無(wú)需添加燃料，動(dòng)力強勁，幾乎零排放。隨著(zhù)全球航運業(yè)脫碳化的趨勢，加上民用核技術(shù)的不斷創(chuàng )新，曾一度被視為高成本高風(fēng)險的核動(dòng)力商船開(kāi)始重新進(jìn)入視野，大型遠洋船舶的核動(dòng)力時(shí)代正在來(lái)臨。

大型遠洋船最適合核動(dòng)力？全球各國開(kāi)展民用核動(dòng)力船舶研究

雖然核動(dòng)力在很長(cháng)一段時(shí)間里都不被視為可行的商船動(dòng)力選擇，但近年來(lái)在脫碳化趨勢下，核動(dòng)力作為船用燃料再次獲得關(guān)注。荷蘭船舶設計與工程公司C-Job Naval Architects最近披露的一項新研究顯示，核能在未來(lái)可以作為船舶推進(jìn)使用，而大型遠洋船舶正是核動(dòng)力推進(jìn)的最佳選擇。

C-Job創(chuàng )建了散貨船、集裝箱船、油船和海工船四個(gè)不同的船型概念，分析了能源儲存和發(fā)電系統的質(zhì)量和體積等關(guān)鍵問(wèn)題。結果表明，即使反應堆周?chē)钠帘螌釉诤税l(fā)電系統各自的質(zhì)量和體積中占很大一部分，但在大多數情況下核電方案比傳統的船用柴油方案更輕、更緊湊。

根據這項研究，C-Job得出結論，從長(cháng)遠來(lái)看熔鹽反應堆的潛力最大，被動(dòng)安全、高燃耗以及未來(lái)使用釷循環(huán)的潛力的結合，使其最適合海事應用。與基于傳統燃料的系統相比，核動(dòng)力船舶可以減少高達98%的二氧化碳排放，此外硫氧化物、顆粒物、氮氧化物等空氣污染也能夠完全消除。

雖然核動(dòng)力船的資本支出很高，但C-Job的研究顯示，核動(dòng)力船能夠在五到十五年內具有成本效益，具體取決于燃料成本和船舶運行狀況。同時(shí)，核動(dòng)力船提供了考慮更高設計速度的可能性，從而使船舶更加有利可圖。這是因為燃料成本（OPEX）只會(huì )隨著(zhù)航速的提高而略有增長(cháng)，而最終的主要限制因素是更大功率的裝置的資本支出。

2020年，微軟創(chuàng )始人比爾蓋茨所創(chuàng )辦的核能公司泰拉能源（Terrapower）與Core-Power、法國核材料處理專(zhuān)家Orano和美國南方電力公司（Southern Company）合資成立一家新公司，計劃在美國開(kāi)發(fā)熔鹽反應堆原子能技術(shù)。

去年6月，韓國三星重工宣布將與韓國國家原子能研究院聯(lián)合研發(fā)搭載小型模塊型熔鹽反應堆的核動(dòng)力船舶。三星重工計劃將熔鹽反應堆與目前正在研發(fā)中的氨能、氫能技術(shù)一起進(jìn)行集中研發(fā)，使其成為三星重工新的未來(lái)增長(cháng)動(dòng)力。

去年11月，日本郵船、日本造船聯(lián)合（JMU）以及DNV合作研發(fā)了配備核聚變反應堆的20000TEU超大型集裝箱船概念設計。該型船計劃搭載的核聚變反應堆很可能采用加拿大通用聚變公司（General Fusion）正在研發(fā)的磁化靶聚變（MTF）技術(shù)。

今年4月，挪威烏斯坦（Ulstein）集團推出了名為雷神（Thor）的核動(dòng)力零排放船舶設計。雷神為海上補給、科考、救助船，其動(dòng)力來(lái)源為釷基熔鹽堆核能系統（Thorium Molten Salt Reactor）。該船還可以作為移動(dòng)“充電站”，為航行在海上的其他船舶進(jìn)行充電補給。

里程碑！英國將通過(guò)商業(yè)核動(dòng)力船舶法規支持商船使用核能

近日，英國交通部通過(guò)了海事和海岸警衛隊（MCA）制定的目標，計劃在今年晚些時(shí)候頒布《商船（核動(dòng)力船舶）條例》，以支持在商船運輸中使用核能。該法規預計將于2022年11月生效，實(shí)施SOLAS第七章的要求，該章節編纂了《核規則（ Nuclear Code）》的建造和運營(yíng)標準。雖然這主要是將《國際海上人命安全公約》（SOLAS）的內容納入英國法律的技術(shù)性舉措，但這對提供必要的結構支持至關(guān)重要，并被視為商業(yè)行業(yè)對核動(dòng)力產(chǎn)生新興趣的標志。

根據MCA的說(shuō)法，該法規以及與美國等其他國家的緊密聯(lián)系，將增加實(shí)現掛英國船旗的核動(dòng)力商船的可能性。

該法規定頒布將完成英國多年來(lái)的努力，旨在使核能成為商業(yè)航運的一個(gè)選擇。在公布了擬議的法規后，MCA進(jìn)行了一段咨詢(xún)期，允許業(yè)界對該法規提供意見(jiàn)。MCA特別提出了一系列問(wèn)題，以確定人們的興趣、規則的必要性、規則的后果以及滿(mǎn)足規則所載調查和檢查制度的困難。

據悉，總共有14家公司答復了MCA，包括船級社、航運組織、研究公司和商業(yè)航運公司。在14家公司中，有11家同意MCA的觀(guān)點(diǎn)，即在未來(lái)10年內對核動(dòng)力船舶有興趣，特別是對核動(dòng)力大型遠洋的興趣越來(lái)越大。這些公司大多也同意MCA的觀(guān)點(diǎn)，即在2030年之前，新的或現有的核動(dòng)力船舶不太可能在英國注冊。然而，大多數受訪(fǎng)者也表示，核動(dòng)力船舶很可能在2030年前就開(kāi)始建造。

致力于開(kāi)發(fā)海上先進(jìn)核能技術(shù)的英國海洋工程公司Core-Power創(chuàng )始人兼首席執行官Mikal Boe指出，英國制定核動(dòng)力船舶法規“是海上新核能監管進(jìn)展的一個(gè)重要里程碑”。

Core-Power公司正在開(kāi)發(fā)一種船用熔鹽反應堆（m-MSR）類(lèi)型的“原子電池”組件，可以為世界上最大的船舶提供動(dòng)力，并為中小型船舶生產(chǎn)綠色合成燃料。熔鹽反應堆可以成為開(kāi)啟“第二個(gè)原子能時(shí)代”的技術(shù)，在這個(gè)時(shí)代，氣候變化是強大、廉價(jià)而安全的新能源解決方案的主要驅動(dòng)力。熔鹽反應堆具有比石油和天然氣更大的經(jīng)濟潛力，為航運業(yè)提供可持續的清潔能源，使其在不污染環(huán)境的情況下深入未來(lái)發(fā)展。

加速研發(fā)！美國船級社獲政府資助將研發(fā)核動(dòng)力商船

與此同時(shí)，美國政府也已經(jīng)著(zhù)手研發(fā)核動(dòng)力商船。美國船級社（ABS）近期獲得美國能源部（DOE）價(jià)值80萬(wàn)美元的合同，將研究在商業(yè)航運中使用核動(dòng)力的可能性。

這一研究項目將解決在海上商業(yè)應用中采用新反應堆技術(shù)的挑戰。美國船級社將為海上應用開(kāi)發(fā)不同先進(jìn)反應堆技術(shù)的模型，并就現代核電的商業(yè)使用開(kāi)發(fā)行業(yè)咨詢(xún)。新項目將由美國能源部位于愛(ài)達荷州國家實(shí)驗室的國家核反應堆創(chuàng )新中心（NRIC）提供支持，包括提供先進(jìn)的反應堆框架以幫助建議如何進(jìn)行海上核示范。

美國船級社全球工程和技術(shù)高級副總裁Patrick Ryan表示：“現代核技術(shù)越來(lái)越多地被認為是解決航運業(yè)脫碳挑戰的潛在方案。這項技術(shù)無(wú)疑具有潛力，無(wú)論是在減排方面，還是在美國造船廠(chǎng)及其供應鏈利用國家投資發(fā)展陸地核能方面。然而，許多問(wèn)題需要得到解答，關(guān)鍵是業(yè)界能夠以安全為重點(diǎn)評估這些技術(shù)?！?/p>

NRIC主任Ashley Finan指出：“國家實(shí)驗室系統具有強大的能力——當我們與工業(yè)界合作時(shí)，我們可以聯(lián)合應用這些能力來(lái)應對我們的能源挑戰，而NRIC的創(chuàng )建就是為了使這一目標更快實(shí)現。在減少航運業(yè)碳排放方面存在著(zhù)巨大的機遇，海事和先進(jìn)核能部門(mén)對此也越來(lái)越感興趣，我們很高興能夠參與這項重要工作?！?/p>

2019年，美國能源部（DOE）宣布在《核能創(chuàng )新能力法案》框架下成立一個(gè)由愛(ài)達荷國家實(shí)驗室領(lǐng)導的“國家核反應堆創(chuàng )新中心（NRIC）” ，旨在為私營(yíng)企業(yè)反應堆技術(shù)開(kāi)發(fā)商提供獲得使用DOE國家實(shí)驗室戰略基礎實(shí)驗設施的途徑，助力私營(yíng)開(kāi)發(fā)商新概念核反應堆技術(shù)研發(fā)、示范和評估，以加速新概念反應堆技術(shù)的許可和商業(yè)化進(jìn)程，從而為新概念核反應堆構建一條從概念原型到商用產(chǎn)品的經(jīng)濟快速成熟的轉化路徑。

NRIC的建立有助于將核技術(shù)相關(guān)的企業(yè)、聯(lián)邦政府機構、國家實(shí)驗室和大學(xué)整合起來(lái)，讓他們聯(lián)合開(kāi)展新概念先進(jìn)反應堆設計、研發(fā)、測試和示范工作；同時(shí)能夠為新概念反應堆技術(shù)的測試、演示和性能評估提供充足的條件支持，以加速新的先進(jìn)概念核反應堆技術(shù)的商業(yè)化部署。

熔鹽反應堆的概念是引起廣泛關(guān)注的技術(shù)之一。據悉，美國能源部還與美國船級社簽訂了另一份金額較小的合同，支持得克薩斯大學(xué)正在進(jìn)行的熔鹽反應堆研究。

美國最早嘗試核動(dòng)力商船，俄羅斯運營(yíng)全球唯一核動(dòng)力破冰船船隊

雖然核能早在1950年代就被認為具有巨大的海洋工業(yè)潛力，但卻由于全球安全問(wèn)題和船上系統操作方面的挑戰而未能得到發(fā)展。盡管軍艦已經(jīng)成功采用了核動(dòng)力推進(jìn)，但是在商船方面的應用除了幾艘實(shí)驗船外還沒(méi)有任何發(fā)展。

第二次世界大戰之后，美國的革命雄心及對“冷戰”的忌憚，使其決心建造核動(dòng)力商船?！癝avannah”號就出現在這個(gè)特殊的時(shí)代?！癝avannah”號于1958年開(kāi)始建造(當時(shí)蘇聯(lián)建造的世界上第一艘核動(dòng)力破冰船“列寧”號已經(jīng)完工)，并于1963年投入使用。據國際船舶網(wǎng)了解，該船長(cháng)182米，型寬24米，滿(mǎn)載排水量為21800噸，動(dòng)力系統采用壓水反應堆，汽輪機額定功率約為16MW，設計航速20節，填裝一次燃料即可以航行300萬(wàn)海里左右，相當于繞地球138周。

“Savannah”號主要是為了展示民用核動(dòng)力，這是世界上第一艘核動(dòng)力商船，該船成功試用了功率2萬(wàn)馬力的核動(dòng)力裝置。不過(guò)，作為商船而言，這艘船規模太小成本又很高，無(wú)法經(jīng)濟地運營(yíng)，既不是高效的貨船，也不是可行的客船。囿于高昂的建造和使用成本，以及潛在的安全風(fēng)險，美國及“Savannah”號所計劃的更長(cháng)遠的商業(yè)用途沒(méi)能持久，隨著(zhù)該輪于1971年退役，美國將核能作為商船動(dòng)力系統的革命性主張被迫宣告失敗。

1960年，德國建造首艘核動(dòng)力油船“Otto Hahn”輪，后因種種因素，該船成為一艘更具戰略意義和經(jīng)濟效益的散貨船，于1968年投入使用，成為繼蘇聯(lián)“列寧”號(核動(dòng)力破冰船)和美國“Savannah”號之后世界上第三艘民用核動(dòng)力船。據國際船舶網(wǎng)了解，“Otto Hahn”輪滿(mǎn)載排水量為16870噸，配備一臺38MW的壓水反應堆來(lái)驅動(dòng)蒸汽輪機，最大設計航速17節。1970年，“Otto Hahn”輪首航摩洛哥，在隨后的兩年中，依靠22公斤的濃縮鈾燃料，完成了約25萬(wàn)海里的航程。

作為核動(dòng)力商船，“Otto Hahn”輪在10年間的126次航行中航行了約65萬(wàn)海里，運營(yíng)期間共計在22個(gè)國家?？苛?3座港口(主要?？扛畚挥诜侵藓湍厦乐?，沒(méi)有出現任何技術(shù)問(wèn)題。但最終還是因為核動(dòng)力船固有的高昂成本和安全隱患退出運營(yíng)，1982年，船東拆除了當時(shí)已經(jīng)退役的“Otto Hahn”輪的核反應堆，將其改造成一艘常規動(dòng)力(柴油動(dòng)力)集裝箱船，并于2004年結束商業(yè)運營(yíng)。

1972年，日本完成了核動(dòng)力商船“Mutsu”號，但這艘船實(shí)際從未裝載過(guò)商業(yè)貨物，首次試航期間，其反應堆出現嚴重的輻射泄露，遭到了日本民眾的抗議。1992年，“Mutsu”號返回日本之后退役。1995年，“Mutsu”號的核反應堆被拆除，隨之被改裝成為一艘常規動(dòng)力海洋探測船“Mirai”號。

除了軍用艦艇和破冰船等船舶外，目前全球唯一在運營(yíng)核動(dòng)力商船是俄羅斯的“Sevmorput”號。據國際船舶網(wǎng)了解，該船由烏克蘭Zaliv Shipyard建造，在1988年交付，2012年曾一度停止使用，之后又于2016年重新投入運營(yíng)，主要承擔俄羅斯北極基地人員及貨物運輸等任務(wù)。去年，該船還曾向位于孟加拉國的路布爾核電站運輸重達1400噸的物資。

“Sevmorput”號總長(cháng)260.3米，型寬32.2米，吃水11.8米，載重量約3.4萬(wàn)噸，設計載箱量1328TEU，搭載1臺輸出功率達135兆瓦的“KLT-40”型核裂變反應堆，航速20.8節。

另外，俄羅斯還運營(yíng)著(zhù)目前世界上唯一一支核動(dòng)力破冰船船隊。事實(shí)證明，北極地區的核動(dòng)力破冰船在技術(shù)上和經(jīng)濟上都是可行的，這些船舶可以在沒(méi)有燃料補給的情況下運行多年，而且擁有強大的發(fā)動(dòng)機，非常適合破冰任務(wù)。

對于商船領(lǐng)域而言，核動(dòng)力船舶需要承擔專(zhuān)門(mén)基礎設施的費用。舉例而言，美國核動(dòng)力商船“NS Savannah”號的運營(yíng)成本極高，因為這是唯一使用專(zhuān)門(mén)的核岸上工作人員和服務(wù)設施的船舶。不過(guò)，如果船隊規模更大，就可以在更多的運營(yíng)船舶之間分擔固定成本，從而降低運營(yíng)成本。

圖文來(lái)源：國際船舶網(wǎng)

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