孫玉偉 嚴新平

民用船舶的核動力選擇

孫玉偉 嚴新平

隨著全球石化能源逐漸減少和遠洋航運廢氣排放對世界范圍內(nèi)環(huán)境安全的沖擊加劇，以核動力為主動力裝置來替換現(xiàn)有普遍應用的常規(guī)燃油主動力裝置，已成為船舶技術發(fā)展的又一嘗試。

2007年10月，國際科學院委員會(IAC)發(fā)表了《未來之路：向可持續(xù)能源邁進》和中國科學院(CAS)發(fā)表了《應對挑戰(zhàn)——構建可持續(xù)能源體系》，這兩份報告建議：遠期到2050年前后，我國總體能源供給結構上對化石能源的依賴度降低到60%以下，可再生能源和核能成為主導能源。從報告來看，國家對于發(fā)展核能是持肯定態(tài)度的，而民用核動力船舶的開發(fā)作為核能綜合利用的一個方面，同樣具有發(fā)展前景。同時，民用核動力船舶的經(jīng)濟性、技術可行性以及安全性方面的問題備受關注。

核能船舶的發(fā)展狀況

發(fā)展民用核動力船舶，對我國船舶行業(yè)而言是一個嶄新的課題，但是縱觀世界船舶發(fā)展史，可以發(fā)現(xiàn)已經(jīng)有若干國家在此方面邁出了第一步，其歷程如圖所示。

這人去拜訪相馬的高手伯樂，對他說：“我有一匹好馬想要在集市上賣掉，但一連三天都沒人來搭理我。我想請您幫個忙，去看看這匹馬，繞著它走幾圈，離開的時候再回頭看它一眼。您這一天花費的錢財，我愿意都給您報銷了?！?/p>

美國“薩娃娜”號于1962年建成，在其商務部海運局的支持下進行商業(yè)運營。該船于1964年5月開始進行國際航海，?？苛藲W洲14個國家的16個港口。到1965年8月，在達到對核動力民用商船的建造目的后，改為貨船投入航行，并得到政府的運營補貼，在歐洲航線航行。1976年6月抵達韓國、臺灣、菲律賓等遠東地區(qū)。1968年9月進行核燃料的換料，又相繼投入商業(yè)航行，1970年宣布退役。

德國礦石運輸船“奧托漢”號于1968年月12月建成。1969年3月到11月在圍繞英國一周以及在南太平洋（赤道附近）、北極海、西太平洋（西印度群島）進行了實驗航海。從1970年2月開始投入商業(yè)航海，運輸摩洛哥的磷礦石、伊朗的鉻礦石、阿根廷的谷物貨物等。在此期間，在國外訪問了22個國家的33個港口，到1979年2月停運，航行了約60萬海里（111萬公里）。

將5塊太陽能電池板串聯(lián)后（90V）與蓄電池組的正負極連接。為確保蓄電池組的安全，在電路中串接熔斷器（5A左右）兩個，同時串接一個工作電流為10A的空氣開關（QF）。為防止無光照時蓄電池組對太陽能電池板反向充電，在太陽能電池板和蓄電池組之間串接一個10A的二極管，同時在每塊太陽能電池板的兩個極間都并聯(lián)一個10A的二極管。最終電路設計如圖3所示。

俄羅斯共建成了9艘核動力破冰船，即列寧號（Lenin）、阿爾庫奇卡號（Arctica）、西伯利亞號（Sibir）、俄羅斯號（Rossiya）、塞布摩爾卜奇號(集裝箱破冰船)（Sevmorput）、泰米爾號(河流破冰船)（Taimyr）、蘇維埃斯克號（Sovetsky·Soyuz）、瓦伊加奇號(河流破冰船)（Vaigachi）以及亞馬爾號（Yamal）。其中，列寧號已退役，烏拉爾號（Ural）下水后，基于當時的石油價格造成的經(jīng)濟成本原因，建造中斷。目前正在服役的有8艘，計劃建造的破冰船有2艘，即超級號破冰船（Super Icebreaker，破冰能力在3.5m以上）和佩貝克（Pevek）號破冰船。

培肥技術能在有機農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中改善種植條件，優(yōu)化農(nóng)作物的生長土壤，增強土壤的肥力及有機物質(zhì)，促進其健康生長。培肥技術的使用，需先充分了解種植土地的物理及化學性質(zhì)，然后將有機農(nóng)作物種植在利于其生長的土地中，要求具備較強的平衡能力，科學規(guī)劃種植土地，以保證土地肥力的持久性。在施肥過程中，要調(diào)節(jié)好土地的酸堿度，確保土壤成分均衡，適宜農(nóng)作物生長，達到保護并持續(xù)使用土壤的目的。

從以上民用核動力船舶的運營狀況可以看出：所建成的核動力船舶除了日本“陸奧”號沒有進行航運營運外，其余船舶全部投入了實際的商業(yè)運營，并且期間并未因核動力裝置的技術問題導致重大的海事事故。就其整個運行期的數(shù)據(jù)而言，美國“薩娃娜”號和德國“奧托漢”號均有到國外港口?？康挠涗?，而上述被抵達港也對上述核動力商船的?？坎扇×私蛹{態(tài)度。事實上，日本“陸奧”號所發(fā)生的放射性事故并不是很嚴重，在技術上完全處于可控范圍內(nèi)，只是因為親歷核災難的日本國民對核事故極度敏感，才最終導致了該船的夭折。

可以說，早期核動力商船在技術上已經(jīng)是成熟的，運營上也是成功的。至于“奧托漢”號后來換為常規(guī)柴油機動力裝置，主要是由于當時的油價偏低，從當時的運營成本上比較，核動力不具有壓倒性的優(yōu)勢。如國際原油市場震蕩，再次出現(xiàn)上世紀70年代席卷全球的石油危機事件，而相對的國際鈾價又在相當長的時期里趨于穩(wěn)定，則核動力商船的經(jīng)濟優(yōu)勢無疑將凸顯出來。

對胡家莊碳酸巖型稀土礦低鹽度和高鹽度包裹體使用等容線相交法，大致推測流體均一溫度為190～230℃，均一壓力為30～95MPa，鹽度變化范圍為(15～20)wt%NaCl.eq，為碳酸巖型稀土礦，與國內(nèi)第二大稀土礦——四川牦牛坪碳酸巖型稀土礦礦石類型相似，四川牦牛坪稀土礦H類包裹體均一溫度集中在230～265℃[17]，而山東微山稀土礦H類包裹體鹽度變化為(16.0～22.4)wt%NaCl.eq，均一溫度變化為121～238℃，故該稀土礦與微山稀土礦流體包裹體特征更具相似性。

經(jīng)濟性及技術可行性

核能在利用時，其所表現(xiàn)出的能量優(yōu)勢十分顯著。據(jù)計算，1公斤可裂變物質(zhì)鈾完全分裂所產(chǎn)生的能量，相當于2100噸燃油充分燃燒后所得到的能量。這也就是說，核燃料所包含的能量，大體相當于本身重量210萬倍的燃油的能量。在研究發(fā)展民用核動力船舶過程中，可參考國內(nèi)外發(fā)展核動力裝備時所積累的大量經(jīng)驗和數(shù)據(jù)，以期在繼承已有技術基礎并提高切入點的前提下，進而有效控制總體工程項目的實際成本投入。

一艘技術狀況良好的5100TEU集裝箱船，其主要數(shù)據(jù)如表1所示。以21節(jié)速度航行，每天約消耗125噸燃油，該船每年航行以7500小時、燃油單價以300USD/噸

表1 5100TEU巴拿馬型集裝箱船主要數(shù)據(jù)

由于產(chǎn)生核事故的根本原因是反應堆內(nèi)核裂變反應失控，使核反應堆系統(tǒng)破壞，導致向環(huán)境釋放放射性物質(zhì)。所以，擁有核技術的國家都將反應堆的核安全與輻射安全作為建造核動力裝置安全考慮的首要問題。

在技術方面，不管核動力船是民用商船，還是軍用艦船，從熱工水力和放射性管理方面來講，基本都采用壓水堆，且工作原理是一致的。其工作系統(tǒng)主要由一回路系統(tǒng)、二回路系統(tǒng)以及為保證裝置正常運行、人員健康和可靠性冗余系統(tǒng)等組成：一回路系統(tǒng)位于反應堆艙。載熱劑載走反應堆中核燃料裂變產(chǎn)生的熱量，加熱蒸汽發(fā)生器中二回路的水產(chǎn)生蒸汽。二回路系統(tǒng)位于機艙中的二回路中蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽去驅(qū)動蒸汽輪機，經(jīng)減速齒輪或推進電機帶動螺旋槳驅(qū)動艦船前進。如圖2所示為船用壓水堆的三種布置方式，即分散型（也稱作回路型，其反應堆壓力容器、蒸汽發(fā)生器、一次系統(tǒng)主泵之類的一次系統(tǒng)設備是由較長的大直徑一次系統(tǒng)回路管道連接。這種反應堆系統(tǒng)為現(xiàn)有發(fā)電用反應堆中普遍采用的壓水堆堆型布置。采用該堆型布置的好處是便于對各種設備進行維修檢查，且已具有豐富的建造和運行經(jīng)驗。其不足之處是占用空間大，建造過程中的安裝和焊接點多，在設計上還必須考慮因大直徑一回路管道破損可能引發(fā)的假想反應堆冷卻劑失水事故的安全措施。）、緊湊型（也稱作半一體化型，是一種將一次系統(tǒng)回路設備用短管直接連接掛在反應堆容器上的堆型。由于其熱功率增大會受到限制，故而不適于在大型堆中采用，但與分散型堆相比，其占用空間小，建造過程中的安裝和焊點少。）和一體化型（是將蒸汽發(fā)生器、一次系統(tǒng)主泵等帶放射性的一次系統(tǒng)設備安裝在反應堆容器內(nèi)，是一種比緊湊型布置堆更小的中小型堆。反應堆容器增大了，但整個反應堆系統(tǒng)變得緊湊，占用的整體空間小。堆芯的自然循環(huán)冷卻能力強，沒有一次系統(tǒng)管道，防止失水事故的安全性得以提高）。

圖2 船用壓水堆的3種布置方式

民用核動力船舶的安全性

故此，如果暫不考慮總體的初始投資，僅通過以上粗略統(tǒng)計數(shù)據(jù)的對比就可以發(fā)現(xiàn)，實際上在尋求核動力民用船舶潛在商業(yè)上的應用前景還是值得考慮的。

基于國際船舶行業(yè)的現(xiàn)狀分析，立足于國情現(xiàn)狀，可以肯定我國船舶行業(yè)發(fā)展民用核動力是極具前景和現(xiàn)實意義的。對促進我國核工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展、推動我國造船業(yè)的技術進步、完善我國核動力船舶監(jiān)管體系、提高我國航運整體實力、保障我國遠洋運輸?shù)哪茉窗踩确矫娑加胁豢赡绲淖饔谩?/p>

如何解決傳統(tǒng)安全監(jiān)督檢查工作中的突出問題，構建更加高效、更有質(zhì)量的安全監(jiān)督工作模式，不只是單純管理變革的問題，也不是單純應用某項新科技或新技術的問題，應該從管理體系構建、企業(yè)應用場景分析、信息技術應用三個方面出發(fā)進行系統(tǒng)分析，形成三位一體構建新的工作模式。

在作為船舶動力源方面，核動力裝置首先是被應用于軍事上的。目前，核動力裝置船舶主要應用在核潛艇上，水面艦艇的數(shù)量很少。為了分析反應堆運行的安全性，美國從核潛艇陸上模式堆上萬個運行事件記錄中隨機抽取了1700個樣本并結合艦艇運行的12000多個實踐報告作了統(tǒng)計，結果發(fā)現(xiàn)沒有一個事故或事件是直接由于反應堆芯所致，大量的事件是保險絲之類的設備小事件以及值得重視的、人為的操作順序性錯誤。迄今，世界各國共建成核潛艇500余艘，經(jīng)過半個多世紀的實踐考驗表明，核潛艇的運行是很安全的，每年每艘核潛艇的平均事故率只有2.02%左右，而且大多數(shù)屬于常規(guī)設備故障。其原因應歸結于壓水堆的固有特性、先進的技術措施帶來的問題和缺乏嚴格的運行管理制度。

另一方面，公眾可以不必擔心艦艇反應堆如原子彈一樣爆炸。因為其反應堆所裝的鈾為低濃度鈾（U235含量只有3%），而原子彈裝的鈾是高濃度鈾（U235含量占90%以上）。危險性在于泄漏造成放射性污染，可能發(fā)生或誘發(fā)諸如堆芯燒毀這樣的核事故，但這也是可以采取多層防護措施加以預防的。英國一家研究機構的調(diào)查表明，在與核能有關的八個要素中，核安全已排列倒數(shù)第二位，而經(jīng)濟性上升為第一位。為此，人們關注的核安全要求必須是適度的，其對社會產(chǎn)生的風險，已大大小于其它替代能源、社會活動和缺乏電力可能產(chǎn)生的總的社會風險。

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當然，作為研究、技術和工程人員應當清楚的意識到，雖然我國在核動力的利用方面已有多年經(jīng)驗可供參考，核電及核動力潛艇的技術業(yè)已成熟，但是作為將核動力裝置應用于民用船舶上這一探索，尚未見之于世，其直接的弊端就是沒有現(xiàn)成經(jīng)驗可以參考。核燃料的放射性污染這一潛在危險是客觀存在的，盡管現(xiàn)今核能技術的發(fā)展已能保證船舶核動力裝置安全運行，能夠避免發(fā)生較嚴重的事故，然而輻射安全防護的各種措施始終應該引起足夠的重視，尤其是船員更應注意科學、規(guī)范地操縱管理核動力裝置。

列舉以下所考慮的可能遇到的多個問題：

（2）由于B表示第k次才摸到黑球，我們只需考慮前k次摸球即可。此時的樣本空間有（M+N）k個樣本點，第k次摸到黑球表示前k-1次都摸到白球，第k次才摸到黑球，故B中的樣本點數(shù)為Nk-1M個，由古典概率定義知其中

另外，為我國遠洋運輸提供了有效能源安全保障。中國作為世界主要的石油進口國，石油消耗量巨大。由于我國的主要原油來源地的政治、經(jīng)濟、民族和宗教問題錯綜復雜，極有可能會造成我國石油戰(zhàn)略資源受制于人的被動局面。核動力裝置的船舶取用另一種獨立于石油之外的能量來源，就可以在很大程度上分散了使用單一能源的風險，提高我國遠洋運輸?shù)哪茉蠢冒踩钟L險的能力，從全局來看這一點至關重要。

*海盜防范、反恐怖襲擊等；

*國際政治環(huán)境、法律環(huán)境的不確定性；

With the gradual decrease of global fossil energy and the increased impact on the global environmental safety by the emission of ocean shipping, the replacement of conventional main engines powered by fuel oil by those powered by nuclear energy has become another attempt in the development of ship technology. Meanwhile, the economy, technical feasibility,and especially the safety problems of the civil nuclearpowered ships have attracted attention.

*相關國家港口的?？康取?/p>

發(fā)展民用核動力船舶前景

從日間手術國內(nèi)發(fā)展進程看，中心日間手術的開展的確不算早，宋興榮與張志堯共同表示。但在規(guī)范方面，他們卻都引以為傲。

老亮一臉不自然地配合著笑呵呵的表情，欣欣更是不知道怎么接話才好，她想起婆婆。他們要去離婚，是因為婆婆。

首先，目前我國在民用核能的利用上主要是在核電領域。核動力商船領域的開發(fā)，相當于拓寬了我國核資源的利用空間。核能的商業(yè)性運作將不僅僅局限在核電及醫(yī)療衛(wèi)生方面，還促進我國核工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。

其次，對我國造船業(yè)的技術進步起到推動作用。由于核動力裝置的特殊性，其整個系統(tǒng)的構建和設備的配套均有別于常規(guī)動力船舶，相應的在船舶設計、建造、適航乃至最終驗收交船等一系列環(huán)節(jié)都會有更高的技術要求。由此可見，借助于發(fā)展民用核動力船舶，可以有效推動國內(nèi)造船業(yè)對造船技術和規(guī)范的探索，這對改變我國現(xiàn)有造船企業(yè)技術含量不高、產(chǎn)品附加值低、國際競爭力不強的被動局面有重要作用。

再有，有利于提高我國航運整體實力。開發(fā)利用核動力船舶應作為能源戰(zhàn)略一個新方向，為我國航運企業(yè)有效降低運營成本提供了一種可能，更為提高自身在國際航運界業(yè)內(nèi)的競爭力創(chuàng)造了有利條件。作為一個新方向和新趨勢，誰先占領民用核動力船舶這個領域、誰先搶占這個市場對世界航運界來說都具有重大意義和深遠影響。

*核動力船舶遠洋航行的運營安全；

就現(xiàn)階段的分析而言，核動力船舶極有可能成為未來航運界解決全球石油資源日漸枯竭的最終途徑。面對潛在的危機和廣闊的市場，理應盡早搶占行業(yè)發(fā)展的先機。當然，發(fā)展民用核動力船舶是一項需要投入巨大的國家性質(zhì)的系統(tǒng)工程，其涉及到國家核管理機構、核能企業(yè)，船舶研究機構、航運企業(yè)及配套產(chǎn)業(yè)集團等諸多領域。要保證整個系統(tǒng)的完美運作，實現(xiàn)民用核動力船舶的實用化，直至最終完成整個航運業(yè)的核動力裝置利用集團化、產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；@一宏偉的遠景目標，是需要以整個國家的經(jīng)濟發(fā)展和政策扶持為基礎方能實現(xiàn)。我們有理由相信，通過發(fā)展民用核動力船舶這個集科研探索、經(jīng)濟拓寬、政策完善于一體的系統(tǒng)工程，必將引領我國的航運事業(yè)走向光輝的明天。

*核設施的退役問題；

日本“陸奧”號在1974年8月28日開始的功率提升試驗過程中發(fā)生了放射性泄漏事故。其后對反應堆屏蔽進行改造及安全總檢查，并改變了用途，作為核動力實驗船重新進行了功率提升試驗。1991年在北太平洋海面上進行了4次實驗航海，1995年完成退役工程。

排種器裝置主要有種箱、清種裝置、充種裝置、護種裝置以及檢測和控制部分構成。其中，用帶式充種，增大了種子的充種距離，從而可以滿足對型孔的更高要求，達到精量充種和更好完成充種的效果。為了達到更精確的檢測效果，充種帶采用同步帶，這樣也避免了因帶的打滑而引起播種間距不穩(wěn)或造成漏播的后果。設置同步護種帶可以實現(xiàn)護種帶和充種帶間無相對滑動，兩帶相對柔軟，大大減小了傷種情況。檢測裝置利用對射型光電傳感器分別對充種后和排種后的型孔進行檢測，結合播種速度，綜合計算單位播種量內(nèi)的播種效果，從而實現(xiàn)精確檢測漏播率的效果。另外，對單位播種量內(nèi)出現(xiàn)連續(xù)漏播時，可實現(xiàn)報警，提醒操作手下機檢查。

The essential reason of nuclear accident is that the reaction of nuclear fi ssion inside the nuclear reactor is out of control and the damaged nuclear reactor system leads to the release of radioactive material to the environment.Nations with nuclear technology therefore give their primary emphasis to the nuclear safety of reactors and radioactive material when constructing nuclear energy facilities.

When used for power energy for ships, nuclear energy facilities are primarily used for military purpose. For the present, nuclear facilities are mainly used for nuclear submarines and rarely seen for surface naval ships. In order to analyze the safety of the reactor, the US randomly chose 1700 samples from the records of tens of thousands of operation accidents happened to the land modals of nuclear submarines, and in conjunction with more than 12000 practice reports on the operation of naval ships,the US found out that not a single accident or event was directly related to the reactor core, and that large numbers of accidents were caused by problems with components such as fuse and the mistake with the operation sequence which is human error and needs to be paid attention to.

On the other hand, there is no need for the public to worry that the nuclear reactors onboard naval ships will explode like atomic bombs. The Uranium used for such reactors is the uranium of low concentration (the content of U235 is only 3%), whilst the uranium used for atomic bombs is the uranium of high concentration (the content of U235 is over 90%). The danger lies in the radioactive pollution and the possibility of such nuclear accidents as reactor core being burnt. However, this could be prevented by multiple protective measures.

Researchers, technical staff and engineers should however be aware that though China has gained rich experience on application over many years for reference and that the technology of nuclear energy and nuclear submarines have become mature, we don’t have existing experience to rely on in the aspect of applying nuclear power facilities to civil ships. The radioactive pollution by nuclear fuels is a potential danger that exists objectively. Notwithstanding the fact that the development of nuclear energy technology by now can guarantee the safe operation of nuclear power facilities onboard ships, and that very serious accidents can be avoided, the various measures to protect from radiation should always be given suff i cient notice, specif i cally, crews should respect science and operate and manage the nuclear energy facilities according to rules.

The problems that could be encountered are listed as follows:

在巖性變化大的砂泥巖沉積剖面中，常見許多薄層砂巖參差交錯。層狀砂巖體頂?shù)拙鶠椴粷B透泥巖所限，砂巖體呈楔狀尖滅于泥巖中，形成砂巖上傾尖滅圈閉。該類巖性圈閉的分布和規(guī)模取決于砂巖體與不同級別構造的相互配置關系。

● Safety of operation of nuclear ocean-going ships

● Anti-piracy and anti terrorism

● Uncertainty of international political and law environments

● Retirement of nuclear facility

● Calling at ports of relevant countries

Choice of Nuclear Energy for Civil Ships

By Sun Yuwei & Yan Xinping