小型堆 开启核能多用途的新时代

五十年代开始，核能已经从一种新的科研成果成为多个国家重要能源组成部分，满足了各国的电力需求。而近期，越来越多的国家对利用较小型核反应堆帮助满足工业和城市供热等多样化利用产生兴趣。

核反应堆的设计不止一种，但仅从全世界运行年限越来越久的大量轻水反应堆来判断是不会了解这一点的。几十年来，许多可能更优秀的反应堆类型一直只限于图纸上或还在试验阶段。现在，少数小公司表示，将这些先进理念商业化的最佳方式就是让核能搭上分布式能源的顺风车。

大型反应堆v.s 车载小堆

对于核能的未来，有一种愿景是使用更小型的千兆瓦级设施。发电站建设得小些，约为今日电站体积的三分之一或更小，会降低先期投入、提高场地灵活性，且所建的发电站还具备按需增设更多机组的能力。

但另一些人认为，是时候放弃轻水反应堆了。应该将反应堆实验设计现代化，实现从实验室到市场的跨越。

“一条新型创新道路正在浮现，”麻省理工学院核科学与工程系主任理查德•莱斯特(Rid  Lester)说，“创业公司正开始进入这一业务领域并试图开发新的核技术——这是一个大转变。”

例如，位于加拿大安大略省密西索加的陆地能源公司(Terrestrial  Energy)正在努力建造一个熔盐堆，20世纪60年代橡树岭国家实验室曾建造并运转过这种熔盐堆。

在传统的轻水反应堆中，铀棒是浸在水中的。铀核反应产生热量，热水不停地循环通过堆芯产生蒸汽，使汽轮机运转。在陆地能源公司的反应堆中，低浓缩铀燃料溶解于熔盐中。在泵和热交换器的辅助下，燃料与熔盐混合产生的热量又产生了蒸汽，从而进行发电。该公司表示，熔盐堆能够更充分地使用燃料中的可用能源，而且比水冷反应堆更加安全。其首席执行官西蒙•艾里什(Simon  Irish)说，倘若失去动力，反应堆产生的热量将消散，通过对流从堆芯传递到由固体盐组成的外壳层，这样就不需要泵来冷却和防止熔化了。

液态熔炉：在陆地能源公司的核反应堆中，铀溶解于堆芯的熔盐里。热交换器使热量从温度极高的堆芯向外传递，推动汽轮发电机运转。若泵失去了动力，热量便会被动地消散到固体盐缓冲区。

陆地能源公司的商业计划亦不落俗套。他们并非仅仅依靠建设发电站来服务公用事业，该公司的管理层认为他们可以在利基市场(包括加拿大偏远地区或岛屿国家等目前依赖柴油发电机发电的地方)中站稳商业脚跟。艾里什表示，熔盐反应堆既能发电也能产生高温热量，在许多工业环境中都很有用。

为了便于安装，主要部件需要小到能够装进轨道车或卡车。反应堆能够产生32.5兆瓦的电功率，为了保证它在退役之前能运转7年左右，需要对其进行密封。陆地能源公司计划今年晚些时候在加拿大开始走审批流程，到2016年准备好工程设计图。

“反应堆实验在实验室里获得成功后，若想进入市场，就要获得营业许可，你需要具备某些特征，也就是操作简便性以及可以用来向监管机构演示的安全预案，”艾里什说，“那就是我们创新的核心。

有些公司还想制造更小的分布式能源反应堆。波士顿优普技术公司(UPower  Technologies)的核电厂将利用一个海运集装箱大小的反应堆产生1～2.5兆瓦的电功率。堆芯容器中有一个金属块，其底部装有核燃料;嵌入金属块的管子里装了部分液体，它将通过对流把热量带走，而不用把水泵送到堆芯里。作为获得许可的第一步，优普公司正在设计散热系统测试方法。

魁北克的StarCore  Nuclear公司想建造一种商用高温气冷反应堆，这种反应堆是20世纪60年代德国开发的球床氦冷却设计的变体。用于产生热量的“颗粒”如网球般大小，其中含有燃料，通过氦气进行热传递。该公司高管表示，由于这种反应堆是在高温下运行的，所以这种设计在发电方面会更有效，若发生紧急事件或失去动力，反应堆可以通过自然循环进行冷却。

StarCore要完成计划，就要先建一家10兆瓦的电厂来生产电和热。与优普公司一样，StarCore最初也将选址定在偏远地区，比如那些需要花大价钱为采矿作业购买热和电的矿区。该公司的首席执行官戴维•达布尼(David  Dabney)说，希望能在5年内建成一套装置并投入使用，“如果我们幸运的话”。

StarCore的创始人认为未来会有多种不同的核技术，包括可以燃烧如今的废核燃料的反应堆。不过他们表示，要想走到那一步，新型核电需要从小处着手。“有许多别的反应堆可以提供很大的容量。”StarCore首席技术官戴维•阿什利•普尔(David  Ashley Poole)说，“我们也要做到那个地步，但初级阶段的反应堆要尽量简单、安全，能够走出实验室、进行实地建设并得到公众的认可。”

任何新型核技术要获得许可都需要花费几年的时间，而且可能也要花好几年才能让潜在客户与合作伙伴认可迷你核电站的概念。麻省理工学院的莱斯特教授认为，关键的时间段是21世纪20年代末至30年代初，那时美国可能有许多核电站退役。“这是场长期游戏，而且还要看这些创新者和投资者能否找到大公司进行技术商业化合作。”他说，“从环境来看，这并非一个不合理的赌注。”