这两天关于中国核能力,同时出现了几个重要信息。一个是12月6日,中国国家能源局宣布,全球首座第四代核电站——山东荣成石岛湾高温气冷堆核电站商业示范工程圆满完成168小时连续运行考验,当日正式投入商业运行。
注意,是全球首座第四代核电站。中国在核能利用、核技术应用方面抢了个先。
说到高温气冷堆,大家应该还记得,以前就有过很多论文在讨论这种第四代反应堆能否做为船用动力,还曾经有不少人传一个说法,中国新的核潜艇用了高温气冷堆,当然都是基于想象的猜测。
不过现在,我们大型水面船舶用的新型核反应堆已经出现了清晰轮廓,12月5日,中国船舶集团有限公司旗下江南造船集团有限责任公司在2023年中国国际海事技术学术会和展览会上正式发布全球首型、世界最大24000TEU级核动力集装箱船船型设计。
这种装载24000个标准集装箱的大船,还能跑到24节,这个体积跑到这个速度,用的又是体现国际先进水平的第四代钍基熔盐反应堆,这个反应堆带动的是超临界二氧化碳发电机组。
先说这个熔盐反应堆,以前我们看到的核动力装置里,最常见方式是反应堆堆芯热量加热一回路的水,在高压之下,一回路水最多能加热到300度,然后这些一回路水通过管道流出来,像热水器一样,加热管道外的二回路水,二回路水被加热后产生蒸汽,蒸汽推动蒸汽轮机和发电机。
溶盐反应堆里,被堆芯加热的不是水,是氟化物熔盐,可以在较低的压力下,被加热到700度,再高的话,容纳熔盐的回路管线材料就要出问题了。熔盐堆的特点就是安全,没有很高压力,不容易爆炸。
就算泄露了,盐流出来就冷却凝固了,不会像水一样到处流没法控制。这艘船计划用反应堆产生的热能再去驱动超临界二氧化碳发电机组,这种发电机组的体积只有蒸汽机组的1/25,而且发电效率比蒸汽机组高5%以上。
2021年,我们就实验成功了世界参数最高容量最大超临界CO2发电试验机组,也是一个世界领先。发电机组产生的电力,驱动这艘满载排水量大约24万吨的巨轮用全电推进方式,开到24节。
对比一下,英国的伊丽莎白女王级航母,也是用全电推进,标准排水量6万多吨,航速25-27节。为什么我要和英国航母比,大家都明白。当然,如果考虑潜艇这种特别需要节省空间的舰艇,这套装置会不会更有意义?
目前,中船公布的,还是一个设计,并不是船已经造出来了,但是这种设计能被著名的挪威DNV船级社接受,并且颁发原则性认可证书,说明相关技术可行性成熟性都已经很有说服了。在不远的将来将会成为现实。
安全,紧凑,高效,动力充沛,这些对海军来说都是很有吸引力的要素,熔盐堆也许就是中国未来核动力海军的起点。对了还有一点,就是这种反应堆也能做的很小,用于不需要那么大功率的小型舰艇甚至飞机,那么我们是不是可以畅享一下,更多大大小小的,带有定向能武器的核动力作战平台?
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