科学家提出“核电池”概念 为无碳能源提供新途

2021-06-27 要康 未知
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据外媒报道,一组核专家最近在美国国家工程院的期刊《The Bridge》上建议,我们可能正处于核电新模式的边缘。他们说,就像大型、昂贵的集中式计算机让位于今天广泛分布的个人电脑一样, 新一代相对微小和廉价的工厂建造的反应堆即将出现 ,其设计类似于插入超大电池的自主即插即用操作。这些拟议的系统可以为工业流程提供热量,或者为军事基地或社区提供电力,在无人看管的情况下运行5到10年,然后用卡车运回工厂进行翻新。
 
 
  研究作者们--麻省理工学院东电核科学与工程教授Jacopo Buongiorno、GenH公司的创始人Robert Frida、爱达荷州国家实验室的Steven Aumeier和美国战略司令部的退役指挥官Kevin Chilton--将这些小型发电厂称为 "核电池"。研究人员说,由于其操作简单,它们可以在世界电力系统的去碳化中发挥重要作用,以避免灾难性的气候变化。麻省理工学院新闻网要求Buongiorno描述他的小组的建议。
 
  问:小型模块化核反应堆的想法已经讨论了好几年。这个关于核电池的建议有何不同?
 
  答:我们描述的装置将工厂制造和模块化的概念发挥到了极致。早期的建议是研究100至300兆瓦电力输出的反应堆,这是传统的“大野兽”,即千兆瓦级的大核反应堆的1/10。这些可以由工厂建造的部件组装而成,但它们仍然需要在现场进行一些组装,并需要大量的现场准备工作。因此,与传统的工厂相比,它是一个改进,但不是一个巨大的改进。
 
  这种“核电池”概念确实是一个不同的东西,因为这些机器的物理规模--大约10兆瓦。它是如此之小,以至于整个发电厂实际上是在工厂里建造的,适合在一个标准的集装箱内。我们的想法是将整个发电厂,包括一个微反应器和一个将热能转换为电能的涡轮机,装进集装箱。
 
  从经济角度来看,这提供了几个好处。你正在将你的项目和技术与施工现场完全脱钩,在过去的20年里,施工现场一直是核电项目所有可能的进度延迟和成本超支的来源。
 
  这样一来,它就成了一种按需分配的能源。如果客户想要热能或电力,他们可以在几个月内,甚至几周内得到,然后就可以即插即用。这台机器到达现场,仅仅几天后,你就开始得到你的能源。所以,它是一个产品,不是一个项目。这就是我喜欢的特点。
 
  问:你谈到有可能广泛分布这种装置,甚至包括在住宅区为整个社区供电。人们对这些设备的安全性有多大信心?
 
  答:它非常坚固--这就是卖点之一。首先,由于各种原因,它的规模小是好事。首先,产生的总体热量与功率成正比,这是小的。但更重要的是,它有一个高的表面体积比,因为它也很小,这使得它在任何情况下都更容易保持冷却。它是被动冷却的,达到了没有人需要做任何事情的程度。你甚至不需要打开一个阀门或任何东西。该系统会会自行处理。
 
  它也有一个非常坚固的安全壳结构围绕着它,以防止任何辐射的释放。没有传统的大混凝土圆顶,而是有钢壳,基本上将整个系统包裹起来。至于安全问题,在大多数地点,我们设想这些将位于地面以下。这提供了一些保护和物理安全,防止外部攻击者。
 
  至于其他安全问题,你知道,如果你想想著名的核事故,三里岛、切尔诺贝利、福岛,所有这三个问题都是由这些核电池的设计所调解的。因为它们是如此之小,基本上不可能从任何事件序列中得到那种结果。
 
  问:我们如何知道这些新类型的反应器将工作,以及需要发生什么才能使这种装置广泛使用?
 
  答:美国宇航局和洛斯阿拉莫斯国家实验室已经做了一个类似的示范项目,他们称之为微反应器,用于空间应用。从开始设计到制造和测试,他们只花了三年时间。而且它花费了2000万美元。它比传统的大型核电站小了好几个数量级,后者动辄花费十几亿,需要十年或更长时间来建造。
 
  现在也有不同的公司在开发他们自己的设计,而且每一个都有点不同。西屋电气公司已经在研究这种“核电池”的一个版本(尽管他们没有使用这个术语),他们计划在两年内运行一个示范装置。
 
  下一步将是在拥有广泛的核反应堆系统测试设备的国家实验室之一建立一个试验工厂,例如爱达荷国家实验室。他们有一些正在改造的设施,以适应这些微反应器,而且他们有额外的安全层。因为这是一个示范项目,你要确保如果发生你没有预见到的事情,你不会有任何释放到环境中。
 
  然后,工厂可以通过一个加速测试项目,使其遭受比正常运行中遇到的更极端的条件。你基本上是滥用它,并通过直接测试表明它可以承受所有这些外部负载或情况而不超过任何故障限制。而一旦它在严格的条件下被证明,广泛的商业安装可以很快开始。
 
  这些“核电池”非常适合在非常不同的经济部门创造复原力,通过提供稳定可靠的电源来支持对太阳能和风能等间歇性可再生能源的日益依赖。而且,这些高度分布式的系统也可以帮助缓解电网的压力,因为它们被安置在需要输出的地方。这可以对电网的任何中断提供更大的弹性,并几乎消除了传输损失的问题。如果这些系统像我们设想的那样普及,它们可以为减少世界的温室气体排放做出重大贡献。