美国船级社 (ABS) 发布了一份新报告《通往低碳未来液化天然气运输船核动力船舶概念设计之路》,以应对海上核技术面临的挑战。这份 14 页的报告探讨了先进核技术在海上应用的潜力,并对标准液化天然气 (LNG) 运输船上的小型模块化反应堆 (SMR) 进行了研究。
ABS 和 Herbert Engineering Corporation (HEC) 模拟了高温气冷反应堆 (HTGR) 对 145,000 立方米液化天然气运输船的设计、运行和排放的变革性影响。ABS 表示,这项研究旨在帮助行业更好地了解核推进的可行性和安全性影响,并支持未来的开发项目。
它提供了有关核动力液化天然气运输船的热量和能量管理、屏蔽、重量分布和其他设计特征的信息。ABS 指出:“这将有助于识别设计问题,为未来的规则制定提供参考。”该研究还发现,HTGR 技术可以提高运输速度,并实现零排放运营。也不需要加油,尽管 HTGR 技术大约每六年需要更换一次。
研究表明,核动力液化天然气运输船将具有特定的设计特点,反应堆位于船尾,电池位于现有船舶燃料箱位置的前方,船体加固。鉴于设计限制,HTGR 技术仅适用于较大的液化天然气运输船。
本研究的主要结论是:
核能是大幅减少航运排放的理想手段,但要实现这一目标,公众认知和国际法规方面仍存在重大障碍。
商船使用核电可以显著提高船舶的运输能力。
可用于船舶推进的先进核技术的成熟度较低。因此,本研究提供的细节水平仅限于从陆地应用设计中获得的工程信息,用于工程假设和未来设计优化的建议。
模块化反应堆理念对船舶设计施加了重大限制。模块化概念规定每个反应堆的最大 SMR 功率输出固定,与其核心的设定寿命相对应。虽然可以在较低的恒定功率水平下运行 SMR,但其核心的使用寿命会更长。这可能会导致反应堆的寿命终止与船舶的标准干船坞时间表不一致,从而带来大量额外的运营成本。这意味着 SMR 更适合每种船型的少数几种尺寸(主要是大型船舶)。
核电站能够承受船舶运动和振动引起的更高加速度,因此可以为整体设计提供灵活性。虽然将核电站置于船中部具有显著的安全优势,但对于油轮和液化天然气运输船等特定船舶类型而言,船中部位置并不可行,或者会严重影响载货能力。
如果核电站设备和燃料的生命周期与船舶的寿命一致,那将是有利的。获得合适的造船厂或其他支持设施以及拆除反应堆的挑战是主要问题,最简单的方法是在设计阶段解决这些问题。
出于安全考虑,核动力船舶所需的冗余度可能比传统动力船舶更高,这会导致性能下降。
未来设计迭代的多个层面都存在优化的机会。
10 月初,ABS 在与爱达荷国家实验室 (INL) 联合举办的核工业领袖论坛上推出了业界首部针对浮动核电站的综合规则。2021 年,美国能源部 (DOE) 已授予 ABS 一份合同,以研究在商用船舶上采用先进核推进系统的障碍。