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快堆——原型行波堆——商业驻波堆
“行波堆(TWR)是泰拉能源公司对原位增殖焚烧快堆的称呼,现在开发的实际是驻波堆方案,这是行波堆概念结合工业技术可实现性的一个拓展。考虑到技术的延续性,泰拉公司当前的技术路线首先从金属燃料常规快堆方案出发,首先建成可进行测试实验的原型行波堆(TWR-P)。
通过在原型行波堆进行充分的试验和材料的辐照测试,逐步进行技术积累,最终实现商业驻波堆(TWR-C)的型号研发并推广。但是,由于目前行波堆的部分关键系统与设备的成熟度较低,仍存在一系列严峻的技术挑战,尤其是商业行波堆燃料材料的技术开发与测试验证存在较大技术风险。”原子能院行波堆中美合作项目技术负责人喻宏介绍。
在泰拉能源的计划表上,2015年-2025年为原型堆的设计、研发和建造阶段,在完成原型堆的设计后,在其建造、调试和早期运行期间,将完成商用行波堆的详细设计和策划。
为了提高行波堆的现实可行性,泰拉能源将行波的概念与钠冷快堆相结合,提出了点火区与增殖区组件倒料的策略,在充分利用已经相对比较成熟的快堆技术的基础上,通过在布料和倒料策略上的优化,以实现行波并提高燃料利用率。
目前泰拉能源和中核集团准备合作研发的600MW的原型堆TWR-P,实质上是一种有倒料操作的金属燃料钠冷快堆。
行波堆与传统钠冷快堆有很多共性技术,很多系统、设备,包括用钠,都是相通的,不同的在于堆芯和燃料。行波堆与普通钠冷快堆最大的差别在于核燃料在堆内需要经历数十年的辐照,因此其核燃料在堆内的服役性能研究就显得尤其重要。
在2015年4月举行的行波堆联合技术评估专家审查会上,泰拉能源透露,他们已经通过美国爱德华国家实验室、法国阿海玛、美国韦里迪安公司完成了行波堆燃料测试组件的设计、加工、燃料棒束的流量试验,在俄罗斯BOR60正在进行材料辐照测试。
行波堆知识产权有中国一份
由于在快堆技术方面的优势,泰拉能源选择了中核作为合作伙伴。
不同于引进项目,中美拟在行波堆领域开展的合作,是中美两大国在高科技领域的联合开发工作,计划由中美双方共同出资金、出技术、出人才,完成从科研到工程阶段的技术研发和设计,共享知识产权。在此基础上,完成原型堆项目的工程建设,和未来面向全球的商业化推广。
2015年8月底,中核集团组织的行波堆独立技术评估报告专家评审会上,专家认为:行波堆技术是提高铀资源利用率实现核能可持续发展的可选堆型,美方提出的原型堆—商业堆的技术路线是合理可行的。与美方开展行波堆合作符合中国及中核集团的核能发展战略方向,与目前中国开展的快堆技术路线可以相辅相成、相互促进,有利于促进核能产业技术升级和可持续发展。
专家们指出了金属燃料快堆燃料的先进形式和发展方向。通过国际合作开展金属燃料快堆研发、关键设备研制和原型堆项目建设有助于加快以传统快堆为主的第二步核能战略的实现,缩短战略进程。
除此之外,由于行波堆的防核扩散性,与其他先进核能系统相比,行波堆是中核集团和泰拉能源一起打造的、最有可能向第三世界国家推广的核电项目,具有重要的商业价值。
如今,泰拉能源公司目前已完成原型行波堆堆芯的部分概念设计,正在计划进入工程设计阶段,有望在2023年前成功建造行波反应堆的原型堆。
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