江南造船厂推出的核动力集装箱船获得DNV船级社AiP证书
据中国船舶报报道，江南造船厂在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。该船采用钍基熔盐堆作为动力，超临界二氧化碳发电机组发电。动力系统为全电推进，双电机双轴桨双舵。通常24000标箱的集装箱船体积相当庞大。船体总长能够达到400米，型宽61米以上，满载排水量将近24万吨，相当于两艘12万吨级的航空母舰。
未来我国核动力航母的动力系统会越来越先进
江南造船厂这次发布的KUN-24AP核动力集装箱船可能是国产首艘核动力集装箱船。也是我国第四代核电技术首次应用在民用船舶上。关于第四代核电技术，目前我国处于世界领先地位。第四代核电的反应堆类型有钠冷快堆、超高温气冷堆、铅冷快堆、熔盐堆、超临界水冷堆和气冷快堆一共六种。这六种反应堆技术我们大部分都有研制。其中在山东荣城石岛湾建设了世界首座第四代核电华能石岛湾高温气冷堆核电站。该核电站在2021年就已经并网发电，2022年首次实现双堆初始满功率运行，该项目今天刚好宣布正式投入商用。
华能石岛湾高温气冷堆核电站今日正式投入商用
2018年，我国在甘肃武威开工建设了钍基熔盐堆试验堆，这种堆型就是这次江南厂集装箱船核动力系统采用的堆型，目前该试验堆已经并网发电。钍基熔盐堆采用的核燃料是钍232，这是一种在自然界中广泛分布的元素，其储量是铀235的四倍，而且钍232的利用率是铀235的200倍，这意味着钍基熔盐堆可以大大节约核燃料的消耗，降低核能的成本，也减少了对铀矿的依赖。而且我国刚好又是世界第二大钍矿资源国。所以钍基熔盐堆在我国发展潜力巨大。钍基熔盐堆优点还有很多，非常适合作为船舶的动力堆。尤其适合作为我国下一代核动力航母的动力堆。
钍基熔盐堆的工作原理图
首先是钍基熔盐堆的功率密度非常高，有利于降低核动力系统的体积和重量。上个世纪美弟甚至专门研制了钍基熔盐堆，准备作为B-36H核动力轰炸机的动力，可见其功率密度之高。而且钍基熔盐堆的安全性非常好，无需压力容器，即使堆芯泄漏，放射性物质也会被固化在冷却的溶融氟化盐中。其实在上个世纪的核动力航母上，核动力系统的重量还是超过常规动力系统的。但是进入新世纪，我国发展的第三代一体化军用核动力系统的体积和重量都已经大幅缩小，系统重量有可能已经小于常规动力系统。如果采用钍基熔盐堆，核动力系统的体积和重量还会进一步大幅缩减。重量和体积一定会大幅度优于常规动力系统。
蒸汽轮机、氦气轮机和超临界二氧化碳汽轮机的体积比较
因为不光是钍基熔盐堆的体积和重量大幅缩小，核动力航母通常配套的蒸汽轮机也被超临界二氧化碳汽轮机取代。超临界二氧化碳汽轮机相对于传统的蒸汽轮机，技术优势非常大，不但效率高而且体积非常小。超临界二氧化碳汽轮机的体积只有蒸汽轮机体积的三十分之一 。可以大大压缩核动力系统的体积和重量。所以江南厂研制的这套集装箱船用的核动力系统其实也非常适合核动力航母使用。
目前我国航母动力系统的技术水平已经不低于福特级航母
一旦这套动力技术成熟，我国下一代核动力航母的动力技术就到手了。如果用上这套动力系统，那么我国下一代核动力航母动力的体积和重量一定会远远优于常规动力系统。当然钍基熔盐堆不光可以用在军事领域，在民用领域也非常有发展前景。因为钍基熔盐堆不需要水作为冷却剂，所以非常适合建设在内陆地区，甚至是沙漠隔壁地区。
玲龙一号是我国军用反应堆军转民的技术成果
而且钍基熔盐堆核和超临界二氧化碳汽轮机配套，整体的工作效率非常高。热电转换效率能接近50%，远高于现有航母上使用的核动力系统。现有的军用核反应堆的效率只是在20%-25%之间。我国研制的玲龙一号第三代一体化反应堆的效率已经提高到33%。而玲龙一号又是我国军用反应堆的军转民技术成果。也就是说我国军用核反应堆目前的效率也相当可观。即使如此效率和钍基熔盐堆相比仍然相差很远。可见钍基熔盐堆和超临界二氧化碳汽轮机组合的性能优势非常明显。
我国第三代一体化压水堆的效率已经提高到33%
不过，目前江南船厂拿到的认证只是原则性认证。钍基熔盐堆和超临界二氧化碳汽轮机的研发工作都还没有完成。所以我们还需要再过几年才有可能看到这套动力系统投入实际应用。目前甘肃武威的钍基熔盐试验堆刚刚完成试验堆的技术验证。完成实用型号的研制还需要时间。而且超临界二氧化碳汽轮机的研制也在进行过中。
华能集团超临界二氧化碳循环发电试验机组
2021年12月8日，华能集团自主研发的世界参数最高、容量最大的超临界二氧化碳循环发电试验机组在华能西安热工院顺利完成72小时试运行。该机组发电功率为5兆瓦，其成功投运验证了超临界二氧化碳循环发电技术工业运行的可行性，标志着我国在超临界二氧化碳循环发电技术领域已处于世界领先水平。目前华能集团正在研制的50兆瓦的超临界二氧化碳汽轮机，有望在十四五末完成研制工作。总的来说，钍基熔盐堆和超临界二氧化碳循涡轮机这对动力组合可以说非常完美，是我国下一代航母核动力系统的理想选择。只是我们需要耐性等待，相信这一动力系统未来一定会成为我国航母的动力。
