民用核能船舶未来

虽然在潜艇和水面舰艇在内的海军舰艇已经装备有核能，但大多数民用核能在水面上的使用最终都被终止。

1、“奥托·哈恩”号（Otto Hahn）——德国独特的集成压水堆设计

 

1960年，西德开始计划建造一艘贸易和研究货船，以测试民用核能的可行性。

 

这艘重达2.6万吨的矿石运输船名为“奥托·哈恩”号，1968年在38 MWt压水堆的动力下开始运行。

 

该反应堆由德国Babcock&Wilcox公司设计，是第一台集成式压水堆，其螺旋线圈蒸汽发生器设计、稳压器和反应堆堆芯均位于反应堆压力容器内。

 

两个外部反应堆冷却剂泵使冷却剂在整个模块中循环，设计中还包括单独的屏蔽乏燃料贮存。

 

这种被称为“整合核蒸汽发生器”的设计理念是Babcock&Wilcox公司在1962年根据AEC合同开发的。

 

反应堆堆芯有12个燃料元件和2810根燃料棒，其中包含封装在锆合金-4包壳中的低浓缩铀。

 

“奥托·哈恩”号有63名船员，最多可容纳35名研究人员。一个独特之处在于安装了一个典型的实验反渗透装置，使用核能发电的海水淡化模块。

 

四年的运行里，“奥托·哈恩”号航程超过250000海里，消耗48.4磅铀-235。  

到1979年，“奥托·哈恩”号访问了22个国家的33个港口，运送75万吨货物，航程达到65万海里后，反应堆被停用并拆除。

 

经过10年的运行，发电厂的可用性几乎达到100%，包括在各种海况下的运行和电力机动。

 

随后，反应堆被柴油动力取代，该船于1982年改名，并改装成集装箱船，一直运营到2009年。

 

除了“奥托·哈恩”号，历史上还有另外两艘核动力货船：日本的陆奥号和俄罗斯的“北海航线”号（Sevmorput）。

日本曾经也建造过核动力船舶，名称沿用了旧日本海军战列舰——“陆奥”号。

日本陆奥号是一个36 MWt的 32燃料组件压水堆，于1974年下水并开始海上试验。

 

不过，该船的屏蔽设计缺陷导致高中子辐射剂量，再加上负面的公众反应，进行重新设计、修改，并最终在1992年退役。

 

“北海航线”号是一艘目前正在运行的集装箱船，由135 MWt四回路压水堆提供动力，设计可承载多达1328个集装箱，并可在有冰的情况下穿越海洋。

 

该船于1988年开始运营，但由于对其服务的需求不高，被搁置了几年，并考虑将该船改装为其他用途的可能性。

 

最后，经过改装和加油后，“北海航线”号于2016年重返货运任务。

 

2、“斯特吉斯“号（Sturgis）——浮式核电站

 

“斯特吉斯“号不同于本文中讨论的其他船舶，因为该船不使用核动力（或任何其他船载电源）进行推进。

 

“斯特吉斯“号被设计为沿海地区的一种电源，特别是在季节性或交通不便的偏远地区。

 

“斯特吉斯“号建造时，陆军已经运行了几个陆基核反应堆，但该船拥有陆军最大的反应堆，以及唯一的浮动反应堆，由美国陆军在20世纪60年代建造的，最初可能是打算在越南部署。

 

从1963年1月开始，陆军使用封存的“自由“号作为平台，通过拆除推进设备改装成驳船，并安装了一座45MWt、10Mwe的低浓缩铀压水堆，更名为“斯特吉斯“号浮动核电站，或者称为MH-1A（代表移动式、高功率、一流的现场安装）。

 

1967年1月24日，“斯特吉斯“号在弗吉尼亚州贝尔沃堡达到初始临界状态，为基地供电。

 

1968年，“斯特吉斯“号被拖到巴拿马运河区的加顿湖，当时，巴拿马正经历严重干旱。

 

通常情况下，加顿湖的水用于操作水闸和加顿水电站，然而，干旱降低了湖面的水位，湖水严重缺乏。

 

使用“斯特吉斯“号提供电力，可以将加顿湖的所有水用于运河运营，从1968年到1975年，“斯特吉斯“号一直在那里供电。

越南战争期间，“斯特吉斯“号反应堆为该地区提供的额外电力，使数千艘美国军舰得以通过运河前往越南。

 

1975年，MH-1A反应堆需要大修。

 

然而，陆军认为让这座独一无二的设施继续运行是不切实际的，1976年末至1977年初，“斯特吉斯“号被拖回美国进行退役。

 

在南卡罗来纳州海岸附近，“斯特吉斯“号遭受风暴破坏，不得不转移到阳光点军用码头（Sunny Point Military Terminal）进行临时维修。

 

然后继续前往贝尔沃堡，在那里停用反应堆，并卸下燃料，驳船被转移到詹姆斯河储备舰队。

 

到2015年，放射性污染水平已经下降到足以最终处置船只的程度，“斯特吉斯“号被拖到德克萨斯州加尔维斯顿，剩余污染物质被移走，并被拖到一个危险材料处置场，船只被切割并报废。

 

直到两年前，“斯特吉斯“号还是世界上唯一一座运行浮动核电站。

 罗蒙诺索夫院士号浮动核电站（图源：网络）

2019年12月，俄罗斯70 MWe“阿卡德米克·罗蒙诺索夫院士号”（Akademik Lomonosov）浮动核电站开始在俄罗斯楚科特卡的佩维克港供电。

 

长期以来，人们一直认为，发电厂可以根据需要从一个地方移动到另一个地方，或者位于海上。

 

近年来，人们对可能的新型浮动电厂重新产生了兴趣。

 

3、展望下一代核动力船舶

 

商业船舶目前使用石油、柴油和丙烷作为推进和船上电力，这些燃料燃烧会释放二氧化碳、甲烷、硫氧化物、黑碳颗粒和氮氧化物，这些都被认为是温室气体，产生酸雨和呼吸道疾病的来源。

 

商业航运排放量，目前约占所有人为温室气体排放量的3%，预计到2050年将达到17%。

 

这些燃料的使用，还容易导致事故（例如“埃克森瓦尔迪兹”号（Exxon Valdez）事故），有毒有害燃料液释放到海洋环境中。

 

人们正在评估替代燃料，如无碳氢、生物燃料和氨，以减少对环境的影响，但这些燃料的生产、分配、储存和使用带来了物流和经济挑战，满足商业航运业的未来需求仍需要一定的发展。

 

正如本文所示，核动力商业船舶的国际设计和运营历史可以追溯到60多年前。

 

包括核军舰在内，已经积累了12,000多年的船舶推进操作经验，核能为商业船舶供能提供了独特的优势，包括：

 

无运行和意外空气污染物或液体燃料排放；

多年不需要加油；

无可燃燃料火灾危险；

不需要大型船上和港口燃料储罐；

高可靠性；

减少电力系统的体积；

无需加油，加快港口周转时间；

对燃料价格的变化不敏感，因为燃料只占发电成本的很小一部分。

 

目前，全球有超过60,000艘重达1,000吨的商船在运营，海上货物运输和休闲游轮仍然是国际商业的重要组成部分，预计未来还会增长。

 

有一种趋势，船只会更大，亚洲、欧洲和北美之间新的北极海上航线更加频繁。

 

由于散货船、油轮和集装箱船占2020年所有商业航运二氧化碳排放量的85%，这三种船型最有可能受益于核能的使用。

 

此外，自1959年“列宁”号以来，俄罗斯的许多船只开始服役，这表明破冰船的独特优势，其他国家可能会利用较短的北极航线，采用核动力船舶推进。

 

必须承认，民用核动力船舶部署存在一些障碍，包括需要获得船旗国和到访港口的监管认证，以及证明具有竞争力的经济运营成本的要求，包括退役和最终去污的效果。

 

此外，与所有使用“核”的事物一样，公众对安全案例的宣传和接受，对于核船舶部署的成功增长至关重要。

 

环境保护的要求，对更大型、更多商业船舶的需求日益增长，以及北极海路的吸引力，为核电在商业船舶供能方面发挥重要作用提供了机会。

文章来源：嘿嘿能源heypower

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