小型堆，開啟核能多用途的新時代

2017-11-07 14:18:13 悅智網　點擊量：評論 (0)

五十年代開始，核能已經從一種新的科研成果成為多個國家重要能源組成部分，滿足了各國的電力需求。而近期，越來越多的國家對利用較小型核反應堆幫助滿足工業(yè)和城市供熱等多樣化利用產生興趣。核反應堆的設計不止

五十年代開始，核能已經從一種新的科研成果成為多個國家重要能源組成部分，滿足了各國的電力需求。而近期，越來越多的國家對利用較小型核反應堆幫助滿足工業(yè)和城市供熱等多樣化利用產生興趣。

核反應堆的設計不止一種，但僅從全世界運行年限越來越久的大量輕水反應堆來判斷是不會了解這一點的。幾十年來，許多可能更優(yōu)秀的反應堆類型一直只限于圖紙上或還在試驗階段。現在，少數小公司表示，將這些先進理念商業(yè)化的最佳方式就是讓核能搭上分布式能源的順風車。

大型反應堆v.s 車載小堆

對于核能的未來，有一種愿景是使用更小型的千兆瓦級設施。發(fā)電站建設得小些，約為今日電站體積的三分之一或更小，會降低先期投入、提高場地靈活性，且所建的發(fā)電站還具備按需增設更多機組的能力。

但另一些人認為，是時候放棄輕水反應堆了。應該將反應堆實驗設計現代化，實現從實驗室到市場的跨越。

“一條新型創(chuàng)新道路正在浮現，”麻省理工學院核科學與工程系主任理查德•萊斯特(Rid Lester)說，“創(chuàng)業(yè)公司正開始進入這一業(yè)務領域并試圖開發(fā)新的核技術——這是一個大轉變。”

例如，位于加拿大安大略省密西索加的陸地能源公司(Terrestrial Energy)正在努力建造一個熔鹽堆，20世紀60年代橡樹嶺國家實驗室曾建造并運轉過這種熔鹽堆。

陸地能源公司的熔鹽堆

在傳統的輕水反應堆中，鈾棒是浸在水中的。鈾核反應產生熱量，熱水不停地循環(huán)通過堆芯產生蒸汽，使汽輪機運轉。在陸地能源公司的反應堆中，低濃縮鈾燃料溶解于熔鹽中。在泵和熱交換器的輔助下，燃料與熔鹽混合產生的熱量又產生了蒸汽，從而進行發(fā)電。該公司表示，熔鹽堆能夠更充分地使用燃料中的可用能源，而且比水冷反應堆更加安全。其首席執(zhí)行官西蒙•艾里什(Simon Irish)說，倘若失去動力，反應堆產生的熱量將消散，通過對流從堆芯傳遞到由固體鹽組成的外殼層，這樣就不需要泵來冷卻和防止熔化了。

液態(tài)熔爐：在陸地能源公司的核反應堆中，鈾溶解于堆芯的熔鹽里。熱交換器使熱量從溫度極高的堆芯向外傳遞，推動汽輪發(fā)電機運轉。若泵失去了動力，熱量便會被動地消散到固體鹽緩沖區(qū)。

陸地能源公司的核反應堆設計

陸地能源公司的商業(yè)計劃亦不落俗套。他們并非僅僅依靠建設發(fā)電站來服務公用事業(yè)，該公司的管理層認為他們可以在利基市場(包括加拿大偏遠地區(qū)或島嶼國家等目前依賴柴油發(fā)電機發(fā)電的地方)中站穩(wěn)商業(yè)腳跟。艾里什表示，熔鹽反應堆既能發(fā)電也能產生高溫熱量，在許多工業(yè)環(huán)境中都很有用。

為了便于安裝，主要部件需要小到能夠裝進軌道車或卡車。反應堆能夠產生32.5兆瓦的電功率，為了保證它在退役之前能運轉7年左右，需要對其進行密封。陸地能源公司計劃今年晚些時候在加拿大開始走審批流程，到2016年準備好工程設計圖。

“反應堆實驗在實驗室里獲得成功后，若想進入市場，就要獲得營業(yè)許可，你需要具備某些特征，也就是操作簡便性以及可以用來向監(jiān)管機構演示的安全預案，”艾里什說，“那就是我們創(chuàng)新的核心。

優(yōu)普公司的小堆宣傳

有些公司還想制造更小的分布式能源反應堆。波士頓優(yōu)普技術公司(UPower Technologies)的核電廠將利用一個海運集裝箱大小的反應堆產生1～2.5兆瓦的電功率。堆芯容器中有一個金屬塊，其底部裝有核燃料;嵌入金屬塊的管子里裝了部分液體，它將通過對流把熱量帶走，而不用把水泵送到堆芯里。作為獲得許可的第一步，優(yōu)普公司正在設計散熱系統測試方法。

魁北克的StarCore Nuclear公司想建造一種商用高溫氣冷反應堆，這種反應堆是20世紀60年代德國開發(fā)的球床氦冷卻設計的變體。用于產生熱量的“顆粒”如網球般大小，其中含有燃料，通過氦氣進行熱傳遞。該公司高管表示，由于這種反應堆是在高溫下運行的，所以這種設計在發(fā)電方面會更有效，若發(fā)生緊急事件或失去動力，反應堆可以通過自然循環(huán)進行冷卻。

StarCore要完成計劃，就要先建一家10兆瓦的電廠來生產電和熱。與優(yōu)普公司一樣，StarCore最初也將選址定在偏遠地區(qū)，比如那些需要花大價錢為采礦作業(yè)購買熱和電的礦區(qū)。該公司的首席執(zhí)行官戴維•達布尼(David Dabney)說，希望能在5年內建成一套裝置并投入使用，“如果我們幸運的話”。

StarCore小型堆概念圖

StarCore的創(chuàng)始人認為未來會有多種不同的核技術，包括可以燃燒如今的廢核燃料的反應堆。不過他們表示，要想走到那一步，新型核電需要從小處著手。“有許多別的反應堆可以提供很大的容量。”StarCore首席技術官戴維•阿什利•普爾(David Ashley Poole)說，“我們也要做到那個地步，但初級階段的反應堆要盡量簡單、安全，能夠走出實驗室、進行實地建設并得到公眾的認可。”

任何新型核技術要獲得許可都需要花費幾年的時間，而且可能也要花好幾年才能讓潛在客戶與合作伙伴認可迷你核電站的概念。麻省理工學院的萊斯特教授認為，關鍵的時間段是21世紀20年代末至30年代初，那時美國可能有許多核電站退役。“這是場長期游戲，而且還要看這些創(chuàng)新者和投資者能否找到大公司進行技術商業(yè)化合作。”他說，“從環(huán)境來看，這并非一個不合理的賭注。”

原標題:另一種核能時代？