“核电电池”为无碳能量提供了一种新方法

麻省理工学院核电池概念

这种切除的麻省理工学院核电池概念的渲染显示了重要的部件,如仪表和控制模块,电抗器和电源模块。信贷:由研究人员提供

Jacopo Buongiorno和其他人称,工厂制造的MicroreActors卡车运输到使用网站可能是一种安全,有效的脱碳电力系统的选择。

我们可能是核电的新范式的边缘,最近建议的一批核专家在桥上,国家工程学院学报。多样,昂贵和集中的计算机,给出了今天广泛分布的PC,这一新一代相对微小且廉价的工厂制造的反应堆,专为类似于超大电池插入而设计的自动停电和播放操作,是他们说,在地平线上。

这些拟议中的系统可以为工业过程提供热量,或为军事基地或社区提供电力,在无人看管的情况下运行5至10年,然后用卡车运回工厂进行翻新。作者:Jacopo Buongiorno,麻省理工学院东京电力公司核科学与工程教授;Robert Frida, GenH的创始人之一;爱达荷国家实验室的Steven Aumeier;退休的美国战略司令部司令凯文·奇尔顿把这些小型发电厂称为“核电池”。研究人员说,由于操作简单,它们可以在全球电力系统脱碳、避免灾难性气候变化方面发挥重要作用。麻省理工学院新闻请Buongiorno描述他的小组的建议。

问:已经讨论了较小的模块化核反应堆的想法几年。是什么使核电池的提案不同?

答:我们所描述的单元将工厂制造和模块化的概念发挥到了极致。早些时候的提议考虑的是发电量在100到300兆瓦之间的反应堆,这比传统的大型反应堆,即兆瓦级的大型核反应堆要小10倍。它们可以用工厂生产的部件组装,但仍需要现场进行一些组装和大量的现场准备工作。所以,这是对传统植物的改进,但不是很大的改进。

这种核电池概念是由于这些机器的物理规模 - 约10兆瓦的实际情况。这很小,整个电厂实际上是在工厂内置的,并适合标准容器内。该想法是适合整个发电厂,该电厂包括微反应器和将热量转换为电力的涡轮机进入容器中。

从经济角度来看,这提供了几个好处。你们完全将你们的项目和技术与建筑工地分离开来,建筑工地一直是过去20年核电项目所有可能的进度延迟和成本超支的根源。

这样就可以按需成为能量的种类。如果客户想要热量或电力,他们可以在几个月甚至几周内获得它,然后它是即插即用。这台机器到达了网站,几天后,开始让能量。所以,它是一个产品,它不是一个项目。这就是我喜欢表征的方式。

问:您讨论潜在的各种单位广泛分布,包括甚至在住宅区到电力全社区。人们对这些植物的安全有多自信?

答:它非常强大 - 这是卖点之一。首先,由于各种原因很小的事实是有益的。对于一件事,产生的总热量与小的功率成比例,这是小的。但更重要的是,它具有高度的表面到体积比,因为再次,它很小,这使得在所有情况下保持凉爽的程度更容易。它被动地冷却到没有人必须做任何事情的点。您甚至不需要打开阀门或任何东西。系统负责自己。

它还具有非常坚固的遏制结构,以防止任何辐射释放。而不是传统的大型混凝土圆顶,有钢壳基本上封装了整个系统。至于安全性,在大多数网站上,我们设想这些将位于等级以下。从外部攻击者提供一些保护和物理安全性。

对于其他安全问题,您知道,如果您想到着名的核事故,三英里岛,切尔诺贝利,福岛,这些问题的所有三个问题都是通过这些核电电池的设计介绍的。因为它们是如此之小,所以基本上是不可能从任何事件序列中获得这种类型的结果。

问:我们如何知道这些新型的反应堆将工作,并且需要发生什么,以便这些单位广泛使用?

答:美国宇航局和洛杉矶阿拉莫斯国家实验室已经做了类似的示范项目,他们称之为微反应器,适用于空间应用。从设计开始到制造和测试,它只需要三年。它花了20万美元。它比传统大型核电站小的数量级,容易成本十亿加上,并且需要十年或更长时间。

现在还有不同的公司开发自己的设计,每个人都有点不同。Westinghouse已经在致力于这种核电电池的版本(尽管他们没有使用该术语),他们计划在两年内运行示范单位。

下一步将是在一个国家实验室之一建立一个试点工厂,该工厂拥有丰富的测试核反应堆系统,例如爱达荷国家实验室。它们有许多设施被修改以容纳这些微反应器,它们具有额外的安全层。因为它是一个演示项目,所以你想确保如果发生某些事情,你没有预见,你没有任何向环境发布。

然后,核电站可以通过一个加速的测试程序,使其处于比正常运行时更极端的条件下。您实际上是在滥用它,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。一旦在严格的条件下被证明,广泛的商业安装将很快开始。

通过提供稳定可靠的电力来源,以支持对间歇性可再生能源(如太阳能和风能)的日益依赖,这些核电池非常适合在非常不同的经济部门创造弹性。而且,这些高度分布式的系统也可以通过放置在需要输出的地方来帮助减轻电网的压力。这可以为电网的任何中断提供更大的弹性,并几乎消除传输损耗的问题。如果这些技术像我们预想的那样普及,它们将为减少世界温室气体排放做出重大贡献。

参考文献:Jacopo Buongiorno、Robert Freda、Steven Aumeier和Kevin Chilton于2021年6月14日发表的《释放核能潜力,建立新的、有弹性的全球能源工业模式的战略》,桥梁
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