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小型核反应堆全方位解析

2017-10-13 10:52来源:中国能源报关键词:小型堆核反应堆轻水堆收藏点赞

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液态金属反应堆实例:

安全可运输式自持反应堆STAR是由美国阿贡国家实验室开发的具有非能动安全特性的铅冷却快中子模块反应堆。其400兆瓦的容量规模意味着可以通过铁路运输以及可以通过自然循环冷却。它使用铀—超铀核素氮化物燃料,每15—20年更换。其中STAR-LM型用于发电,而STAR-H2则用于制氢,由780℃的氦气来驱动一个单独的热化学制氢工厂,而低品质的热可用于海水淡化(多级闪蒸工艺)。商业化发电则是通过氢气燃料电池进行的。

俄罗斯设计的另一种更小且更新的容量为75—100兆瓦铅—铋快堆(SVBR)。这是一种一体化设计,其蒸汽发生器坐落在堆芯所在的400—480℃的铅—铋池内,每个模块直径为4.5米,高7.5米,具有非能动热排除和屏蔽功能。一座拥有16个这种模块的核电厂其发电成本比俄罗斯其它任何新型发电技术还低,同时具有固有安全性和防核扩散性。

由中国科学院核能安全技术研究所研发的中国铅基反应堆CLEAR(ChinaLEAd-basedReactor),完成了国际首个紧凑型临界/次临界双模式铅基研究实验堆设计,突破了铅基堆冷却剂工艺、结构材料、运行控制等核心技术,建成铅基堆中子物理实验反应堆原理样机和工程实验反应堆工程样机,形成了具有自主知识产权的铅基堆技术体系。将有力的支撑“十二五”国家重大科技基础设施“加速器驱动嬗变研究装置(CiADS)”后续工程建造。

日本东芝公司正在与日本电力工业中央研究院合作开发4S(超级、安全、小型和简单)核电池系统。它使用钠作为冷却剂,具有非能动安全特性。整个机组将在工厂制造,然后运往厂址。燃料是铀—锆合金,铀浓缩度达到20%,可以连续运行几十年不换料。其10兆瓦和50兆瓦2种堆型被设计成能自动维持510℃的冷却剂出口温度,适于发电和高温电解制氢。电厂造价为2500美元/千瓦,发电成本为6美分/千瓦时。

熔盐堆属于第四代核反应堆。现今最具代表性的是日本富士公司的Fuji-MSR反应堆,其发电功率为100兆瓦。在熔盐堆里,燃料是锂和铍的氟化物盐以及溶解的钍和铀-233的氟化物的熔融混合物。堆芯包括无包壳的石墨慢化剂,在大约700℃和低压下能形成熔盐流。热量被传送到一个二次盐回路,然后生成蒸汽。裂变产物溶解在熔盐里,经一个在线后处理回路持续清除并用钍-232或铀-238替换。锕系元素仍保留在反应堆里直到它们裂变或转变成更高的锕系元素。熔盐堆燃料循环的高放废物只包含裂变产物,放射寿命短;产生的武器级裂变材料很少;燃料使用量少;由于采用非能动冷却,做成任何尺寸的这种反应堆均十分安全。

小型核反应堆应用

由于不同国家的国情不同,对小型堆应用的领域和目标也有所不同。

中国内陆广大地区、边远地区,受地理位置、地址、气象、冷去水源、运输、电网容量和融资能力等条件限制,大型核电设备的应用受很大制约,而小型堆可以满足这些地区的发电需求。中国城市供热对能源的需求量居世界前列,开发小型堆“以核代煤”发展核能供热是解决大气污染和二氧化碳减排问题的有效途径。同时,中国也是世界上水资源严重缺乏的国家之一,用核能进行海水淡化是现实的解决途径。

美国目前小型堆的呼声很高,一方面是可以减少投资和缩短建造周期,另一方面可实现更高的安全性。其主要用于取代逐渐退役的化石燃料电厂。

俄罗斯地域辽阔,冬季采暖需大量热源,人口分散,海岸线绵长,资源竞争激烈。其对小型堆的开发应用重点在于浮动核电站,为边远地区城市供电和供热。

发展中国家经济实力有限、电网容量不足,大型核电设备更多局限于少数经济发达大国。小型堆建设和运行先对简单、安全、经济性强,可满足发展中国家电力需求。

对小型堆的期待

小型堆被视为“核能工业的转折点”,是“游戏改变者”,“开创了核能多用途的新时代”。小型堆的多重价值,未来将为核能行业增添新的发展空间。

期待“心理安全”与“技术安全”的结合。核能始终没有放松的安全,同样存在于小型堆的应用中。而公众“心理安全”的最终支撑,还是技术安全。这应包括在小型堆建设和小型堆运行中的管理流程技术等。小型堆的建设推广,要有足够的宣传和科普介入,实现民众对小型堆有足够的认可和踏实的接受,避免因信息不对称造成的“反核”情绪。

期待小型堆除发电外的多用途。小型堆将成为热电冷三联供的理想热源已经是业界共识:其最大的市场优势,是有利于实现高度的安全性和具有高效率的电、热、汽、水联产能力,从而具有较好的经济性,能适应不同的需求。此外,小型堆为破冰船和海上船舰、火箭提供动力也是业界关注的焦点之一。核能用于空间技术的研发也一直在探索中。有关核能领域的专家曾指出,“俄罗斯在该领域研究已经抢先世界一步,要想实现载人火星探测,必须要以核能为动力”。

原标题:小型核反应堆解析 开启核能新时代
投稿与新闻线索:陈女士 微信/手机:13693626116 邮箱:chenchen#bjxmail.com(请将#改成@)

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