新型核能應(yīng)用：商船未來發(fā)展方向？

本刊記者 趙蕓

全球首艘核動(dòng)力商船“薩凡納”號(hào)

75年前, 全球航運(yùn)界認(rèn)為, 商船的未來發(fā)展方向是核動(dòng)力。75年后的今天, 在船舶脫碳需求的推動(dòng)下, 海事界加大了對(duì)于新型核能應(yīng)用的研究探索, 一些技術(shù)公司正試圖開發(fā)安全可靠的解決方案, 為現(xiàn)代核能技術(shù)在商船上的應(yīng)用帶來更多希望。近日, 荷蘭代爾夫特理工大學(xué)為荷蘭C-Job Naval Architects公司進(jìn)行的最新研究表明, 核能在未來可用于船舶推進(jìn)系統(tǒng)。這項(xiàng)研究通過創(chuàng)建四種不同的概念（散裝、集裝箱、油船和海）, 分析了包括儲(chǔ)能和發(fā)電系統(tǒng)的質(zhì)量和體積在內(nèi)的關(guān)鍵項(xiàng)目, 最終得出結(jié)論：在大多數(shù)情況下, 核方案比常規(guī)船用柴油方案更輕、更緊湊。

不遠(yuǎn)的將來, 新型核能應(yīng)用于商船, 真的要成真了嗎？

核能應(yīng)用迎來突破

近年來, 在船舶脫碳需求的推動(dòng)下, 海事界加大了對(duì)于新型核能應(yīng)用的研究探索, 一些技術(shù)公司試圖開發(fā)安全可靠的解決方案, 加快現(xiàn)代核能技術(shù)在商船上的應(yīng)用。

在C-Job得出這個(gè)結(jié)論的同時(shí), 其他國(guó)家也開始研究核動(dòng)力推進(jìn)的未來應(yīng)用。近日, 英國(guó)能源技術(shù)公司CORE POWER稱, 英國(guó)交通運(yùn)輸部（DfT）下屬機(jī)構(gòu)英國(guó)海事和海岸警衛(wèi)隊(duì)（UKMCA）已確定核動(dòng)力商船立法通過的目標(biāo)日期, 按照當(dāng)前計(jì)劃, 核動(dòng)力商船法規(guī)將于2022年11月22日生效。該法規(guī)將把《1974年國(guó)際海上人命安全公約》（SOLAS）附則第VIII章以及《核動(dòng)力商船安全規(guī)則》（A.491.XII號(hào)決議）一起轉(zhuǎn)換為英國(guó)法律。CORE POWER首席執(zhí)行官M(fèi)ikal Boe表示：“這是海上新型核能監(jiān)管發(fā)展的一個(gè)重要里程碑。”

能源技術(shù)研究所（Institute for Energy Technology）首 席 工 程 師Robert McDonald表示：“‘核’字在不同的受眾眼里有不同的含義, 并不是每個(gè)人看到‘核’字都能產(chǎn)生和我一樣的積極聯(lián)想。因此, 制定必要的法規(guī)并且改善全社會(huì)對(duì)于核動(dòng)力船舶的接受度至關(guān)重要?！?/p>

去年, 美國(guó)能源部授予美國(guó)船級(jí)社（ABS）一份80萬美元的合同, 研究在商業(yè)船舶上采用核動(dòng)力推進(jìn)的技術(shù)問題。ABS認(rèn)為, 此項(xiàng)研究項(xiàng)目的目的在于充分迎接在商業(yè)海運(yùn)中采用新式反應(yīng)堆的技術(shù)挑戰(zhàn), ABS將開發(fā)適用于商船的不同反應(yīng)堆技術(shù)模型, 并就現(xiàn)代核電的商業(yè)用途開展行業(yè)咨詢。ABS表示, 下一步將為海事開發(fā)應(yīng)用不同的先進(jìn)反應(yīng)堆技術(shù)模型, 并為現(xiàn)代核能的商業(yè)使用提供行業(yè)咨詢。

此外, 美國(guó)能源部還與ABS簽訂了另一份合同, 以支持德克薩斯大學(xué)開展熔鹽反應(yīng)堆研究。對(duì)此, ABS全球工程與技術(shù)高級(jí)副總裁Patrick Ryan表示：“越來越多的人認(rèn)為, 現(xiàn)代核技術(shù)是解決航運(yùn)業(yè)脫碳挑戰(zhàn)的潛在方案。”

在減排方面潛力巨大

商業(yè)航運(yùn)積極應(yīng)用核動(dòng)力的一個(gè)關(guān)鍵因素是消除碳排放。國(guó)外相關(guān)數(shù)據(jù)顯示, 與傳統(tǒng)的基于燃料的系統(tǒng)相比, 核動(dòng)力的應(yīng)用, 可以讓船舶的二氧化碳排放量減少98%, 同時(shí)還能消除空氣污染排放物, 如硫氧化物（SOx）、顆粒物（PM）和氮氧化物（NOx）。

雖然船用核推進(jìn)裝置的成本支出很高, 但研究表明, 根據(jù)燃料成本和船舶的運(yùn)行狀況, 其在5—15年內(nèi)會(huì)使商船具有成本效益。此外, 船用核推進(jìn)系統(tǒng)有可能考慮更高的設(shè)計(jì)速度, 使船舶更具盈利能力。C-Job認(rèn)為, 從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看, 熔鹽反應(yīng)器對(duì)商業(yè)航運(yùn)最具潛力。C-Job首席海軍建筑師尼爾斯·德弗里斯說：“到目前為止, 核能還沒有被廣泛應(yīng)用, 與其他能源一樣, 在技術(shù)成熟到足以實(shí)施之前, 必須對(duì)其進(jìn)一步開發(fā), 核技術(shù)具有巨大的潛力。”

不過, 對(duì)于C-Job的看法, 不少業(yè)內(nèi)專家并不認(rèn)同, 因?yàn)楹藙?dòng)力商船的成本太高, 并不能提高商用船的經(jīng)濟(jì)效益。1958年美國(guó)開始建造世界上第一艘核動(dòng)力商船——“薩凡納（Savannah）”號(hào)。該船在1963年5月正式入役?！八_凡納”號(hào)是一艘滿載排水量為21000噸級(jí)的客貨船, 動(dòng)力系統(tǒng)采用壓水反應(yīng)堆, 汽輪機(jī)額定功率16兆瓦, 巡航速度為20節(jié)。在核動(dòng)力的加持下, “薩凡納”號(hào)在裝一次燃料后, 可以20節(jié)的航速航行300萬海里, 相當(dāng)于繞地球138圈, 這大大提高了商船的運(yùn)輸效率。但根據(jù)1984年的價(jià)格水平, 考慮到當(dāng)時(shí)的通貨膨脹, “薩凡納”號(hào)的核動(dòng)力裝置的研制費(fèi)高達(dá)3000萬英鎊, 裝置本身的成本更是高達(dá)7000萬英鎊, 這對(duì)于一艘21000噸級(jí)的商船而言, 價(jià)格顯然太離譜。

烏斯坦推出的世界首艘釷動(dòng)力船舶“Ulstein Thor”號(hào)

世界最大化學(xué)品航運(yùn)公司之一Odfjell集團(tuán)的董事長(zhǎng)Laurence Odfjell表示, 船舶使用核動(dòng)力“希望渺?！? 因?yàn)榇霸谑澜绺鞯匦旭? 需要得到全球各地政府部門的批準(zhǔn)。Odfjell認(rèn)為, 如果能將新型核技術(shù)得到安全部署, 才能讓這項(xiàng)技術(shù)在商船領(lǐng)域得到順利推行。

不過, 干散貨貿(mào)易公司Sea Traders的首席執(zhí)行官IoannaProkopiou認(rèn)為, 目前正在討論的替代燃料, 包括液化天然氣（LNG）、氫氣或是氨氣都不會(huì)成為航運(yùn)業(yè)脫碳之路的首選燃料, 只有非軍事級(jí)別的核動(dòng)力推進(jìn)才能幫助航運(yùn)業(yè)真正削減碳排放。他說：“展望未來, 我們可能會(huì)看到一個(gè)非軍事級(jí)別的核動(dòng)力推進(jìn)。它是自給自足的, 你不需要再為你的船舶提供燃料, 而且它也是零排放的?！?/p>

吸引力越來越強(qiáng)

可以知曉的是, 目前確實(shí)有一些公司正探索在漁船和郵輪上應(yīng)用核動(dòng)力。其中最有名的, 當(dāng)屬微軟創(chuàng)始人比爾·蓋茨正式宣布加入推動(dòng)核動(dòng)力成為船用燃料的行列。

2020年, 比爾蓋茨所創(chuàng)辦的核能公司泰拉能源（Terrapower）宣布, 與倫敦公司Core-Power、法國(guó)核材料處理專家Orano和美國(guó)南方電力公司（SouthernCompany）合資成立一家新公司, 在美國(guó)開發(fā)熔鹽反應(yīng)堆原子能技術(shù)。2022年8月, TerraPower宣布, 在最新一輪融資中獲投7.5億美元, 主要用于開發(fā)核能技術(shù)以及核醫(yī)學(xué)創(chuàng)新, 本輪融資由公司董事長(zhǎng)蓋茨和韓國(guó)能源供應(yīng)商SK共同牽頭, 其中SK投資2.5億美元。

據(jù)悉, 熔鹽反應(yīng)堆（MSR）是核裂變反應(yīng)堆的一種, 屬于第四代反應(yīng)堆, 其主冷卻劑以至燃料本身都是熔鹽混合物, 它可以在高溫下工作時(shí)保持低蒸氣壓, 從而降低機(jī)械應(yīng)力, 提高安全性, 并且比熔融鈉冷卻劑活性低。

相關(guān)專業(yè)人人士認(rèn)為, 這種技術(shù)要是投入交通和工業(yè)領(lǐng)域, 將產(chǎn)生“質(zhì)變效應(yīng)”。Core-Power首席執(zhí)行官M(fèi)ikal Be表示：“MSR可以改變游戲規(guī)則, 幫助運(yùn)輸業(yè)向使用清潔能源的未來過渡。因?yàn)槲覀儗で蠼⑦m合規(guī)模的技術(shù), 建立人們對(duì)現(xiàn)代持久液體燃料原子能的廣泛接受的信任, 從而確立我們未來應(yīng)對(duì)氣候變化的方式?！?/p>

2020年初, 俄羅斯宣布將建造新一代核動(dòng)力破冰船“Lider”

2022年4月, 全球知名船舶設(shè)計(jì)公司烏斯坦推出了世界第一艘釷動(dòng)力船舶“Ulstein Thor”號(hào), 該船總長(zhǎng)149米, 集補(bǔ)給、科考、救助功能于一體, 采用釷基熔鹽反應(yīng)堆系統(tǒng), 可產(chǎn)生大量清潔、安全的能源, 如同一個(gè)移動(dòng)的海上“充電站”, 并能為其他船舶提供充電服務(wù)。

2021年, 韓國(guó)三星重工宣布與韓國(guó)原子能研究所（KAERI）合作開發(fā)核動(dòng)力船舶, 正式進(jìn)軍基于熔鹽反應(yīng)堆的浮動(dòng)核電站和核動(dòng)力船舶市場(chǎng)。今年上半年, 三星重工又與Seaborg開始合作, 共同開發(fā)基于Seaborg緊湊型熔鹽反應(yīng)堆的浮動(dòng)核電站。與此同時(shí), 丹麥核能公司Seaborg計(jì)劃在2025年部署首批浮式核動(dòng)力駁船, 支持電網(wǎng)、補(bǔ)充其他可再生能源并用于海上和陸上工業(yè)。美國(guó)郵輪公司Storylines也表示考慮未來在郵輪上應(yīng)用核動(dòng)力。此外還有一家拖網(wǎng)漁船公司聯(lián)系到能源技術(shù)研究所, 表示有意向采用熔鹽反應(yīng)堆為其捕蝦船隊(duì)提供動(dòng)力。

似乎, 原本談“核”色變的人們, 在今天的脫碳時(shí)代里, 把核動(dòng)力視作“金貴大咖”；原本退出舞臺(tái)的核能, 在今天的環(huán)?！按髴?zhàn)”中, 變得“吸睛無數(shù)”起來。1958年的“薩瓦納”號(hào), 也許成為了一段可追憶的歷史, 2022年的釷動(dòng)力“Ulstein Thor”號(hào), 成為了一次真勇敢的試行。重啟新型核能應(yīng)用, 從今天起, 將正式踏上又一次的冒險(xiǎn)之旅?！?/p>