核動力商船重出江湖！大型遠洋船舶是最佳選擇？

世界上第一艘核動力商船“Savannah”號

無需添加燃料，動力強勁，幾乎零排放。隨著全球航運業脫碳化的趨勢，加上民用核技術的不斷創新，曾一度被視為高成本高風險的核動力商船開始重新進入視野，大型遠洋船舶的核動力時代正在來臨。

大型遠洋船最適合核動力？全球各國開展民用核動力船舶研究

雖然核動力在很長一段時間里都不被視為可行的商船動力選擇，但近年來在脫碳化趨勢下，核動力作為船用燃料再次獲得關注。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，核能在未來可以作為船舶推進使用，而大型遠洋船舶正是核動力推進的最佳選擇。

C-Job創建了散貨船、集裝箱船、油船和海工船四個不同的船型概念，分析了能源儲存和發電系統的質量和體積等關鍵問題。結果表明，即使反應堆周圍的屏蔽層在核發電系統各自的質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，從長遠來看熔鹽反應堆的潛力最大，被動安全、高燃耗以及未來使用釷循環的潛力的結合，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。

雖然核動力船的資本支出很高，但C-Job的研究顯示，核動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，核動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）只會隨著航速的提高而略有增長，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，微軟創始人比爾蓋茨所創辦的核能公司泰拉能源（Terrapower）與Core-Power、法國核材料處理專家Orano和美國南方電力公司（Southern Company）合資成立一家新公司，計劃在美國開發熔鹽反應堆原子能技術。

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合研發搭載小型模塊型熔鹽反應堆的核動力船舶。三星重工計劃將熔鹽反應堆與目前正在研發中的氨能、氫能技術一起進行集中研發，使其成為三星重工新的未來增長動力。

去年11月，日本郵船、日本造船聯合（JMU）以及DNV合作研發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）正在研發的磁化靶聚變（MTF）技術。

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

里程碑！英國將通過商業核動力船舶法規支持商船使用核能

近日，英國交通部通過了海事和海岸警衛隊（MCA）制定的目標，計劃在今年晚些時候頒布《商船（核動力船舶）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性舉措，但這對提供必要的結構支持至關重要，并被視為商業行業對核動力產生新興趣的標志。

根據MCA的說法，該法規以及與美國等其他國家的緊密聯系，將增加實現掛英國船旗的核動力商船的可能性。

該法規定頒布將完成英國多年來的努力，旨在使核能成為商業航運的一個選擇。在公布了擬議的法規后，MCA進行了一段咨詢期，允許業界對該法規提供意見。MCA特別提出了一系列問題，以確定人們的興趣、規則的必要性、規則的后果以及滿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、研究公司和商業航運公司。在14家公司中，有11家同意MCA的觀點，即在未來10年內對核動力船舶有興趣，特別是對核動力大型遠洋的興趣越來越大。這些公司大多也同意MCA的觀點，即在2030年之前，新的或現有的核動力船舶不太可能在英國注冊。然而，大多數受訪者也表示，核動力船舶很可能在2030年前就開始建造。

致力于開發海上先進核能技術的英國海洋工程公司Core-Power創始人兼首席執行官Mikal Boe指出，英國制定核動力船舶法規“是海上新核能監管進展的一個重要里程碑”。

Core-Power公司正在開發一種船用熔鹽反應堆（m-MSR）類型的“原子電池”組件，可以為世界上最大的船舶提供動力，并為中小型船舶生產綠色合成燃料。熔鹽反應堆可以成為開啟“第二個原子能時代”的技術，在這個時代，氣候變化是強大、廉價而安全的新能源解決方案的主要驅動力。熔鹽反應堆具有比石油和天然氣更大的經濟潛力，為航運業提供可持續的清潔能源，使其在不污染環境的情況下深入未來發展。

加速研發！美國船級社獲政府資助將研發核動力商船

與此同時，美國政府也已經著手研發核動力商船。美國船級社（ABS）近期獲得美國能源部（DOE）價值80萬美元的合同，將研究在商業航運中使用核動力的可能性。

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

美國船級社全球工程和技術高級副總裁Patrick Ryan表示：“現代核技術越來越多地被認為是解決航運業脫碳挑戰的潛在方案。這項技術無疑具有潛力，無論是在減排方面，還是在美國造船廠及其供應鏈利用國家投資發展陸地核能方面。然而，許多問題需要得到解答，關鍵是業界能夠以安全為重點評估這些技術。”

NRIC主任Ashley Finan指出：“國家實驗室系統具有強大的能力——當我們與工業界合作時，我們可以聯合應用這些能力來應對我們的能源挑戰，而NRIC的創建就是為了使這一目標更快實現。在減少航運業碳排放方面存在著巨大的機遇，海事和先進核能部門對此也越來越感興趣，我們很高興能夠參與這項重要工作。”

2019年，美國能源部（DOE）宣布在《核能創新能力法案》框架下成立一個由愛達荷國家實驗室領導的“國家核反應堆創新中心（NRIC）” ，旨在為私營企業反應堆技術開發商提供獲得使用DOE國家實驗室戰略基礎實驗設施的途徑，助力私營開發商新概念核反應堆技術研發、示范和評估，以加速新概念反應堆技術的許可和商業化進程，從而為新概念核反應堆構建一條從概念原型到商用產品的經濟快速成熟的轉化路徑。

NRIC的建立有助于將核技術相關的企業、聯邦政府機構、國家實驗室和大學整合起來，讓他們聯合開展新概念先進反應堆設計、研發、測試和示范工作；同時能夠為新概念反應堆技術的測試、演示和性能評估提供充足的條件支持，以加速新的先進概念核反應堆技術的商業化部署。

熔鹽反應堆的概念是引起廣泛關注的技術之一。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，支持得克薩斯大學正在進行的熔鹽反應堆研究。

美國最早嘗試核動力商船，俄羅斯運營全球唯一核動力破冰船船隊

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

第二次世界大戰之后，美國的革命雄心及對“冷戰”的忌憚，使其決心建造核動力商船。“Savannah”號就出現在這個特殊的時代。“Savannah”號于1958年開始建造(當時蘇聯建造的世界上第一艘核動力破冰船“列寧”號已經完工)，并于1963年投入使用。據國際船舶網了解，該船長182米，型寬24米，滿載排水量為21800噸，動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力，這是世界上第一艘核動力商船，該船成功試用了功率2萬馬力的核動力裝置。不過，作為商船而言，這艘船規模太小成本又很高，無法經濟地運營，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，以及潛在的安全風險，美國及“Savannah”號所計劃的更長遠的商業用途沒能持久，隨著該輪于1971年退役，美國將核能作為商船動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濟效益的散貨船，于1968年投入使用，成為繼蘇聯“列寧”號(核動力破冰船)和美國“Savannah”號之后世界上第三艘民用核動力船。據國際船舶網了解，“Otto Hahn”輪滿載排水量為16870噸，配備一臺38MW的壓水反應堆來驅動蒸汽輪機，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25萬海里的航程。

作為核動力商船，“Otto Hahn”輪在10年間的126次航行中航行了約65萬海里，運營期間共計在22個國家�？苛�33座港口(主要�？扛畚挥诜侵藓湍厦乐�)，沒有出現任何技術問題。但最終還是因為核動力船固有的高昂成本和安全隱患退出運營，1982年，船東拆除了當時已經退役的“Otto Hahn”輪的核反應堆，將其改造成一艘常規動力(柴油動力)集裝箱船，并于2004年結束商業運營。

1972年，日本完成了核動力商船“Mutsu”號，但這艘船實際從未裝載過商業貨物，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核動力商船是俄羅斯的“Sevmorput”號。據國際船舶網了解，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，主要承擔俄羅斯北極基地人員及貨物運輸等任務。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260.3米，型寬32.2米，吃水11.8米，載重量約3.4萬噸，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，俄羅斯還運營著目前世界上唯一一支核動力破冰船船隊。事實證明，北極地區的核動力破冰船在技術上和經濟上都是可行的，這些船舶可以在沒有燃料補給的情況下運行多年，而且擁有強大的發動機，非常適合破冰任務。

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