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中国“熔盐堆”官宣上船!美国在切航母换燃料,我们换赛道

今年6月2日,希腊雅典的波塞冬海事展上,江南造船把一套方案推到了全世界船东面前:远洋集装箱船、推轮、转运码头连成一体,心脏换成了熔盐堆。

同一年春天,美国最老的航母尼米兹号正绕着南美合恩角往诺福克开。它那两座反应堆,当年为了换一次燃料,在船厂里一躺就是三年。

一边得把船切开才能续命,一边想让燃料在堆里流着就补上。中国熔盐堆这回"官宣上船",到底上到了哪一步?凭什么说我们没在后面追,干脆换了一条赛道?

雅典展台上摆出来的,是一整条航线

先把"上船"两个字掰扯清楚。江南造船在雅典发布的,全称是熔盐堆集装箱运输综合体概念方案。

"概念方案"四个字得记牢:它是一套设计加运营的整体构想,摆上国际展台给船东、船级社看,眼下还没有哪条船为它铺下龙骨。

可这套构想的胃口,比一条船大得多。

拆开看是一串装备:跑远洋干线的核动力集装箱船,熔盐堆做动力的推轮带着纯电集装箱船走,一座用核能发电、顺手制取绿氨的海上平台,再配上氨动力近海支线船和一座核动力转运码头。

干线、接驳、转运、补能,一条龙全包。为什么不只画一条船?零碳远洋最难啃的骨头一直是补给。换甲醇、换氨,船开到哪就得在哪加注,港口没设施就寸步难行。

核动力主船先把远洋这一段啃下来:据方案发布介绍,一次装料可以连续运行10到20年,或者航行50万海里,中途不用补燃料。

可货总得上岸。近海那一段船小、靠港勤,不可能条条都装堆。于是平台出场:给停靠的纯电船充电,再造绿氨供支线船烧。翻成大白话,大船自己背着"油田"出海,到了岸边还兼职加油站。这一步也不是凭空跳出来的。

据公开报道,2023年江南造船的24000箱级核动力集装箱船设计就拿到过挪威船级社DNV的原则性认可,那时候画的是一条船。

这回摊开的,是船、港、能源织成的一张网。图纸背后还压着一张硬通行证。

今年2月12日,国家核安全局给江南造船颁发了民用核安全设备制造许可证和安装许可证,有效期5年。

船厂能依法造、依法装核安全设备,展台上的方案才有了落地的抓手。

尼米兹号那三年,船坞里在忙什么

美国航母的补给问题,看上去早就"解决"了:一次装料管二十多年。代价全藏在二十多年之后。尼米兹级用的是压水堆,燃料是固态燃料棒,封在厚重的压力容器里。

烧到头了,没法像加油那样往里灌,只能把舰体切开,打开反应堆舱,旧燃料取出、新燃料装进,再一层层合上。

美国海军管这叫换料大修,简称RCOH。按光明网梳理的美国海军维修制度,一次RCOH大约39个月,耗费约326.7万个人工日,安排在航母寿命中段,一辈子一次。

同一套制度里的入坞维修,约10.5个月、44.4万个人工日。两相一比,换料大修的时间是它的三倍多,人力是它的七倍多。一艘十万吨级的航母,三年多不见海面,躺在船坞里做开胸手术。

尼米兹号自己就挨过这一刀:1998年进厂,2001年9月才重新出海。

那之后又跑了25年,已经超过A4W反应堆大约24年的理论换料周期,剩下的燃料有限,再切一次划不来。美国海军原本打算今年5月让它退役。偏偏接班的福特级二号舰肯尼迪号交付拖到了2027年3月。

为了守住法律规定的11艘航母底线,美国海军3月宣布尼米兹号退役推迟到2027年3月,五角大楼同时给亨廷顿-英戈尔斯公司一份9600万美元合同,钱花在退役的前期规划上。

这艘老舰个头太大过不了巴拿马运河,只能绕道合恩角,一路开了约12400海里,等着在纽波特纽斯停堆卸料。老舰要退场,后面的也不轻松。

据观察者网等媒体转引的消息,斯坦尼斯号的换料大修一再延期,要拖到2027年才能完工,杜鲁门号、里根号还在后面排队。

多家媒体的通行说法是,这类大修单次花费超过20亿美元。

一艘接一艘地切,船坞里总躺着一艘航母,海上就总缺一艘。

压水堆的天花板,美国自己摸到了

为什么非切不可?根子在压水堆的脾气。它要把水烧到三百多度还不许沸腾,只能靠高压硬压住。高压就得配厚重的压力容器,燃料就只能做成固态棒子塞进去。厚壳加固态燃料凑在一起,换料只剩一条路:打开。

美国人当然算得清这笔账。福特级的A1B反应堆,据公开报道,设计目标是50年服役期不换料,号称"舰堆同寿",办法是用丰度90%以上的高浓铀,让燃料烧得更久。

这已经是压水堆框架里能做到的极致。可高压还在,厚壳还在,燃料棒还是固态的。福特号2017年才服役,这50年眼下仍停留在设计目标上。开刀的日子往后挪了,那把刀还挂在墙上。熔盐堆换了一套物理。

上海应用物理研究所的专家打过一个比方:把核燃料放进高温的盐里,让它流着发电。

燃料溶在熔盐里,熔盐同时当冷却剂,常压运行,用不着巨大的压力容器,也不靠大量水来降温。该所党委书记李晴暖讲得更直白:压水堆要定期停堆、掀开压力容器顶盖换燃料,熔盐堆的燃料跟着熔盐循环,不停堆就能补。

总工程师夏晓彬补上安全账:常压下没有爆炸的压力来源,真泄漏了,熔盐流进专用设施,温度一降就凝成固体。

放到一条船上,这几条全是真金白银。常压意味着那层厚壳能大幅瘦身,舱室、配重、稳性都能重新算。不停堆补料,意味着"进坞三年"从流程表里整个消失。

燃料也更经烧,据团队的戴志敏介绍,利用率能从三代堆的1%到2%,提到60%甚至80%以上。

这条路,中国人半个世纪前就看中过。1971年在上海起步的728工程,最初定下的就是一座25兆瓦钍基熔盐堆。

那时的材料工艺和工业底子撑不起来,工程只好转向,后来落成了秦山300兆瓦压水堆。差不多同一时期,美国橡树岭国家实验室1965年建起液态燃料熔盐实验堆MSRE,后来也把这条线放下了。

两个国家,在同一个岔路口,都先走了压水堆。

武威戈壁上那座小堆,撑起上船的底气

五十年后,掉头回到岔路口的是中国。2011年中国科学院启动钍基熔盐堆专项,堆址落在甘肃武威民勤县的戈壁滩上。

这座2兆瓦液态燃料钍基熔盐实验堆,2020年1月获批建设,2023年10月11日首次临界,2024年6月满功率运行,2025年11月首次实现堆内钍铀核燃料转换,今年3月入选中国科学十大进展。

全世界唯一在运行、还把钍燃料送进堆里的熔盐堆,就是它。2兆瓦听着不起眼,值钱的是它跑出来的东西:液态燃料怎么流、怎么控、熔盐怎么守住放射性,全套实测数据握在自己手里。

船上要用的堆另有设计,得专门做小型化、提功率密度,跟这座陆上实验堆不是同一台。但从原理到工程的那道坎,是在这片戈壁上迈过去的。再看对面。

美国KairosPower的Hermes堆2024年7月才在橡树岭破土,目标2027年运行,拿到能源部最高3.03亿美元资助,走的还是固态燃料球、氟盐冷却的路子。

当年MSRE的诞生地,如今在补课。液态燃料这条线上实打实交出运行数据的,只有中国。规则这头也留着一道缝。

国际海事组织的航运净零框架2025年4月批了草案,原定2025年10月表决,因为成员国分歧推迟一年,计划今年10月再表决。规则还没落笔的时候,谁带着运行数据、法定资质和整套方案上桌,谁就有资格参与执笔。

2月拿证,6月亮相雅典,这个节奏卡得很准。门槛也得看清。现行核动力船舶的国际规矩,大多是照着压水堆写的,熔盐堆还得补新条款。核动力船靠港,要专门设施、应急预案和辐射管控,挂靠港本身就是一道关。

方案把浮式转运码头和补能平台一并打包,等于自己带着"港"出海。从展台到船坞,监管、供应链和公众接受这几道门还得一道道过。今年夏天,尼米兹号停在诺福克,等着去纽波特纽斯卸下最后一炉燃料。

雅典展台上的那套方案里,燃料被设计成在盐里流着就补。美国在切航母换燃料,切到的是压水堆这条老路的尽头。我们换赛道,换掉的正是"切开换料"这个动作本身。

武威戈壁那座小堆已经稳稳运行,接下来要看的,是这套方案多快从雅典的展台,走进长江口的船坞。

参考资料:

全球唯一运行的钍基熔盐堆首次实现钍铀核燃料转换.科技日报

航母的这些冷知识,据说很少有人知道.光明网

为维持航母数量 尼米兹号退役推迟到2027年.观察者网(转美国海军协会网站USNI)

美现役最老航母"尼米兹"号延长服役时间.新华社/央视新闻

国际海事组织(IMO):航运净零框架投票推迟一年.新华财经(据联合国官网)