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美国研发1兆瓦微型反应堆 像是一个“核电池”

2022-06-20 13:25来源:国际能源小数据关键词:小型堆核反应堆核电收藏点赞

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CNBC报道:核电反应堆需要庞大的建设规模和近10年的时间,经常出现成本超支。一旦最终建成,监测和维护它们还需要数十名训练有素的专家。但亚西尔·阿拉法特认为,核能不一定要这样。

(来源:微信公众号“国际能源小数据” 作者:E Small Data)

阿拉法特是美国政府杰出的核研究实验室之一爱达荷国家实验室微反应堆项目的技术负责人,领导着建造一个小型、相对廉价的核反应堆的工作。他说,这更像是一个核“电池”。

阿拉法特在美国上大学之前在孟加拉国长大,他有一种帮助世界脱碳的强烈紧迫感。在孟加拉国,气候变化的影响已经成为当前日常生活的一部分。核能不会产生任何温室气体排放,阿拉法特希望通过建造一个微型反应堆技术来帮助该行业的发展,从而为解决气候变化问题做出贡献。

阿拉法特告诉CNBC,该项目被称为Marvel反应堆,是“微反应堆应用研究验证与评估”( Microreactor Applications Research Validation and Evaluation)项目名称的首字母缩略词,目标是在2023年12月前运行首堆,使其成为美国第一个先进的微反应堆。

爱达荷国家实验室在阿拉法特的领导下,于2020年6月开始设计和建模Marvel反应堆项目。阿拉法特表示,如果建成,Marvel微型反应堆“将是第一个能够证明如何真正将核系统微型化为便携式和可运输的设备,并能够向最终客户输送热量和电能的反应堆”。

已经有很多私营公司——包括Oklo、Westinghouse(阿拉法特在那里工作了十年)和General Atomics——在开发微型反应堆,他们的目标都是要开发一种无排放、可靠的能源。一个微型反应堆装机1至5兆瓦。可以为1000到10000人的社区供电,无论是医院还是偏远的军事基地。美国目前的电网是基于一个集中发电并将其分配给最终用户的系统,但微反应堆是电网未来愿景的一个组成部分,电网集中度较低,抵御自然灾害的能力更强。

阿拉法特说,微型反应堆不仅是偏远地区或小型社区的潜在清洁能源选择,还可能是未来清洁能源电网的关键组成部分,包括可再生太阳能、风能和电池储能。核能是一种基本负荷能源,这意味着它可以在不刮风、不晒太阳的情况下提供能量,为间歇的可再生能源提供支持。

与传统轻水反应堆相比,小型模块化核反应堆的建造难度要小几个数量级,微型反应堆更简单。阿拉法特说:“整个硬件可以在工厂里制造,就像制造汽车或汽车的方式一样。”这样一来,每年可以生产数百个微反应堆。从工厂开始,微反应堆设备可以运输到客户所在地,添加燃料并启动。在不到一周的时间内就部署一个微型反应堆。因此它更像是一个核电池,而不是一个大型发电厂。如果我们真的能够制造这些系统,并利用工厂规模化制造的优势,可以使它们足够便宜,适合全国每个社区使用。”

微反应堆使用一种不同的燃料,其浓缩程度略低于核不扩散要求设定的20%的限值。这种被称为HALEU(高纯度低浓缩铀)的燃料使反应堆变得更小。阿拉法特说:“我们实际上可以建造一个效率更高、结构更紧凑、体积更小的堆芯。因此,我们实际上需要更少的燃料来运行反应堆,这是最大优势。”

小型化和工厂化制造意味着,微核反应堆的建造成本将比传统轻水反应堆低得多,因为传统轻水反应堆长期遭遇工期拖延、预算超支问题。例如佐治亚州Vogtle工厂正在建造的第三和第四座反应堆已成为成本核电超支的臭名昭著的例子。

第一批出厂的微型反应堆可能会部署在没有廉价可靠清洁能源替代品的地方,如阿拉斯加的偏远社区。阿拉法特告诉CNBC:“目前,偏远地区唯一可行的技术是柴油发电机。如果我们能用这样的微型反应堆来取代这些柴油发电机,肯定会比目前支付的费用要经济得多。”

阿拉法特还表示,由于微型反应堆将位于能源使用地附近,因此传输成本几乎为零。阿拉法特说,微反应堆也比传统反应堆需要更少的人员和更少的维护工作,部分原因是它们的燃料只需要五到十年更换,而轻水反应堆则需要不到两年的时间更换。

阿拉法特说:“因此,从热量产生、热量传输、热量排出到热量排出,所有这些冷却剂回路都是被动式完成的,没有任何工程系统。如果出现极端天气情况,对这些系统的运行或安全几乎没有影响。”

美国核学会工业贸易组织主席史蒂夫·奈斯比特支持微核反应堆的技术,特别是Marvel项目,但他警告说这一技术不会成为脱碳的灵丹妙药。他表示,“我确实认为这一技术有未来,但解决我们的清洁能源需求的能力有限。微反应堆非常适合使用微电网的偏远地区,但还是传统电网所需的吉瓦级清洁发电手段。”

阿拉法特认为Marvel项目还有一个更大的目的:几十年来首次在美国展示核创新的能力,我们可以拭目以待。


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