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核能的未來:除了發電,還可以怎么用?

隨著核工業結束了充滿挑戰的十年,能源的擁護者正在權衡如何將下一代反應堆納入美國能源市場,該能源市場日益關注碳排放。他們不僅僅是計劃發電。核能開發商正在尋找替代用途,從制氫到海水淡化,用于下一代更小,更靈活,更高效的反應堆概念如果他們獲得監管部門的批準。業內領導者押注,贏得新市場可以扭轉成本超支,競爭壓力和電廠關閉的局面,而這些都是在21世紀第一個十年爆發的。隨著廉價天然氣和可再生能源以及電力需求的穩定,這在財務上將損害較大的傳統核電站。預計新的收入來源可能會在未來幾十年內幫助核電行業維持生計。核能研究所NEI首席執行官瑪麗亞·科爾斯尼克在最近對EE News的采訪中說:有了這些進入核能市場的新事物,我認為這是一次看到創新的絕好機會。

 

這項創新的成功取決于一系列小型模塊化反應堆(SMR)和先進反應堆設計概念能否在未來二十年內獲得聯邦批準。核電公司一直在努力擴大其在美國的業務,這主要是由于巨大的高價格標簽和對新建傳統核能發電廠的監管擔憂。NUSCALE高管們上個月對《 EE News》表示,經過近十年的艱苦努力,總部位于俄勒岡州的NuScale Power是第一家尋求核監管委員會NRC批準其SMR設計的公司。他們希望NRC明年發布決定。

 

能源部已啟動了國家反應堆創新中心NRIC,以幫助公司進一步開發新的反應堆設計,并驗證其進一步部署的能力。所有這些確實表明,能源部肯定會通過提供空間,土地和設施以及專業知識來確保在美國展示新的核技術,以確保民營研發企業可以在美國這樣做。” 核能部長麗塔·巴蘭瓦爾(Rita Baranwal)上個月在接受EE News采訪時表示。

 

國會山還希望發揮核能在發電以外的潛力。參議員吉姆·里施(R-Idaho)和喬·曼欽(Joe Manchin)(D-W.Va。)今年早些時候提出了立法,以幫助擴大美國能源部的核研究計劃,包括下一代反應堆可以在電力生產之外找到用途的方式。法案S. 2702將每年將授權5,000萬美元以支持這些研究方向。里施在一份聲明中說:核能擁有超越傳統用途的巨大潛力。

 

1、氫能

 

 

氫燃料被認為是21世紀潛在的清潔能源游戲規則改變者,有助于減少從運輸到農業的多個部門的溫室氣體排放。它也被視為核工業下一代反應堆的一個增長領域,因為可以利用它們的高溫和能量從蒸汽中篩出氫分子。NuScale創始人約瑟·雷耶斯(Jose Reyes)在最近的一次采訪中表示:真正影響碳減排的地方不只是提供電力,那只是有助于電網系統減排,而且現在我們甚至可以開始影響交通運輸部門。他補充說:交通運輸行業有巨大的利益。雷耶斯估計,NuScale的六模塊小型反應堆設計之一每天可產生約200公噸氫氣,足以為約60,000輛氫能汽車供能。

 

即便如此,穩定的氫生產收入可能仍需要擴大氫運輸部門,這將需要大量的投入。美國能源部已經開始投入研究資金,以研究現有核電站艦隊可能具有的制氫能力。9月,部門宣布了1100萬美元用于三個核電廠的三個氫氣生產示范項目:FirstEnergy Solutions Corp.在俄亥俄州的Davis-Besse工廠,Arizona Public Service Co.在亞利桑那州的Palo Verde工廠以及Xcel之一 能源公司在明尼蘇達州的兩個核電站。美國能源部輕水反應堆可持續性項目的負責人布魯斯·霍爾伯特在宣布這些項目的聲明中說:這些首創項目代表了改善輕水反應堆工業的長期經濟競爭力的重大進展。

 

2、與新能源攜手前行

 

 

對于DOE的一個氫氣生產示范項目,Xcel Energy將測試其公用事業的其他可再生資產(如風能)得到更多使用時,其核電站是否可以轉換為生產氫氣的方法。該計劃可以使核能在其他電源發電量不足的情況下恢復發電。這種靈活的相互作用是下一代反應堆如何運行的一種愿景,即與可再生能源配對,相輔相成,而不是與他們在電力市場競爭。

 

NEIKorsnick說:您可以想像未來的核能資產:如果電網需要電,那么它可以全部并入電網。” “比如說,這是一個多風的晴天,現在您需要的少了一些;您可以轉向然后說,'好吧,我要再制造氫氣一段時間''我要輸送我的蒸汽轉移到其他地方,或者我將運行海水淡化工廠一段時間,然后突然太陽下山了,突然間風停止吹,突然之間電網需要這種支持,然后您可以退回到發電狀態。隨著電力公司希望將間歇性資源(如風能和太陽能資源)與天然氣廠或電池儲能裝置相結合,以增加清潔能源的使用并達到氣候目標,這種靈活性匹配已在起作用。

 

支持者說,當太陽不發光或風不吹來時,SMR可以提供相同類型的備用電源。但他們表示,通過避免使用天然氣,這將帶來更多的碳節省---這是核能的潛在賣點,因為一些州希望在2050年之前實現零碳凈排放目標。

 


3
、水淡化

 

許多核倡導者已經呼吁下一代反應堆來滿足將鹽水轉化為飲用水所需的高耗能需求。聯合國稱,世界近五分之一的人口無法直接獲得清潔的飲用水。隨著氣候變化改變了全球的水供應,部署額外的海水淡化設施已成為一種可能的解決方案。支持者說,核能通過產生無碳的能源和多余的熱量,可以將海水冷凝成飲用水。

 

NuScale董事長兼首席執行官約翰·霍普金斯(John Hopkins)在華盛頓特區美國核協會ANS冬季會議上接受EE新聞采訪時說:對我來說,淡化的能量需求將會很大。”“如果您擁有一個像南非開普敦這樣的小鎮,那里有370萬人,那里沒有水。一個12模塊組成的(小型模塊化反應堆)可以為該規模的城市提供飲用水所需的能源。核能必須與其他能源競爭,例如太陽能,太陽能已越來越多地被用來幫助海水淡化設施。

 

 

4、先進制造業

 

反應堆開發人員正在考慮使用其技術來制造用于先進制造的原材料。在某些情況下,制造業可能只需要大量高質量的蒸汽。Korsnick說,行業可以提供這一點。她說:突然之間,您正在制造的產品-不只是電子產品。美國能源部最近向一項由比爾·蓋茨支持的先進核能公司TerraPower的合作伙伴關系提供了超過100萬美元的贈款,該合作伙伴關系研究使用煤炭生產碳纖維的情況。

 

該研究與懷俄明州的拉馬科碳公司(Ramaco Carbon)一起,將研究核技術產生的高熱量如何幫助將煤轉化為產品,從而使化石燃料獲得第二生命,而不只是發電。如今,大多數碳纖維均來自石化產品聚丙烯腈。該公司表示,這種新工藝可能有助于降低成本,使碳纖維更易于用于交通運輸領域,該材料的強度和耐熱性可以使車輛更安全,更省油。TerraPower集成能源系統項目經理兼創新工程師Josh Walter說:我們相信我們可以使用煤元素(而不是石化產品)來制造碳纖維前驅體,并通過以無碳排放形式的能源對其進行加熱來提取碳纖維前驅體。” 將來可能是核能。



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