“达临界”：航运业离核能现实更近一步
“达临界”：随着挪威 NuProShip II 可行性研究工作的开展以及其他地区一系列小型反应堆演示项目的推进，航运业在本周向核能现实迈进了一步，将这一长期构想转变为近期的工程方案。这里的“达临界”（going critical）具有双重含义——在反应堆物理学中，它表示堆芯实现自持裂变链式反应的时刻；而在行业术语中，它现在捕捉到了从实验室设计和概念论文向计划原型机、资金和海员培训项目的转变。最新的项目报告、政府资助和私人意向书表明，海事部门不再仅仅将核能视为脱碳的幻想；团队正在测试具体的反应堆选择、转换循环和能量缓冲系统，以便在未来几十年内完成设计许可、建造并起航。
“达临界”：航运业瞄准 DP 船舶和海上工程
NuProShip II 研究已从军事风格的压水堆转向第四代小型模块化反应堆（SMR），并测试了多种组合，例如使用 TRISO 颗粒燃料的氦气冷却堆芯配对超临界二氧化碳（sCO2）功率循环。工程师表示，其结果是一个紧凑的高温热源，可以驱动小型工厂化制造的功率转换链。由于反应堆是稳定运行而非快速调节，该概念引入了热电池（热缓冲器）来吸收基础热量，并根据需要向推进器提供激增动力，这种设计允许船舶在保持反应堆控制系统稳定简单的同时，满足 DP2/DP3 冗余和即时响应要求。
工程选择：氦气堆芯、TRISO 燃料、sCO2 和热电池
NuProShip II 及类似研究中的技术选择是深思熟虑的，它们吸取了海军反应堆和新兴民用 SMR 领域的经验教训。与压水堆相比，氦气冷却高温气冷堆允许更低压力的运行和更高的热效率。TRISO 燃料——即保留裂变产物的陶瓷涂层颗粒——因其在事故场景下的稳健表现和被动包容特性而受到青睐。超临界二氧化碳循环在将热能转化为功时，其体积比蒸汽轮机小得多，从而减少了商船船体下方的设备空间和海员活动空间。
行业离目标还有多远？试点、原型和国家 SMR 计划
目前，该行业正处于演示和早期设计验证阶段，而非大规模部署。NuProShip II 已经产出了概念设计和技术路线图，并将把工业化任务移交给 SFI SAINT（可持续应用与工业化核能技术中心）。该中心为期八年（2026 年至 2034 年），获得了 9600 万挪威克朗（NOK）的公共资金支持和 2 亿挪威克朗的行业承诺。这笔资金旨在将技术概念推向原型硬件、供应链构建和海员培训。如果时间表能如期推进，支持者预计在 2030 年代为首艘核动力海上工程船铺设龙骨。
在航运业之外，还有一些活跃的陆基和军事相关试点项目，这对海事时间表至关重要。美国的先进 SMR 项目——TerraPower 的 Natrium、Kairos Power 的 Hermes 以及其他微型反应堆项目（如 Project Pele）——正处于演示或许可阶段。这些项目强调了两个现实：监管机构和国家实验室被要求适应新燃料（包括高丰度低浓缩铀，HALEU），且如果要让民用 SMR 及其海事变体在国际上普及，供应链和浓缩产能必须扩大规模。
监管、港口和保险挑战依然巨大
技术只是问题的一个维度。现有的国际商用核动力船舶框架可追溯到 1981 年的一项规范，该规范早于被动安全 SMR、TRISO 燃料和现代包容理念。该规范不适用于目前提出的第四代气冷和工厂化建造的概念。为了实现商业化运营，核动力商船必须克服一系列相互交织的障碍：港口挂靠的国际条约级认可、协调一致的船级社规则（DNV 等已参与设计保障）、港口应急计划、超出普通 P&I 承保范围的责任和保险制度，以及船舶接受检查或维修所在地的当地社区和当局的接受程度。
实际问题包括：哪个机构负责为船载反应堆颁发许可证——是国家核监管机构、船旗国，还是与 IMO 标准挂钩的混合制度；如何为可能经过多个司法管辖区的船舶定义紧急计划区；以及船舶退役后如何处理乏燃料和放射性废物。所有这些都需要新的国际谈判。如果没有公认的标准和各港口的接受，核动力商船可能会发现自己挂靠受限——这对船东来说是不可接受的商业风险。
安全框架：“达临界”的含义以及反应堆如何在海上实现安全
在反应堆物理学中，“达临界”意味着堆芯的中子增殖系数达到了 1——即平均每一次裂变产生一个中子并引起下一次裂变——链式反应处于自持状态。对于船舶设计师和监管机构而言，工程目标不是避免临界——因为这是反应堆产生热量的方式——而是设计被动和工程系统，使堆芯行为在所有可信场景下都是可预测、可控且安全的。
现代 SMR 概念强调被动安全：利用物理原理和材料在冷却剂丢失时自然停堆或散热，并配合 TRISO 等旨在严苛条件下也能锁住放射性的燃料形式。船载设计则加入了海军传统（紧凑屏蔽、隔舱化、坚固的包容结构）和海事冗余实践。尽管如此，必须在考虑安全权衡的同时，评估安保和核扩散风险，特别是在燃料类型或后处理可能改变废物流的情况下。
重要意义：排放、续航力和商业机遇
航运业占全球二氧化碳和其他污染物排放的很大一部分。对于加注物流和续航能力至关重要的海上作业，核动力承诺零运营排放，并且在两次加注之间具有实际上无限的航程——对于目前运行柴油发电机组并携带大量燃油库存的运营商来说，这是一个极具吸引力的价值主张。对于更广泛的商船队，情况则更为复杂：核能在细分船型（海上服务船、破冰船、渡轮，可能还有一些集装箱船或滚装船）中可以抵消化石燃料，而其他燃料（氨、氢、甲醇）可能在短途或低功率细分市场占据主导地位。
在商业上，工厂化制造的发电装置和船舶核能系统的市场可能会创造新的工业链和熟练的海事核能人员，但前提是设计师、保险公司和港口国能够就安全、可复制的标准达成一致，并且投资者能够看到通往具有融资价值的项目（而非仅仅是一次性原型机）的路径。
未来展望及现实的时间表
预计活动将在 2030 年代加速。NuProShip II 将在 2026 年转入 SFI SAINT 进行工业化，国家 SMR 演示项目将继续推进许可和燃料供应工作。如果第一批原型机建成，它们将在行业和监管机构需要并行谈判制定的更新规则下进行入级和检验。保守估计，第一艘远洋核动力商船或海上工程船将出现在 2030 年代——这并不是因为物理原理新颖，而是因为必须首先解决港口准入、法律框架、燃料物流和公众许可等问题。
来源
- The Information Technology and Innovation Foundation (ITIF 关于小型模块化反应堆的报告)
- Norwegian University of Science and Technology (NTNU) / NuProShip II 项目资料及 SFI SAINT 资助公告
- International Atomic Energy Agency (IAEA) 监管及 SMR 指南
- Idaho National Laboratory (INL) 及 U.S. Department of Energy 技术与演示项目
Comments
No comments yet. Be the first!