裂变反应堆的未来可能很小

中国引领了对小型模块化核反应堆的探索——世界会效仿吗?

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一家人透过玻璃眺望远处的一座大楼

美国核能公司NuScale看到了小型模块化反应堆(SMRs)的巨大前景。

NuScale

海南岛在这座由混凝土和金属组成的紧凑迷宫中,一个可能的未来正在成形。去年七月,一只鹤升起上半部分的钢制安全壳到位。工人们正在缓慢而稳定地组装一个微型核反应堆。

这是玲珑一与目前主导核能的千兆瓦级大型项目相比,该项目的规模较小是一个巨大的转变。但是,如果一位坚持不懈的核乐观主义者是正确的,那么玲珑一号可能会成为清洁能源时代裂变未来的典范。

小型反应堆还不能拯救世界;根据国家的不同,仍有许多监管和后勤问题需要解决。但是,专家们表示,本世纪20年代可能有助于为未来几十年的核能发展奠定基础。

如果核反应堆是飞机,那么今天的SMR就是1910年代的双翼飞机。现在还在设计阶段。

“对于核工业来说,这真是一个令人兴奋的时刻,”他说小维克多·伊巴拉他是核创新联盟智库的核工程师。

当玲珑一号在2026年投入使用时,它的发电能力将达到125兆瓦(MWe),相当于大约40个陆上风力涡轮机。与大型反应堆(通常超过1,000 MWe)相比,125 MWe可能显得微不足道。毕竟,一个雄心勃勃的核反应堆设计师为什么要小型化呢?

部分原因是大型反应堆造价昂贵,而且容易延误。乔治亚州的两个1110兆瓦反应堆工厂号机组这是美国唯一在建的核电站,即将投入使用落后计划7年.法国弗拉芒维尔正在建造的1630兆瓦反应堆经历了十多年的拖延。更令人沮丧的是,核能的单位成本增长了26%2009年至2019年期间,太阳能和风能的价格反而大幅下跌。

尽管如此,一个坚定的共识仍然是,核能不仅仅是清洁能源转型所需要的这是必要的.但一些核能倡导者认为,把太多的核能鸡蛋放在一个大型项目的篮子里不是一个好主意。相反,他们认为,清洁能源的转变可能更适合于建造一批更小、更模块化的反应堆,比如玲珑一号。因此得名:小型模块化反应堆(SMRs)。

smr可能比现在的普通反应堆更小,但它们也更便宜,风险更低,更灵活。一个比喻是,建造SMR就像建造一架飞机,而不是建造一个机场。如果核反应堆是飞机,那么今天的SMR就是1910年代的双翼飞机。现在还在设计阶段。

一旦制造工艺规模扩大——如果真的能扩大的话——smr制造商希望能够在一个工厂里制造它们的部件,然后把它们运出去,然后在现场组装,就像组装平板裂变家具一样。

玲珑一号是目前在建的唯一一座。如果成功了,那就是中国据报道计划用它的设计为不计其数的建筑项目和海水淡化厂提供动力。让百花齐放。

除了两台改装的海军反应堆在俄罗斯北极的船上,世界上其他任何地方的其他SMR都是假设的。

“我认为,在未来15年、20年里,smr将有真正的机会商业化并广泛部署。”
——giorgio Locatelli,米兰理工大学

但是SMR计划并不短缺。至少七个不同的开发者计划在2030年之前在美国部署smr。其中大多数是示范反应堆,没有连接到更大的电网,但却是通往它的关键垫脚石。

目前,至少在中国以外,最大的SMR品牌可能是美国初创公司NuScale。该公司已经开发了77 MWe SMR;他们设想将4个、6个,甚至12个反应堆组合成更大的发电厂。NuScale计划在美国建立一家工厂爱达荷州到2030年;该公司参与了英国波兰,罗马尼亚也(另一方面,重要的是要记住,2010年光谱关于核能未来的故事其中有这样的预测:“NuScale正在与几家未公开的公用事业公司谈判,预计第一家工厂将于2018年投入运营。”)

12月,劳斯莱斯入围该公司希望最终能在英国建造一个470兆瓦反应堆所需的部件。罗尔斯·罗伊斯公司希望在2029年将第一个反应堆投入电网。

其他欧洲国家都表达了兴趣特别是与美国公司合作。捷克国有能源公司拨出该国南波西米亚地区的土地用于SMR项目。即使是传统的核大国法国,计划到2030年投资10亿欧元发展SMR产业。

他说:“我认为,在未来15年、20年里,smr将有机会实现商业化并得到广泛部署。乔治•Locatelli他是意大利米兰理工大学的核项目专家。

如今许多小型核反应堆的设计需要一种目前只有一家公司在销售的燃料——俄罗斯国有核能公司Rosatom的子公司。

然而,一股与之抗衡的力量——监管——长期以来一直因踩刹车而臭名昭著。

其中一些监管机构的担忧以未解之谜的形式出现。和大型反应堆一样,小尺寸反应堆也会产生核废料。(根据斯坦福大学和英属哥伦比亚大学最近的一项研究在美国,smr产生的核废料甚至比传统核电站还要多。)核当局将如何处理这些废料?没人知道这在一定程度上是因为每个反应堆的设计都是不同的,而且没有人能确定SMR反应堆在一二十年后会是什么样子。此外,一些分析师担心坏人可以利用某些SMR设计来制造武器级钚。

不过,现在还不要熄灭中国海岸以外的小微手机的蜡烛。一些核监管机构至少已经开始为小尺寸堆做出让步。

根据帕特里克·怀特他是核创新联盟的核监管专家,美国核管理委员会(USNRC)也是其中之一,与SMR开发商进行合作。2018年,美国国会授权USNRC为新的,未来的反应堆设计创造了一个新的过程。结果叫做一部分53怀特表示,该项目最早可能在2025年开放,但预计到2027年,该项目将成为SMR开发商的一个选择。第53部分会是什么样子还不确定。

英国政府一直在为smr提供支持和资金,打开2021年修改SMR开发商的监管审批流程;劳斯莱斯是第一个跟进的公司,另外六家公司也提出了申请。6月,法国、芬兰和捷克的监管机构宣布他们正在共同审查Nuward,一个部分由法国政府支持的SMR设计;他们说,这个项目是未来SMR授权的一次演练。

那么,SMR运营商从哪里获得燃料呢?

今天大多数的大型核反应堆使用的燃料是3%到5%铀- 235-天然可用的铀同位素,可以维持核连锁反应。虽然SMR的设计多种多样,但许多都需要5%至20%铀-235的燃料。后一种燃料被称为高含量低浓缩铀(HALEU)。如今,只有一家公司在商业上销售HALEU:Techsnabexport(TENEX)是俄罗斯国家原子能公司(rosatom)的子公司。

到目前为止,俄罗斯国家原子能公司一直没有因为俄罗斯入侵乌克兰而受到西方制裁。但对于许多潜在客户来说,TENEX仍然难以维持。例如,泰拉能源公司(TerraPower)希望在2028年在怀俄明州的一个废弃燃煤电厂启动一个示范SMR,延迟由于燃料问题,它的发射时间推迟了两年。

他说:“除了俄罗斯的盟友,这不仅仅是一个障碍,现在是一个赤裸裸的障碍。亚当•斯坦他是突破研究所的核能分析师。

美国已经开始刺穿它。2022年通货膨胀降低法案投资7亿美元用于研究和开发国内生产和运输HALEU的方法。伊巴拉对投资表示欢迎,但据他说,这是一个“中短期解决方案”。这可能还不够。一个估计建议补充后的HALEU要到2028年才能准备就绪。

对于许多对smr感兴趣的各方来说,HALEU可能是未来几年的关键目标:建立一个对俄罗斯依赖较少、不受全球地缘政治影响的全球HALEU供应链。欧洲或英国将如何回应——是让美国带头,还是自己采取行动,还有待观察。

对话(4)
Johnathan高尔特 2023年1月16日
INDV

因此,生产它们需要5年,而不是20年。他们的电力成本仍将是联合循环天然气工厂的3-4倍,我们仍将担心用于炸弹(核或“脏”)和废物处理的核材料被盗。

如果他们在50年前允许钍MSRs (LFTR)的设计工作继续进行,核能今天可能是清洁、安全、廉价的。太晚了,我们现在需要廉价能源。目前最有希望的解决方案似乎是闭环地热(目前这方面的领跑者似乎是Eavor dotcom公司)。

克里斯思文凯 2023年1月27日
INDV

20世纪50-60年代的MSRE是一个使用熔盐的示范反应堆。轻水堆的压力在300°C时达到2250psig,而熔盐在700°C和60 psig左右时,没有正的空隙系数。盐漏时就会结冰。

一种新的反应堆设计可以使用轻度再处理的核废料。利用采矿废料钍,成本极低,储量极丰富,但只是“肥沃”而已

没有钚进入衰变链。核能的主要问题是成本和不必要的恐惧。

Dumitru Butnariu 2023年1月17日
INDV

最好的解决方案是设计一个基于钍裂变的SMR模型!这样他们将避免可燃物供应和高风险的核废料问题。此外,Th更便宜,更容易找到,在裂变过程中,你可以添加其他经典的放射性废物进行中和。

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