核能在船舶上的运用

核能在船舶上的运用

作者：轮机0906班邹争学号：0120905200615

自世界上第一艘以蒸汽为动力的船舶问世以来，以热机（如柴油机、汽油机以及燃气轮机等）为动力直接驱动螺旋桨的机械推进系统，成为船舶推进的主要方式，在船舶动力装置中占据了主导地位。然而，一部分船舶机械推进系统仍然存在噪音大、调速范围小、灵活性差等难以解决的问题；另一方面随着全球石油资源的耗尽，内燃机将逐步退出历史舞台，人们必须在石油没有用完的60年时间里找到新的能源及其动力装置。这是人类在进入21世纪所面临的巨大困难和挑战之一，因此人们一直都在寻找能源利用率高、不污染环境、可再生的新内能源及其利用方式。就现阶段来说，有希望替代化石能源的能源有：氢能、风能、太阳能、电能、核能等。本文主要通过对比来证明核能在未来船舶能源中的光辉前景极其重要意义。

船舶运用清洁能源的意义

当前，全球航运业一场没有硝烟的“绿色战役”已经打响，世界各国都将围绕“碳排放”而产生新的冲突与博弈，航运业也不可避免地加入到这场持久的“碳减排”大战之中。

此前，在三大运输系统(公路运输、空运和海运)中，海运被认为是最清洁的运输方式，但最新的研究发现，船舶也是重要污染源之一。有报告称，全球每年排放的氮氧化物气体中30%来自海上船舶。据了解，世界上船舶所排放的CO2已经达到11.2亿t(2007年)，约占全球主要温室气体排放量的4.5%。有预测认为，到2020年，全球航运业将需要4亿t燃油，温室气体的排放量将在目前基础上增加75%。

2008年2月22日，中国国家海洋局海洋发展战略研究所课题组发布的《中国海洋发展报告》指出，中国部分海湾和城市附近海域污染严重，近海海域污染范围过去10年间扩大了近1倍，已超过16万km2。此外，原油运输和海上原油开发等造成的原油泄漏事故不断发生，给事发海域的生物和生态系统造成了不同程度的危害。

不仅如此，有研究指出，随着化石能源的日益消耗，人类能开采利用的化石能源将越来越少，但人类不会因为化石燃料的枯竭而停止消耗能源，人类要发展，能源的消耗就会增长，在将来人来开发出替代化石能源的新能源是历史的必然趋势。因此，在将来的航运业中，包括核能在内的清洁能源将愈发受到应有的重视。

核能的实际运用以及在国内外的发展趋势原子能和平利用的历史要追溯到二战以前。1954年在库尔恰托夫的主持下，苏联建成了世界上第一座核电站——奥布灵斯克核电站。当苏联国家广播电台宣布这一成果时，世界为之沸腾！它标志着人类和平利用核能的开端。是人类和平利用原子能的成功典范。

50多年来，核能的和平利用越发普及，安全系数也大大提高。现在，全世界有438座核电站在运行，随着人们对核技术的进一步掌握，核能电站就能做的越来越小、功率越来越大、安全系数愈来愈高。因此将核技术运用在船舶上用作船舶的推进技术的可行性是非常大的。

2007年10月，国际科学院委员会(IAC)发表了《未来之路：向可持续能源迈进》和中国科学院(CAS)发表了《应对挑战––构建可持续能源体系》，这两份报告建议：远期到2050年前后，我国总体能源供给结构上对化石能源的依赖度降低到60%以下，可再生能源和核能成为主导能源。从报告来看，国家对于发展核能是持肯定态度的，而民用核动力船舶的开发作为核能综合利用的一个方面，同样具有发展前景。同时，民用核动力船舶的经济性、技术可行性以及安全性方面的问题备受关注。

发展民用核动力船舶，对我国船舶行业而言是一个崭新的课题，但是纵观世界船舶发展史，可以发现已经有若干国家在此方面迈出了第一步。以下举出若干船舶用核能作为动力的先例。

美国“萨娃娜”号于1962年建成，在其商务部海运局的支持下进行商业运营。该船于1964年5月开始进行国际航海，停靠了欧洲14个国家的16个港口。到1965年8月，在达到对核动力民用商船的建造目的后，改为货船投入航行，并得到政府的运营补贴，在欧洲航线航行。1976年6月抵达韩国、台湾、菲律宾等远东地区。1968年9月进行核燃料的换料，又相继投入商业航行，1970年宣布退役。

德国矿石运输船“奥托汉”号于1968年月12月建成。1969年3月到11月在围绕英国一周以及在南太平洋（赤道附近）、北极海、西太平洋（西印度群岛）进行了实验航海。从1970年2月开始投入商业航海，运输摩洛哥的磷矿石、伊朗的铬矿石、阿根廷的谷物货物等。在此期间，在国外访问了22个国家的33个港口，到1979年2月停运，航行了约60万海里（111万公里）。

日本“陆奥”号在1974年8月28日开始的功率提升试验过程中发生了放射性泄漏事故。其后对反应堆屏蔽进行改造及安全总检查，并改变了用途，作为核动力实验船重新进行了功

率提升试验。1991年在北太平洋海面上进行了4次实验航海，1995年完成退役工程。

俄罗斯共建成了9艘核动力破冰船，即列宁号（Lenin）、阿尔库奇卡号（Arctica）、西伯利亚号（Sibir）、俄罗斯号（Rossiya）、塞布摩尔卜奇号(集装箱破冰船)（Sevmorput）、泰米尔号(河流破冰船)（Taimyr）、苏维埃斯克号（Sovetsky·Soyuz）、瓦伊加奇号(河流破冰船)（Vaigachi）以及亚马尔号（Yamal）。其中，列宁号已退役，乌拉尔号（Ural）下水后，基于当时的石油价格造成的经济成本原因，建造中断。目前正在服役的有8艘，计划建造的破冰船有2艘，即超级号破冰船（Super Icebreaker，破冰能力在3.5m以上）和佩贝克（Pevek）号破冰船。

从以上民用核动力船舶的运营状况可以看出：所建成的核动力船舶除了日本“陆奥”号没有进行航运营运外，其余船舶全部投入了实际的商业运营，并且期间并未因核动力装置的技术问题导致重大的海事事故。就其整个运行期的数据而言，美国“萨娃娜”号和德国“奥托汉”号均有到国外港口停靠的记录，而上述被抵达港也对上述核动力商船的停靠采取了接纳态度。事实上，日本“陆奥”号所发生的放射性事故并不是很严重，在技术上完全处于可控范围内，只是因为亲历核灾难的日本国民对核事故极度敏感，才最终导致了该船的夭折。

可以说，早期核动力商船在技术上已经是成熟的，运营上也是成功的。至于“奥托汉”号后来换为常规柴油机动力装置，主要是由于当时的油价偏低，从当时的运营成本上比较，核动力不具有压倒性的优势。如国际原油市场震荡，再次出现上世纪70年代席卷全球的石油危机事件，而相对的国际铀价又在相当长的时期里趋于稳定，则核动力商船的经济优势无疑将凸显出来。

因此可以做出一个相当肯定的结论：只要化石能源有耗尽的一天、只要化石能源的价格居高不下，核能在国际上就会得到应有的重视。

核能与其他能源的相关比较

核能发电的原理：核能（或称原子能）是通过转化其质量从原子核释放的能量，符合阿尔伯特·爱因斯坦的方程E=mc^2;，其中E=能量，m=质量，c=光速常量。核能通过三种核反应之一释放：1、核裂变，打开原子核的结合力。2、核聚变，原子的粒子熔合在一起。3、核衰变，自然的慢得多的裂变形式。目前技术最成熟、运用最广泛的是核裂变发电。本文中所描述的就是把核裂变装置装载到船舶上，为船舶提供相关动力。

1．化石能源

利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电的方式与火力发电极其相似。只是以核反应