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核電池什么時候問世?科學家表示“快了”!

據外媒報道,一組核專家最近在美國國家工程院的期刊《The Bridge》上建議,我們可能正處于核電新模式的邊緣。


他們說,就像大型、昂貴的集中式計算機讓位于今天廣泛分布的個人電腦一樣,新一代相對微小和廉價的工廠建造的反應堆即將出現,其設計類似于插入超大電池的自主即插即用操作。這些擬議的系統可以為工業流程提供熱量,或者為軍事基地或社區提供電力,在無人看管的情況下運行5到10年,然后用卡車運回工廠進行翻新。


研究作者們--麻省理工學院東電核科學與工程教授Jacopo Buongiorno、GenH公司的創始人Robert Frida、愛達荷州國家實驗室的Steven Aumeier和美國戰略司令部的退役指揮官Kevin Chilton--將這些小型發電廠稱為"核電池"。研究人員說,由于其操作簡單,它們可以在世界電力系統的去碳化中發揮重要作用,以避免災難性的氣候變化。麻省理工學院新聞網要求Buongiorno描述他的小組的建議。


問:小型模塊化核反應堆的想法已經討論了好幾年。這個關于核電池的建議有何不同?


答:我們描述的裝置將工廠制造和模塊化的概念發揮到了極致。早期的建議是研究100至300兆瓦電力輸出的反應堆,這是傳統的“大野獸”,即千兆瓦級的大核反應堆的1/10。這些可以由工廠建造的部件組裝而成,但它們仍然需要在現場進行一些組裝,并需要大量的現場準備工作。因此,與傳統的工廠相比,它是一個改進,但不是一個巨大的改進。


這種“核電池”概念確實是一個不同的東西,因為這些機器的物理規模--大約10兆瓦。它是如此之小,以至于整個發電廠實際上是在工廠里建造的,適合在一個標準的集裝箱內。我們的想法是將整個發電廠,包括一個微反應器和一個將熱能轉換為電能的渦輪機,裝進集裝箱。


從經濟角度來看,這提供了幾個好處。你正在將你的項目和技術與施工現場完全脫鉤,在過去的20年里,施工現場一直是核電項目所有可能的進度延遲和成本超支的來源。


這樣一來,它就成了一種按需分配的能源。如果客戶想要熱能或電力,他們可以在幾個月內,甚至幾周內得到,然后就可以即插即用。這臺機器到達現場,僅僅幾天后,你就開始得到你的能源。所以,它是一個產品,不是一個項目。這就是我喜歡的特點。


問:你談到有可能廣泛分布這種裝置,甚至包括在住宅區為整個社區供電。人們對這些設備的安全性有多大信心?


答:它非常堅固--這就是賣點之一。首先,由于各種原因,它的規模小是好事。首先,產生的總體熱量與功率成正比,這是小的。但更重要的是,它有一個高的表面體積比,因為它也很小,這使得它在任何情況下都更容易保持冷卻。它是被動冷卻的,達到了沒有人需要做任何事情的程度。你甚至不需要打開一個閥門或任何東西。該系統會會自行處理。


它也有一個非常堅固的安全殼結構圍繞著它,以防止任何輻射的釋放。沒有傳統的大混凝土圓頂,而是有鋼殼,基本上將整個系統包裹起來。至于安全問題,在大多數地點,我們設想這些將位于地面以下。這提供了一些保護和物理安全,防止外部攻擊者。


至于其他安全問題,你知道,如果你想想著名的核事故,三里島、切爾諾貝利、福島,所有這三個問題都是由這些核電池的設計所調解的。因為它們是如此之小,基本上不可能從任何事件序列中得到那種結果。


問:我們如何知道這些新類型的反應器將工作,以及需要發生什么才能使這種裝置廣泛使用?


答:美國宇航局和洛斯阿拉莫斯國家實驗室已經做了一個類似的示范項目,他們稱之為微反應器,用于空間應用。從開始設計到制造和測試,他們只花了三年時間。而且它花費了2000萬美元。它比傳統的大型核電站小了好幾個數量級,后者動輒花費十幾億,需要十年或更長時間來建造。


現在也有不同的公司在開發他們自己的設計,而且每一個都有點不同。西屋電氣公司已經在研究這種“核電池”的一個版本(盡管他們沒有使用這個術語),他們計劃在兩年內運行一個示范裝置。


下一步將是在擁有廣泛的核反應堆系統測試設備的國家實驗室之一建立一個試驗工廠,例如愛達荷國家實驗室。他們有一些正在改造的設施,以適應這些微反應器,而且他們有額外的安全層。因為這是一個示范項目,你要確保如果發生你沒有預見到的事情,你不會有任何釋放到環境中。


然后,工廠可以通過一個加速測試項目,使其遭受比正常運行中遇到的更極端的條件。你基本上是濫用它,并通過直接測試表明它可以承受所有這些外部負載或情況而不超過任何故障限制。而一旦它在嚴格的條件下被證明,廣泛的商業安裝可以很快開始。


這些“核電池”非常適合在非常不同的經濟部門創造復原力,通過提供穩定可靠的電源來支持對太陽能和風能等間歇性可再生能源的日益依賴。而且,這些高度分布式的系統也可以幫助緩解電網的壓力,因為它們被安置在需要輸出的地方。


這可以對電網的任何中斷提供更大的彈性,并幾乎消除了傳輸損失的問題。如果這些系統像我們設想的那樣普及,它們可以為減少世界的溫室氣體排放做出重大貢獻。



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