颶風風速為每小時180公尺，而有史以來廠址附近曾發生過的最大風速是1944年的每小時91公尺。設計的旋風切線風速為每小時300公尺，移動速度為每小時60公尺。
船隻碰撞率關係到電廠型式，因此防波堤的設計足夠支持326,000噸船隻的碰撞，另外，其進出水口大小也限制了船隻的進入。
關於地震，自1880年中葉迄今，亞特蘭廠址的海底地層均未曾移動過，而在附近曾發生過的最大加速在水平方向為0.15公克，因此防波堤的水平加速承受力設計為0.20公克。
四、防波堤設計
圖二為亞特蘭電廠與防波堤排列情形。防波堤的弧形部份朝外海，高出平均水位64呎；直線部份面向海岸，由於內海海浪較弱，中間部份僅高出水位38呎。直線部份全長2,140呎，整個防波堤包圍面積約一百英畝。
循環冷卻水取自電廠本身底部窗口，使用過後經濾污器，由導管排出海外，如圖三所示。
在防波堤直線部份與弧形部份的相對開口處，容許魚類、冷卻水及小型運補船的進出，水面下的地基是由電廠本身延伸到相向的防波堤底。
防波堤本身是巨大的石墩結構，如圖四所示。先用挖泥機把海底挖到50呎深，置入地基石塊，再投入預鑄混凝土塊，沉在地基石塊上，用沙與小岩石充填空隙，形成基墩，作為防波堤核心，亦即圖中左方長方形建築。此工作覆蓋了一層800磅岩石，頂部是8至10噸不等
的黑玉石（jetty stone）。
整個防波堤上面覆蓋二層錯開的工字型預鑄混凝土塊，稱之為「羊蹠骨」（dolosse），體積由40到62噸不等，最大的用在防波堤邊緣，此種型式為已知最穩定的結構型式，如圖五所示。
由此等羊蹠骨構成的防波堤為有史以來海上最大的人造物，底部約300呎寬，頂部約24呎寬，高出海平面64呎，約用了4,400,000噸材料，包括70,000個羊蹠骨。
五、停泊系統
為了安全起見，電廠必須穩固的泊在廠基上，以防止與防波堤互撞，採用何種型式的停泊系統全賴廠址的狀態，亦即所能預測到的電廠區域附近的海浪、暴風和水位變化等等，針對亞特蘭電廠的數種停泊系統正在研究中，最可靠的兩種系統是由一個四面挖空的船塢圍繞電廠，以及採用一個三組牽制系統，亦即利用電廠底部三組大型鋼鎖，每個圍繞在一個大鋼樁上，如同防震桿一般，並在鋼樁的一端裝置可繞性緩衝器，只允許電廠的水平擺動範圍在2呎之內。
六、電廠設計
詳細設計工作進行很順利，雖然每日有所變更，但基本設計原則不變。電廠外殼是箱形結構，稱為「駁船」，體積為400×378×40呎，分成60個隔間，組成39個防水部份，總重為155,000噸，吃水31呎，形成一座不沉的「船」。電廠內部包含有供120人生活起居及娛樂的場所，所使用的淡水由閃光蒸餾器（flash evaporator）製造。
此電廠的核能蒸汽供應系統為標準的壓水式反應器，在1,000磅/寸2壓力下，可產生熱量3,425百萬瓦，以及每小時15,140,000磅的蒸汽。爐心包含193根核燃料組件，每件含有204根燃料棒，此燃料棒由鋯合金管子內裝濃縮鈾所形成。
附屬系統如維護正常水流、化學狀態、失水事故的補充水、餘熱清除系統、放射性廢料控制系統等，均以陸上核能電廠為基準。
反應爐、蒸汽發生器和有關的裝置均包含在一大型圍阻體內，如圖七所示，此圍阻體半徑為60呎，高102呎，頂部半球形設計壓力為15磅/寸2，整個圍阻體再包以混凝土屏蔽外殼。
七、渦輪發電機
渦輪發電機組為一個高壓渦輪機、三個低壓渦輪機與一個勵磁機所組成，均排列在一線上，成單軸機械。
流到渦輪機的蒸汽為0.36％水汽混合，壓力為980磅/寸2，溫度為383.3℃，經由1.75吋管路排到冷凝器中成15.6℃的冷水。
高壓渦輪機轉速為每分鐘1,800轉，經過二個水汽分離器及雙重再熱器流到三座1,800轉的低壓渦輪機，每個低壓渦輪機均連接到冷凝器中。
發電機功率，在0.9電力因素、25,000伏、60赫運轉下，能產生1,402,000KVA的功率。電力經兩個變壓器昇壓至345,000伏，經輸電線傳送到地面開關廠房。電廠流程圖如圖八所示。
八、輸電系統
亞特蘭電廠有兩組不同的輸電系統。第一組包括從浮動核能電廠到防波堤的撓性電纜，它須承得住潮汐變化產生的應力，以及波浪作用的水平移動。電廠位置的潮汐設計因素為+5.3呎到-1.4呎，在百年一次大風暴中為+16.3呎到-6呎，而水平移動設計因素為任何方向±2呎。選擇撓性電纜曾考慮下列四種材料：高架導線、管狀電纜、充油電纜和SF6電纜。其中以高架電纜為最簡單，但需考慮到空氣中鹽份的侵蝕。
第二組設計涵蓋了所有埋設部份的輸電線，因在美洲大陸本土距亞特蘭廠址最近的一點，是延伸數哩之遙的沼地，所以開關廠房需設在內陸較遠處，經研究結果，已決定將開關廠房建在新澤西Tukerton的西北方。為了要配合現有道路、河道與淺水溝的位置，正在研究數種最經濟的路線。
每一輸電線全長約11哩，埋設深度在開關廠房到小卵港的陸地部份為3呎，在小卵港部份為5呎，進入大西洋部份為10呎，然後再斜向43呎深的防波堤基。
九、其他
由於期望在惡劣天氣及工人不穩定時，能繼續運轉發電，已準備了五週所需的燃油及食物，以應不時之需。為了讓運轉及維護人員能鬆懈身心，訂有定期岸上休閒程序，以提高工作效率。在發展海上浮動核能電廠時，也需注意下列二種情況：
1.平台意外下沉的防護工作。
2.發展更良好的平台及停泊系統，以適應各種海洋情況。
由於人口愈來愈多，有用的土地相對減少，發展海上浮動核能電廠，不僅可以避免浪費廣大的土地，也能減低對環境的危害，這正是核能技術嶄新的一頁。
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註：壓水式反應器（pressurized water reactor）為動力反應器的一種。以高壓使爐心的第一級冷卻水不致沸騰，將熱量傳到熱交換器，然後在第二環路中將水變成蒸汽，流至高壓渦輪機，推動渦輪而發電。
參考文獻
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