小型堆，開(kāi)啟核能多用途的新時(shí)代

2017-11-07 14:18:13 悅智網(wǎng) 　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

五十年代開(kāi)始，核能已經(jīng)從一種新的科研成果成為多個(gè)國(guó)家重要能源組成部分，滿足了各國(guó)的電力需求。而近期，越來(lái)越多的國(guó)家對(duì)利用較小型核反應(yīng)堆幫助滿足工業(yè)和城市供熱等多樣化利用產(chǎn)生興趣。核反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)不止

五十年代開(kāi)始，核能已經(jīng)從一種新的科研成果成為多個(gè)國(guó)家重要能源組成部分，滿足了各國(guó)的電力需求。而近期，越來(lái)越多的國(guó)家對(duì)利用較小型核反應(yīng)堆幫助滿足工業(yè)和城市供熱等多樣化利用產(chǎn)生興趣。

核反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)不止一種，但僅從全世界運(yùn)行年限越來(lái)越久的大量輕水反應(yīng)堆來(lái)判斷是不會(huì)了解這一點(diǎn)的。幾十年來(lái)，許多可能更優(yōu)秀的反應(yīng)堆類型一直只限于圖紙上或還在試驗(yàn)階段。現(xiàn)在，少數(shù)小公司表示，將這些先進(jìn)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(fēng)車。

大型反應(yīng)堆v.s 車載小堆

對(duì)于核能的未來(lái)，有一種愿景是使用更小型的千兆瓦級(jí)設(shè)施。發(fā)電站建設(shè)得小些，約為今日電站體積的三分之一或更小，會(huì)降低先期投入、提高場(chǎng)地靈活性，且所建的發(fā)電站還具備按需增設(shè)更多機(jī)組的能力。

但另一些人認(rèn)為，是時(shí)候放棄輕水反應(yīng)堆了。應(yīng)該將反應(yīng)堆實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)現(xiàn)代化，實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室到市場(chǎng)的跨越。

“一條新型創(chuàng)新道路正在浮現(xiàn)，”麻省理工學(xué)院核科學(xué)與工程系主任理查德•萊斯特(Rid Lester)說(shuō)，“創(chuàng)業(yè)公司正開(kāi)始進(jìn)入這一業(yè)務(wù)領(lǐng)域并試圖開(kāi)發(fā)新的核技術(shù)——這是一個(gè)大轉(zhuǎn)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(gè)熔鹽堆，20世紀(jì)60年代橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室曾建造并運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)這種熔鹽堆。

陸地能源公司的熔鹽堆

在傳統(tǒng)的輕水反應(yīng)堆中，鈾棒是浸在水中的。鈾核反應(yīng)產(chǎn)生熱量，熱水不停地循環(huán)通過(guò)堆芯產(chǎn)生蒸汽，使汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。在陸地能源公司的反應(yīng)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(chǎn)生的熱量又產(chǎn)生了蒸汽，從而進(jìn)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(yīng)堆更加安全。其首席執(zhí)行官西蒙•艾里什(Simon Irish)說(shuō)，倘若失去動(dòng)力，反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱量將消散，通過(guò)對(duì)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(lái)冷卻和防止熔化了。

液態(tài)熔爐：在陸地能源公司的核反應(yīng)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(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。若泵失去了動(dòng)力，熱量便會(huì)被動(dòng)地消散到固體鹽緩沖區(qū)。

陸地能源公司的核反應(yīng)堆設(shè)計(jì)

陸地能源公司的商業(yè)計(jì)劃亦不落俗套。他們并非僅僅依靠建設(shè)發(fā)電站來(lái)服務(wù)公用事業(yè)，該公司的管理層認(rèn)為他們可以在利基市場(chǎng)(包括加拿大偏遠(yuǎn)地區(qū)或島嶼國(guó)家等目前依賴柴油發(fā)電機(jī)發(fā)電的地方)中站穩(wěn)商業(yè)腳跟。艾里什表示，熔鹽反應(yīng)堆既能發(fā)電也能產(chǎn)生高溫?zé)崃浚谠S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(jìn)軌道車或卡車。反應(yīng)堆能夠產(chǎn)生32.5兆瓦的電功率，為了保證它在退役之前能運(yùn)轉(zhuǎn)7年左右，需要對(duì)其進(jìn)行密封。陸地能源公司計(jì)劃今年晚些時(shí)候在加拿大開(kāi)始走審批流程，到2016年準(zhǔn)備好工程設(shè)計(jì)圖。

“反應(yīng)堆實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室里獲得成功后，若想進(jìn)入市場(chǎng)，就要獲得營(yíng)業(yè)許可，你需要具備某些特征，也就是操作簡(jiǎn)便性以及可以用來(lái)向監(jiān)管機(jī)構(gòu)演示的安全預(yù)案，”艾里什說(shuō)，“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(yīng)堆。波士頓優(yōu)普技術(shù)公司(UPower Technologies)的核電廠將利用一個(gè)海運(yùn)集裝箱大小的反應(yīng)堆產(chǎn)生1～2.5兆瓦的電功率。堆芯容器中有一個(gè)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(guò)對(duì)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(shè)計(jì)散熱系統(tǒng)測(cè)試方法。

魁北克的StarCore Nuclear公司想建造一種商用高溫氣冷反應(yīng)堆，這種反應(yīng)堆是20世紀(jì)60年代德國(guó)開(kāi)發(fā)的球床氦冷卻設(shè)計(jì)的變體。用于產(chǎn)生熱量的“顆粒”如網(wǎng)球般大小，其中含有燃料，通過(guò)氦氣進(jìn)行熱傳遞。該公司高管表示，由于這種反應(yīng)堆是在高溫下運(yùn)行的，所以這種設(shè)計(jì)在發(fā)電方面會(huì)更有效，若發(fā)生緊急事件或失去動(dòng)力，反應(yīng)堆可以通過(guò)自然循環(huán)進(jìn)行冷卻。

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

StarCore小型堆概念圖

StarCore的創(chuàng)始人認(rèn)為未來(lái)會(huì)有多種不同的核技術(shù)，包括可以燃燒如今的廢核燃料的反應(yīng)堆。不過(guò)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(yīng)堆可以提供很大的容量。”StarCore首席技術(shù)官戴維•阿什利•普爾(David Ashley Poole)說(shuō)，“我們也要做到那個(gè)地步，但初級(jí)階段的反應(yīng)堆要盡量簡(jiǎn)單、安全，能夠走出實(shí)驗(yàn)室、進(jìn)行實(shí)地建設(shè)并得到公眾的認(rèn)可。”

任何新型核技術(shù)要獲得許可都需要花費(fèi)幾年的時(shí)間，而且可能也要花好幾年才能讓潛在客戶與合作伙伴認(rèn)可迷你核電站的概念。麻省理工學(xué)院的萊斯特教授認(rèn)為，關(guān)鍵的時(shí)間段是21世紀(jì)20年代末至30年代初，那時(shí)美國(guó)可能有許多核電站退役。“這是場(chǎng)長(zhǎng)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(jìn)行技術(shù)商業(yè)化合作。”他說(shuō)，“從環(huán)境來(lái)看，這并非一個(gè)不合理的賭注。”

原標(biāo)題:另一種核能時(shí)代？

責(zé)任編輯：lixin

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