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下載手機(jī)APP 美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)核工程教授雅格布·布翁焦?fàn)栔Z(JacopoBuongiorno)要西方發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體用“核電池”輔佐可再生動(dòng)力(太陽(yáng)能+風(fēng)能)體系“脫碳”，避免災(zāi)難性氣候改變[1]，一時(shí)讓人“摸不著頭腦”。幸虧，丹·尤爾曼(DanYurman)在《NeutronBytes》網(wǎng)站上做了充實(shí)性論說(shuō)[2]，使人能把許多情景聯(lián)絡(luò)起來(lái)，加深“理解”……
圖1核電池概念圖畫(huà)，包含(從左到右)儀控模塊、反應(yīng)堆、屏蔽和熱傳輸模塊以及發(fā)電模塊(MIT)
麻省理工學(xué)院(MIT)核科學(xué)與工程系(NSE)TEPCO(東京電力)教授雅格布·布翁焦?fàn)栔Z，正致力于開(kāi)發(fā)一種鞏固、小型、簡(jiǎn)便的核電池，能夠“旁路”電網(wǎng)，直接向終端用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)供給電力和熱能[3,4]。
這就把離網(wǎng)、分布式電力和社區(qū)微電網(wǎng)的理念結(jié)合在一起。核電池“群”不需要新的輸電線(xiàn)路，不需要電網(wǎng)升級(jí)，也不需要備用的儲(chǔ)能。它們無(wú)需接入電網(wǎng)，就可支撐單一設(shè)備、社區(qū)微電網(wǎng)，或其他當(dāng)?shù)氐膶?zhuān)門(mén)用處。
在MIT看來(lái)，當(dāng)前，一個(gè)核電池約可發(fā)生10兆瓦(MW)電力和/或熱能;也便是說(shuō)它的能量輸出，相當(dāng)于一個(gè)巨大的太陽(yáng)能或風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，但占地面積很小。
MIT先進(jìn)核能體系(CANES)中心主任布翁焦?fàn)栔Z說(shuō)，“核電池在地理上不受約束，可在任何緯度和任何氣候下脫碳。”他說(shuō)，這種分布式網(wǎng)絡(luò)便是為了“大大削減難以電氣化行業(yè)的碳排放。”它們會(huì)比國(guó)家目前依靠的老化、軟弱的電網(wǎng)更有彈性。
“咱們的大志很大，由于咱們正在處理的問(wèn)題巨大。[5]”
核電池概念并不新鮮。早在2004年，美國(guó)防先進(jìn)研討規(guī)劃局(DARPA)就在研討微型電源[6]。這種規(guī)劃運(yùn)用美國(guó)宇航局(NASA)的放射性同位素?zé)岷税l(fā)電設(shè)備(RTG)，作為先進(jìn)規(guī)劃概念的跳板。硅谷草創(chuàng)公司Oklo已在去年6月向美國(guó)核管會(huì)(NRC)提交1.5MW微堆規(guī)劃的許可證請(qǐng)求，NRC已承受請(qǐng)求;它還取得在愛(ài)達(dá)荷國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(INL)科技園區(qū)現(xiàn)場(chǎng)制作的廠址許可證，很有或許在2026年前后建成，成為美國(guó)多年來(lái)首個(gè)先進(jìn)核反應(yīng)堆……
核電池聯(lián)盟的組成
2021年1月，布翁焦?fàn)栔Z和美國(guó)動(dòng)力部國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、動(dòng)力和制造業(yè)、法律和修建公司的一群協(xié)作者宣告成立非營(yíng)利的聯(lián)盟，即先進(jìn)核能與出產(chǎn)專(zhuān)家組(ANPEG)[7]。這個(gè)首字母縮寫(xiě)有意與MPEG相呼應(yīng)，MPEG是數(shù)字圖畫(huà)和視頻媒體編碼的國(guó)際規(guī)范。
ANPEG是全球性的聯(lián)盟，致力開(kāi)發(fā)以“即插即用”微堆(或稱(chēng)核電池)為根底的低碳動(dòng)力體系，要供給靈敏、有彈性、本錢(qián)效益好的動(dòng)力處理方案，支撐先進(jìn)的出產(chǎn)活動(dòng)、動(dòng)力公平，減平緩習(xí)慣氣候改變。
布翁焦?fàn)栔Z說(shuō)，“MPEG為數(shù)字緊縮和功能樹(shù)立了‘即插即用’規(guī)范，大型技能公司則把它作為競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品的根底。”
“咱們期望把同樣的理念使用于核電池的開(kāi)發(fā)，經(jīng)過(guò)創(chuàng)立一套共享的規(guī)范、法規(guī)和商業(yè)形式，促進(jìn)核電池規(guī)劃廣泛使用。”
布翁焦?fàn)栔Z和聯(lián)盟成員，包含麻省理工學(xué)院的科魯什·希爾凡(KoroushShirvan)(NSE)，查爾斯·福斯伯格(CharlesForsberg)(NSE)和約翰·帕森斯(JohnParsons)(MITSloan)，他們都想在近期內(nèi)對(duì)碳排放發(fā)生影響。他們以為，核電池最適合應(yīng)對(duì)這個(gè)應(yīng)戰(zhàn)。詳見(jiàn)查爾斯·福斯伯格關(guān)于研制作業(yè)的扼要陳述[8]，旨在處理“裂變電池”的商場(chǎng)和經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。
這個(gè)聯(lián)盟沒(méi)有泄漏任何外部投資者的姓名?；蛟S由于這個(gè)群體的負(fù)責(zé)人長(zhǎng)期在MIT從事學(xué)術(shù)生計(jì)，也或許他們的戰(zhàn)略便是開(kāi)發(fā)知識(shí)產(chǎn)權(quán)足夠詳細(xì)，將其頒發(fā)一家公司，使之能夠完結(jié)整個(gè)工程規(guī)劃、取得NRC的許可并沖過(guò)終點(diǎn)線(xiàn)。
未來(lái)的成功取決于客戶(hù)“所要”的規(guī)劃和本錢(qián)
布翁焦?fàn)栔Z說(shuō)，電池概念的微堆、密封和能量轉(zhuǎn)化體系的核心基于老練的核技能，包含美國(guó)陸軍實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)小型移動(dòng)反應(yīng)堆(SMR)的戰(zhàn)術(shù)預(yù)備，以及NASA新的原型體系(如KiloPower)。
布翁焦?fàn)栔Z說(shuō)，“十年前，這種電池僅僅個(gè)‘白日夢(mèng)’，但它們的構(gòu)建模塊技能已經(jīng)老練到可信的程度，今天有共同的時(shí)機(jī)。”
盡管這個(gè)聯(lián)盟在其核電池的規(guī)劃方面沒(méi)有供給任何信息，但就提議要開(kāi)發(fā)什么，供給了某些概括性的信息。未來(lái)的應(yīng)戰(zhàn)包含總體規(guī)劃、實(shí)驗(yàn)和合格的燃料、傳熱機(jī)制和安全規(guī)劃綜述。
據(jù)這個(gè)聯(lián)盟說(shuō)，核電池就在20英尺長(zhǎng)集裝箱的重屏蔽容器內(nèi)，幾乎能自動(dòng)地“運(yùn)轉(zhuǎn)”，只要簡(jiǎn)略的冷卻體系和最低的維護(hù)需求。在滿(mǎn)足NRC的安全規(guī)范的一起，也能強(qiáng)健地抵御極點(diǎn)外部條件。這意味著它們能夠在較短時(shí)刻內(nèi)完結(jié)必要的監(jiān)管測(cè)試和審評(píng)，大型核反應(yīng)堆一般花費(fèi)的時(shí)刻要長(zhǎng)得多。
圖2核電池及其發(fā)電機(jī)概念圖畫(huà)
布翁焦?fàn)栔Z說(shuō)，“令人興奮的是，盡管傳統(tǒng)核反應(yīng)堆展開(kāi)形式需要10年乃至更多時(shí)刻，乃至超越100億美元，但這種微堆的第一個(gè)原型，堆芯也只要‘人’的大小，可在幾年內(nèi)造出來(lái)，開(kāi)發(fā)本錢(qián)小兩個(gè)數(shù)量級(jí)，不到1億美元。”
核電池能夠?yàn)楣S、住宅區(qū)、制氫設(shè)備和貨船推動(dòng)等大型商場(chǎng)供給熱能和電力。此外，還可用于島嶼上的海水淡化和防洪泵等特別位置;集裝箱式農(nóng)業(yè)和水產(chǎn)飼養(yǎng)產(chǎn)品;便攜式數(shù)據(jù)中心;便攜式生物制藥，乃至給月球和火星上的宇宙飛船和基地供給動(dòng)力。
要讓這么急進(jìn)的事業(yè)結(jié)出碩果，需要樹(shù)立真實(shí)的本錢(qián)模型。在ANPEG的模型中，核電池動(dòng)力的供貨商將根據(jù)終究用戶(hù)的需求“定制”其服務(wù)，保證在這段時(shí)刻以給定的價(jià)格供熱和供電。這個(gè)供貨商將在場(chǎng)外安全地替換核燃料。能夠證明，核電池不依靠電網(wǎng)并且運(yùn)營(yíng)開(kāi)支很少，其電價(jià)能與電力和熱力公用事業(yè)公司的收費(fèi)相競(jìng)爭(zhēng)。
新型核能范式?
布翁焦?fàn)栔Z以為，核電池的展開(kāi)是他曩昔五年研討作業(yè)“合乎邏輯的結(jié)果”。2016-2018年，他領(lǐng)導(dǎo)了《MIT動(dòng)力建議》下的“碳約束世界核能的未來(lái)”研討[9]，仔細(xì)審視了核能在西方經(jīng)濟(jì)體中開(kāi)發(fā)和布置日益困難。最基本的調(diào)研效果是，要把核能作為脫碳的手法，成功地布置取決于控制新堆的制作本錢(qián)。
他說(shuō)，“這讓我開(kāi)端思考怎么改動(dòng)這種范式。”“核能有必要從貴重而漫長(zhǎng)的大型建造項(xiàng)目改變?yōu)榱畠r(jià)的即時(shí)服務(wù)。只要在規(guī)模和技能上發(fā)生根本性改變，才干完成這種改變。”
一年前，布翁焦?fàn)栔Z開(kāi)端接觸潛在的協(xié)作者、研討人員以及工業(yè)和政府的相關(guān)人士;他們已認(rèn)識(shí)到電池與老練核技能的潛力。布翁焦?fàn)栔Z自詡為“催化劑”，將30個(gè)人快速組成一個(gè)正式的組織。
ANPEG的行進(jìn)路途
到本年年底，ANPEG將確認(rèn)電池的監(jiān)管要求，推動(dòng)商場(chǎng)預(yù)備的最佳商業(yè)形式。下個(gè)階段將聚集核電池制造商、運(yùn)營(yíng)商和公用事業(yè)公司，為制作、布置和運(yùn)營(yíng)這個(gè)電池“群”做好預(yù)備。爾后，將在某個(gè)國(guó)家動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)創(chuàng)立并實(shí)驗(yàn)一個(gè)核電池原型設(shè)備。
有布翁焦?fàn)栔Z所謂的“潛在的阻止因素”，例如，經(jīng)濟(jì)潮流搬運(yùn)或安全問(wèn)題。但是有個(gè)壓倒性、令人信服的理由向前推動(dòng)：現(xiàn)在就開(kāi)端轉(zhuǎn)向無(wú)碳動(dòng)力出產(chǎn)。布翁焦?fàn)栔Z說(shuō)，“關(guān)于核電池，咱們談?wù)摰牟皇菐资辏俏迥?，這便是為什么說(shuō)它是個(gè)‘游戲規(guī)則的改動(dòng)者’的原因。”
圖3西屋公司：伊-達(dá)芬奇(eVinci)小型模塊式反應(yīng)堆概念規(guī)劃圖畫(huà)
其他的努力，包含美國(guó)國(guó)防部(DOD)在本年3月22日說(shuō)，它已對(duì)兩個(gè)團(tuán)隊(duì)執(zhí)行合同選項(xiàng)，一個(gè)由BWXT先進(jìn)技能公司領(lǐng)導(dǎo)，另一個(gè)由X動(dòng)力公司領(lǐng)導(dǎo)，持續(xù)開(kāi)發(fā)可運(yùn)送的先進(jìn)微堆原型設(shè)備的終究規(guī)劃。
這兩個(gè)團(tuán)隊(duì)選自“初步規(guī)劃競(jìng)賽”，每個(gè)團(tuán)隊(duì)都將在DOD《戰(zhàn)略才能辦公室》(SCO)建議下的“貝利項(xiàng)目”內(nèi)持續(xù)獨(dú)立開(kāi)發(fā)。
2022年頭，經(jīng)終究規(guī)劃審查并按國(guó)家環(huán)保方針?lè)ò竿杲Y(jié)環(huán)境分析后，或許挑選這兩家公司的一家制作并演示一個(gè)原型設(shè)備。
這個(gè)反應(yīng)堆要能承受比正常運(yùn)轉(zhuǎn)更極點(diǎn)的條件，要經(jīng)過(guò)直接實(shí)驗(yàn)表明，沒(méi)有超出故障極限?？蔀楹罄m(xù)階段的廣泛商用設(shè)備供給決心。
先進(jìn)核燃料商業(yè)化再循環(huán)與加工才能
奧克洛公司(OKLO)正在與美國(guó)動(dòng)力部(DOE)和阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(ANL)協(xié)作，推動(dòng)電精粹技能，為先進(jìn)堆出產(chǎn)核燃料。
這項(xiàng)技能將有助于降低先進(jìn)堆規(guī)劃的燃料本錢(qián)，一起借助“乏”核燃料轉(zhuǎn)化為先進(jìn)堆的核燃料，削減核廢物量。
OKLO公司宣告，USDOE經(jīng)過(guò)技能商業(yè)化基金(TCF)支撐，供給200萬(wàn)美元本錢(qián)分管獎(jiǎng)賞。OKLO再投資100萬(wàn)美元，與USDOE和ANL展開(kāi)這項(xiàng)公私協(xié)作研討。TCF項(xiàng)目將運(yùn)用電精粹技能完成先進(jìn)核燃料再循環(huán)才能商業(yè)化[10]。
圖4阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室高溫處理設(shè)備的概念圖畫(huà)。
電解精粹工藝有助于降低先進(jìn)堆核燃料的本錢(qián)。熱堆運(yùn)用燃料的一小部分能量，而快堆與電精粹相結(jié)合，能夠開(kāi)釋燃料中剩下的、未開(kāi)發(fā)能量，一起削減廢料的體積和放射性的壽期。
OKLO公司聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席運(yùn)營(yíng)官卡羅琳·科克倫(CarolineCochran)說(shuō)，“咱們很驕傲，由于被選中，加速先進(jìn)核燃料再循環(huán)和開(kāi)發(fā)的商業(yè)化，并把清潔動(dòng)力快速、經(jīng)濟(jì)高效地推向商場(chǎng)。”
科克倫還說(shuō)，“核燃料的能量密度比其他動(dòng)力高幾百萬(wàn)倍，最關(guān)鍵的是給人類(lèi)供給最便宜的清潔動(dòng)力。”“‘用過(guò)的’核燃料中蘊(yùn)藏著巨大的能量，能夠給世界供給清潔的動(dòng)力。”
美國(guó)動(dòng)力部對(duì)工業(yè)同伴的承諾，有助于推動(dòng)有前景技能的商業(yè)化。
OKLO公司的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官雅各布·德威特(JacobDeWitte)說(shuō)，“這個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)展現(xiàn)動(dòng)力部?jī)?yōu)先支撐私營(yíng)部門(mén)，把下一代裂變技能推向商場(chǎng)。”此外，這種公私同伴關(guān)系能為美國(guó)的“乏”的(即“用過(guò)的”)核燃料轉(zhuǎn)化為清潔動(dòng)力供給商業(yè)時(shí)機(jī)。
愛(ài)達(dá)荷實(shí)驗(yàn)室園區(qū)OKLO公司微堆設(shè)備廠址“許可證”
圖5OKLO公司極光(Aurora)核電廠的藝術(shù)效果圖
2020年6月，NRC承受了OKLO公司微堆規(guī)劃取照審查的請(qǐng)求，贊同審查1.5MW微堆規(guī)劃的聯(lián)合許可請(qǐng)求。
OKLO公司的微堆名為“極光”，是個(gè)先進(jìn)的裂變動(dòng)力體系，包含小堆和集成的太陽(yáng)能電池板。極光微堆運(yùn)用液態(tài)金屬核燃料，把裂變熱能從堆芯傳輸?shù)蕉伟l(fā)電體系，發(fā)生約1.5MW的動(dòng)力。
擬議中的極光規(guī)劃，運(yùn)用熱管將堆芯的裂變熱能傳輸給超臨界二氧化碳動(dòng)力轉(zhuǎn)化體系，發(fā)電。
OKLO公司說(shuō)，極光設(shè)備的預(yù)算安排是，建造約需1000萬(wàn)美元，每年運(yùn)轉(zhuǎn)的預(yù)算為300萬(wàn)美元。
至于燃料循環(huán)的本錢(qián)，OKLO公司說(shuō)，鑒于反應(yīng)堆和燃料循環(huán)的類(lèi)型，許可證有效期為20年，堆芯只需裝料一次。極光設(shè)備將用于供熱和發(fā)電。
結(jié)語(yǔ)
面對(duì)急迫的氣候危機(jī)和動(dòng)力轉(zhuǎn)型，全球各界都在尋求“萬(wàn)全之策”。但從本質(zhì)上講，最經(jīng)濟(jì)、安全、牢靠、有彈性的動(dòng)力未來(lái)是局域性和分布式的;從總體上講是太陽(yáng)能、風(fēng)能+儲(chǔ)能的無(wú)碳排放的清潔動(dòng)力體系。但儲(chǔ)能有各種形式，問(wèn)題在于采用什么樣的儲(chǔ)能最經(jīng)濟(jì)、安全并且牢靠。
有核和期望有核的國(guó)家，不會(huì)拋棄核能尋求，問(wèn)題在于它的經(jīng)濟(jì)性。MIT及美國(guó)科學(xué)界建議開(kāi)發(fā)先進(jìn)核能體系，提出了“核電池”概念，這在西方經(jīng)濟(jì)體有堅(jiān)實(shí)的科學(xué)和技能根底。原來(lái)的第三代、第四代核能體系，看來(lái)走不下去或許“困難重重”，走“微堆”核電池路途是保險(xiǎn)的，也有或許完成乏核燃料再循環(huán)，處理鈾資源短缺問(wèn)題……
“核電池”或許具有下列屬性[11]，因而有強(qiáng)大的“生命力”：
圖6(裂變)核電池的屬性
經(jīng)濟(jì)性：關(guān)于特定范疇的特定使用，與其他分布式動(dòng)力(電和熱)在本錢(qián)上具有競(jìng)爭(zhēng)力。這就要跨過(guò)多個(gè)使用的靈敏布置與其他動(dòng)力的集成，完成多種分布式的動(dòng)力體系。
規(guī)范化：在開(kāi)發(fā)規(guī)范化的規(guī)模、功率輸出與制造過(guò)程中，完成通用和工廠出產(chǎn)。這會(huì)降低本錢(qián)，出產(chǎn)更牢靠的體系，完成更快的資歷認(rèn)證。
裝置：便于裝置投用和用后拆卸。用后能夠經(jīng)過(guò)重新裝入新核燃料或負(fù)責(zé)任地處置收回，完成再循環(huán)。
無(wú)人值守：無(wú)人值守的情況下安全運(yùn)轉(zhuǎn)，供給需求驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力。
牢靠性：體系和技能有必要高度牢靠，供給較長(zhǎng)的運(yùn)用壽命，支撐大規(guī)模布置使用。支撐遠(yuǎn)程監(jiān)控概念，有必要牢固、有彈性、容錯(cuò)和持久，需要替換時(shí)預(yù)先有“告示”。
材料與注釋?zhuān)?/span>
1DavidL.Chandler,3Q:Why“nuclearbatteries”offeranewapproachtocarbon-freeenergy,MITNews,June25,2021
2DanYurman(djysrv),MITPublic/PrivatePartnershipExpandsEfforttoDevelopa10MWe‘Plug-and-Play’Nuclear Battery,NeutronBytes,June27,2021
3LedaZimmerman,Anuclearbattery-poweredboost,NuclearScience&EngineeringatMIT,February2021
4JamesConca,WhatWouldNuclearBatteriesDoForUs?Forbes,Jan25,2021
5LedaZimmerman,Anuclearbattery-poweredboost,MITNSE,February2021
6AmitLal&JamesBlanchard,TheDaintiestDynamos,TEEESPECTRUM,01Sep2004
7ANPEG,AdvancedNuclearandProductionExpertGroup.https://anpeg.mit.edu/
8INL,FissionBatteryInitiative,https://nuc1.inl.gov/SitePages/Fission%20Battery%20Initiative.aspx;
9MITEI,TheFutureofNuclearEnergyinaCarbon-ConstrainedWorld,ANINTERDISCIPLINARYMITSTUDY(2018)
10ANL,RECYCLINGUSEDNUCLEARFUELFORASUSTAINABLEENERGYFUTURE,PyroprocessingTechnologies,2018
11INL,FissionBatteryInitiative,INL/EXT-21-61275,January2021
5e 作者：鏡清
標(biāo)簽：
核能 核電池
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圖1核電池概念圖畫(huà)，包含(從左到右)儀控模塊、反應(yīng)堆、屏蔽和熱傳輸模塊以及發(fā)電模塊(MIT)
麻省理工學(xué)院(MIT)核科學(xué)與工程系(NSE)TEPCO(東京電力)教授雅格布·布翁焦?fàn)栔Z，正致力于開(kāi)發(fā)一種鞏固、小型、簡(jiǎn)便的核電池，能夠“旁路”電網(wǎng)，直接向終端用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)供給電力和熱能[3,4]。
這就把離網(wǎng)、分布式電力和社區(qū)微電網(wǎng)的理念結(jié)合在一起。核電池“群”不需要新的輸電線(xiàn)路，不需要電網(wǎng)升級(jí)，也不需要備用的儲(chǔ)能。它們無(wú)需接入電網(wǎng)，就可支撐單一設(shè)備、社區(qū)微電網(wǎng)，或其他當(dāng)?shù)氐膶?zhuān)門(mén)用處。
在MIT看來(lái)，當(dāng)前，一個(gè)核電池約可發(fā)生10兆瓦(MW)電力和/或熱能;也便是說(shuō)它的能量輸出，相當(dāng)于一個(gè)巨大的太陽(yáng)能或風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，但占地面積很小。
MIT先進(jìn)核能體系(CANES)中心主任布翁焦?fàn)栔Z說(shuō)，“核電池在地理上不受約束，可在任何緯度和任何氣候下脫碳。”他說(shuō)，這種分布式網(wǎng)絡(luò)便是為了“大大削減難以電氣化行業(yè)的碳排放。”它們會(huì)比國(guó)家目前依靠的老化、軟弱的電網(wǎng)更有彈性。
“咱們的大志很大，由于咱們正在處理的問(wèn)題巨大。[5]”
核電池概念并不新鮮。早在2004年，美國(guó)防先進(jìn)研討規(guī)劃局(DARPA)就在研討微型電源[6]。這種規(guī)劃運(yùn)用美國(guó)宇航局(NASA)的放射性同位素?zé)岷税l(fā)電設(shè)備(RTG)，作為先進(jìn)規(guī)劃概念的跳板。硅谷草創(chuàng)公司Oklo已在去年6月向美國(guó)核管會(huì)(NRC)提交1.5MW微堆規(guī)劃的許可證請(qǐng)求，NRC已承受請(qǐng)求;它還取得在愛(ài)達(dá)荷國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(INL)科技園區(qū)現(xiàn)場(chǎng)制作的廠址許可證，很有或許在2026年前后建成，成為美國(guó)多年來(lái)首個(gè)先進(jìn)核反應(yīng)堆……
核電池聯(lián)盟的組成
2021年1月，布翁焦?fàn)栔Z和美國(guó)動(dòng)力部國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、動(dòng)力和制造業(yè)、法律和修建公司的一群協(xié)作者宣告成立非營(yíng)利的聯(lián)盟，即先進(jìn)核能與出產(chǎn)專(zhuān)家組(ANPEG)[7]。這個(gè)首字母縮寫(xiě)有意與MPEG相呼應(yīng)，MPEG是數(shù)字圖畫(huà)和視頻媒體編碼的國(guó)際規(guī)范。
ANPEG是全球性的聯(lián)盟，致力開(kāi)發(fā)以“即插即用”微堆(或稱(chēng)核電池)為根底的低碳動(dòng)力體系，要供給靈敏、有彈性、本錢(qián)效益好的動(dòng)力處理方案，支撐先進(jìn)的出產(chǎn)活動(dòng)、動(dòng)力公平，減平緩習(xí)慣氣候改變。
布翁焦?fàn)栔Z說(shuō)，“MPEG為數(shù)字緊縮和功能樹(shù)立了‘即插即用’規(guī)范，大型技能公司則把它作為競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品的根底。”
“咱們期望把同樣的理念使用于核電池的開(kāi)發(fā)，經(jīng)過(guò)創(chuàng)立一套共享的規(guī)范、法規(guī)和商業(yè)形式，促進(jìn)核電池規(guī)劃廣泛使用。”
布翁焦?fàn)栔Z和聯(lián)盟成員，包含麻省理工學(xué)院的科魯什·希爾凡(KoroushShirvan)(NSE)，查爾斯·福斯伯格(CharlesForsberg)(NSE)和約翰·帕森斯(JohnParsons)(MITSloan)，他們都想在近期內(nèi)對(duì)碳排放發(fā)生影響。他們以為，核電池最適合應(yīng)對(duì)這個(gè)應(yīng)戰(zhàn)。詳見(jiàn)查爾斯·福斯伯格關(guān)于研制作業(yè)的扼要陳述[8]，旨在處理“裂變電池”的商場(chǎng)和經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。
這個(gè)聯(lián)盟沒(méi)有泄漏任何外部投資者的姓名?；蛟S由于這個(gè)群體的負(fù)責(zé)人長(zhǎng)期在MIT從事學(xué)術(shù)生計(jì)，也或許他們的戰(zhàn)略便是開(kāi)發(fā)知識(shí)產(chǎn)權(quán)足夠詳細(xì)，將其頒發(fā)一家公司，使之能夠完結(jié)整個(gè)工程規(guī)劃、取得NRC的許可并沖過(guò)終點(diǎn)線(xiàn)。
未來(lái)的成功取決于客戶(hù)“所要”的規(guī)劃和本錢(qián)
布翁焦?fàn)栔Z說(shuō)，電池概念的微堆、密封和能量轉(zhuǎn)化體系的核心基于老練的核技能，包含美國(guó)陸軍實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)小型移動(dòng)反應(yīng)堆(SMR)的戰(zhàn)術(shù)預(yù)備，以及NASA新的原型體系(如KiloPower)。
布翁焦?fàn)栔Z說(shuō)，“十年前，這種電池僅僅個(gè)‘白日夢(mèng)’，但它們的構(gòu)建模塊技能已經(jīng)老練到可信的程度，今天有共同的時(shí)機(jī)。”
盡管這個(gè)聯(lián)盟在其核電池的規(guī)劃方面沒(méi)有供給任何信息，但就提議要開(kāi)發(fā)什么，供給了某些概括性的信息。未來(lái)的應(yīng)戰(zhàn)包含總體規(guī)劃、實(shí)驗(yàn)和合格的燃料、傳熱機(jī)制和安全規(guī)劃綜述。
據(jù)這個(gè)聯(lián)盟說(shuō)，核電池就在20英尺長(zhǎng)集裝箱的重屏蔽容器內(nèi)，幾乎能自動(dòng)地“運(yùn)轉(zhuǎn)”，只要簡(jiǎn)略的冷卻體系和最低的維護(hù)需求。在滿(mǎn)足NRC的安全規(guī)范的一起，也能強(qiáng)健地抵御極點(diǎn)外部條件。這意味著它們能夠在較短時(shí)刻內(nèi)完結(jié)必要的監(jiān)管測(cè)試和審評(píng)，大型核反應(yīng)堆一般花費(fèi)的時(shí)刻要長(zhǎng)得多。
圖2核電池及其發(fā)電機(jī)概念圖畫(huà)
布翁焦?fàn)栔Z說(shuō)，“令人興奮的是，盡管傳統(tǒng)核反應(yīng)堆展開(kāi)形式需要10年乃至更多時(shí)刻，乃至超越100億美元，但這種微堆的第一個(gè)原型，堆芯也只要‘人’的大小，可在幾年內(nèi)造出來(lái)，開(kāi)發(fā)本錢(qián)小兩個(gè)數(shù)量級(jí)，不到1億美元。”
核電池能夠?yàn)楣S、住宅區(qū)、制氫設(shè)備和貨船推動(dòng)等大型商場(chǎng)供給熱能和電力。此外，還可用于島嶼上的海水淡化和防洪泵等特別位置;集裝箱式農(nóng)業(yè)和水產(chǎn)飼養(yǎng)產(chǎn)品;便攜式數(shù)據(jù)中心;便攜式生物制藥，乃至給月球和火星上的宇宙飛船和基地供給動(dòng)力。
要讓這么急進(jìn)的事業(yè)結(jié)出碩果，需要樹(shù)立真實(shí)的本錢(qián)模型。在ANPEG的模型中，核電池動(dòng)力的供貨商將根據(jù)終究用戶(hù)的需求“定制”其服務(wù)，保證在這段時(shí)刻以給定的價(jià)格供熱和供電。這個(gè)供貨商將在場(chǎng)外安全地替換核燃料。能夠證明，核電池不依靠電網(wǎng)并且運(yùn)營(yíng)開(kāi)支很少，其電價(jià)能與電力和熱力公用事業(yè)公司的收費(fèi)相競(jìng)爭(zhēng)。
新型核能范式?
布翁焦?fàn)栔Z以為，核電池的展開(kāi)是他曩昔五年研討作業(yè)“合乎邏輯的結(jié)果”。2016-2018年，他領(lǐng)導(dǎo)了《MIT動(dòng)力建議》下的“碳約束世界核能的未來(lái)”研討[9]，仔細(xì)審視了核能在西方經(jīng)濟(jì)體中開(kāi)發(fā)和布置日益困難。最基本的調(diào)研效果是，要把核能作為脫碳的手法，成功地布置取決于控制新堆的制作本錢(qián)。
他說(shuō)，“這讓我開(kāi)端思考怎么改動(dòng)這種范式。”“核能有必要從貴重而漫長(zhǎng)的大型建造項(xiàng)目改變?yōu)榱畠r(jià)的即時(shí)服務(wù)。只要在規(guī)模和技能上發(fā)生根本性改變，才干完成這種改變。”
一年前，布翁焦?fàn)栔Z開(kāi)端接觸潛在的協(xié)作者、研討人員以及工業(yè)和政府的相關(guān)人士;他們已認(rèn)識(shí)到電池與老練核技能的潛力。布翁焦?fàn)栔Z自詡為“催化劑”，將30個(gè)人快速組成一個(gè)正式的組織。
ANPEG的行進(jìn)路途
到本年年底，ANPEG將確認(rèn)電池的監(jiān)管要求，推動(dòng)商場(chǎng)預(yù)備的最佳商業(yè)形式。下個(gè)階段將聚集核電池制造商、運(yùn)營(yíng)商和公用事業(yè)公司，為制作、布置和運(yùn)營(yíng)這個(gè)電池“群”做好預(yù)備。爾后，將在某個(gè)國(guó)家動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)創(chuàng)立并實(shí)驗(yàn)一個(gè)核電池原型設(shè)備。
有布翁焦?fàn)栔Z所謂的“潛在的阻止因素”，例如，經(jīng)濟(jì)潮流搬運(yùn)或安全問(wèn)題。但是有個(gè)壓倒性、令人信服的理由向前推動(dòng)：現(xiàn)在就開(kāi)端轉(zhuǎn)向無(wú)碳動(dòng)力出產(chǎn)。布翁焦?fàn)栔Z說(shuō)，“關(guān)于核電池，咱們談?wù)摰牟皇菐资辏俏迥?，這便是為什么說(shuō)它是個(gè)‘游戲規(guī)則的改動(dòng)者’的原因。”
圖3西屋公司：伊-達(dá)芬奇(eVinci)小型模塊式反應(yīng)堆概念規(guī)劃圖畫(huà)
其他的努力，包含美國(guó)國(guó)防部(DOD)在本年3月22日說(shuō)，它已對(duì)兩個(gè)團(tuán)隊(duì)執(zhí)行合同選項(xiàng)，一個(gè)由BWXT先進(jìn)技能公司領(lǐng)導(dǎo)，另一個(gè)由X動(dòng)力公司領(lǐng)導(dǎo)，持續(xù)開(kāi)發(fā)可運(yùn)送的先進(jìn)微堆原型設(shè)備的終究規(guī)劃。
這兩個(gè)團(tuán)隊(duì)選自“初步規(guī)劃競(jìng)賽”，每個(gè)團(tuán)隊(duì)都將在DOD《戰(zhàn)略才能辦公室》(SCO)建議下的“貝利項(xiàng)目”內(nèi)持續(xù)獨(dú)立開(kāi)發(fā)。
2022年頭，經(jīng)終究規(guī)劃審查并按國(guó)家環(huán)保方針?lè)ò竿杲Y(jié)環(huán)境分析后，或許挑選這兩家公司的一家制作并演示一個(gè)原型設(shè)備。
這個(gè)反應(yīng)堆要能承受比正常運(yùn)轉(zhuǎn)更極點(diǎn)的條件，要經(jīng)過(guò)直接實(shí)驗(yàn)表明，沒(méi)有超出故障極限?？蔀楹罄m(xù)階段的廣泛商用設(shè)備供給決心。
先進(jìn)核燃料商業(yè)化再循環(huán)與加工才能
奧克洛公司(OKLO)正在與美國(guó)動(dòng)力部(DOE)和阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(ANL)協(xié)作，推動(dòng)電精粹技能，為先進(jìn)堆出產(chǎn)核燃料。
這項(xiàng)技能將有助于降低先進(jìn)堆規(guī)劃的燃料本錢(qián)，一起借助“乏”核燃料轉(zhuǎn)化為先進(jìn)堆的核燃料，削減核廢物量。
OKLO公司宣告，USDOE經(jīng)過(guò)技能商業(yè)化基金(TCF)支撐，供給200萬(wàn)美元本錢(qián)分管獎(jiǎng)賞。OKLO再投資100萬(wàn)美元，與USDOE和ANL展開(kāi)這項(xiàng)公私協(xié)作研討。TCF項(xiàng)目將運(yùn)用電精粹技能完成先進(jìn)核燃料再循環(huán)才能商業(yè)化[10]。
圖4阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室高溫處理設(shè)備的概念圖畫(huà)。
電解精粹工藝有助于降低先進(jìn)堆核燃料的本錢(qián)。熱堆運(yùn)用燃料的一小部分能量，而快堆與電精粹相結(jié)合，能夠開(kāi)釋燃料中剩下的、未開(kāi)發(fā)能量，一起削減廢料的體積和放射性的壽期。
OKLO公司聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席運(yùn)營(yíng)官卡羅琳·科克倫(CarolineCochran)說(shuō)，“咱們很驕傲，由于被選中，加速先進(jìn)核燃料再循環(huán)和開(kāi)發(fā)的商業(yè)化，并把清潔動(dòng)力快速、經(jīng)濟(jì)高效地推向商場(chǎng)。”
科克倫還說(shuō)，“核燃料的能量密度比其他動(dòng)力高幾百萬(wàn)倍，最關(guān)鍵的是給人類(lèi)供給最便宜的清潔動(dòng)力。”“‘用過(guò)的’核燃料中蘊(yùn)藏著巨大的能量，能夠給世界供給清潔的動(dòng)力。”
美國(guó)動(dòng)力部對(duì)工業(yè)同伴的承諾，有助于推動(dòng)有前景技能的商業(yè)化。
OKLO公司的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官雅各布·德威特(JacobDeWitte)說(shuō)，“這個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)展現(xiàn)動(dòng)力部?jī)?yōu)先支撐私營(yíng)部門(mén)，把下一代裂變技能推向商場(chǎng)。”此外，這種公私同伴關(guān)系能為美國(guó)的“乏”的(即“用過(guò)的”)核燃料轉(zhuǎn)化為清潔動(dòng)力供給商業(yè)時(shí)機(jī)。
愛(ài)達(dá)荷實(shí)驗(yàn)室園區(qū)OKLO公司微堆設(shè)備廠址“許可證”
圖5OKLO公司極光(Aurora)核電廠的藝術(shù)效果圖
2020年6月，NRC承受了OKLO公司微堆規(guī)劃取照審查的請(qǐng)求，贊同審查1.5MW微堆規(guī)劃的聯(lián)合許可請(qǐng)求。
OKLO公司的微堆名為“極光”，是個(gè)先進(jìn)的裂變動(dòng)力體系，包含小堆和集成的太陽(yáng)能電池板。極光微堆運(yùn)用液態(tài)金屬核燃料，把裂變熱能從堆芯傳輸?shù)蕉伟l(fā)電體系，發(fā)生約1.5MW的動(dòng)力。
擬議中的極光規(guī)劃，運(yùn)用熱管將堆芯的裂變熱能傳輸給超臨界二氧化碳動(dòng)力轉(zhuǎn)化體系，發(fā)電。
OKLO公司說(shuō)，極光設(shè)備的預(yù)算安排是，建造約需1000萬(wàn)美元，每年運(yùn)轉(zhuǎn)的預(yù)算為300萬(wàn)美元。
至于燃料循環(huán)的本錢(qián)，OKLO公司說(shuō)，鑒于反應(yīng)堆和燃料循環(huán)的類(lèi)型，許可證有效期為20年，堆芯只需裝料一次。極光設(shè)備將用于供熱和發(fā)電。
結(jié)語(yǔ)
面對(duì)急迫的氣候危機(jī)和動(dòng)力轉(zhuǎn)型，全球各界都在尋求“萬(wàn)全之策”。但從本質(zhì)上講，最經(jīng)濟(jì)、安全、牢靠、有彈性的動(dòng)力未來(lái)是局域性和分布式的;從總體上講是太陽(yáng)能、風(fēng)能+儲(chǔ)能的無(wú)碳排放的清潔動(dòng)力體系。但儲(chǔ)能有各種形式，問(wèn)題在于采用什么樣的儲(chǔ)能最經(jīng)濟(jì)、安全并且牢靠。
有核和期望有核的國(guó)家，不會(huì)拋棄核能尋求，問(wèn)題在于它的經(jīng)濟(jì)性。MIT及美國(guó)科學(xué)界建議開(kāi)發(fā)先進(jìn)核能體系，提出了“核電池”概念，這在西方經(jīng)濟(jì)體有堅(jiān)實(shí)的科學(xué)和技能根底。原來(lái)的第三代、第四代核能體系，看來(lái)走不下去或許“困難重重”，走“微堆”核電池路途是保險(xiǎn)的，也有或許完成乏核燃料再循環(huán)，處理鈾資源短缺問(wèn)題……
“核電池”或許具有下列屬性[11]，因而有強(qiáng)大的“生命力”：
圖6(裂變)核電池的屬性
經(jīng)濟(jì)性：關(guān)于特定范疇的特定使用，與其他分布式動(dòng)力(電和熱)在本錢(qián)上具有競(jìng)爭(zhēng)力。這就要跨過(guò)多個(gè)使用的靈敏布置與其他動(dòng)力的集成，完成多種分布式的動(dòng)力體系。
規(guī)范化：在開(kāi)發(fā)規(guī)范化的規(guī)模、功率輸出與制造過(guò)程中，完成通用和工廠出產(chǎn)。這會(huì)降低本錢(qián)，出產(chǎn)更牢靠的體系，完成更快的資歷認(rèn)證。
裝置：便于裝置投用和用后拆卸。用后能夠經(jīng)過(guò)重新裝入新核燃料或負(fù)責(zé)任地處置收回，完成再循環(huán)。
無(wú)人值守：無(wú)人值守的情況下安全運(yùn)轉(zhuǎn)，供給需求驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力。
牢靠性：體系和技能有必要高度牢靠，供給較長(zhǎng)的運(yùn)用壽命，支撐大規(guī)模布置使用。支撐遠(yuǎn)程監(jiān)控概念，有必要牢固、有彈性、容錯(cuò)和持久，需要替換時(shí)預(yù)先有“告示”。
材料與注釋?zhuān)?/span>
1DavidL.Chandler,3Q:Why“nuclearbatteries”offeranewapproachtocarbon-freeenergy,MITNews,June25,2021
2DanYurman(djysrv),MITPublic/PrivatePartnershipExpandsEfforttoDevelopa10MWe‘Plug-and-Play’Nuclear Battery,NeutronBytes,June27,2021
3LedaZimmerman,Anuclearbattery-poweredboost,NuclearScience&EngineeringatMIT,February2021
4JamesConca,WhatWouldNuclearBatteriesDoForUs?Forbes,Jan25,2021
5LedaZimmerman,Anuclearbattery-poweredboost,MITNSE,February2021
6AmitLal&JamesBlanchard,TheDaintiestDynamos,TEEESPECTRUM,01Sep2004
7ANPEG,AdvancedNuclearandProductionExpertGroup.https://anpeg.mit.edu/
8INL,FissionBatteryInitiative,https://nuc1.inl.gov/SitePages/Fission%20Battery%20Initiative.aspx;
9MITEI,TheFutureofNuclearEnergyinaCarbon-ConstrainedWorld,ANINTERDISCIPLINARYMITSTUDY(2018)
10ANL,RECYCLINGUSEDNUCLEARFUELFORASUSTAINABLEENERGYFUTURE,PyroprocessingTechnologies,2018
11INL,FissionBatteryInitiative,INL/EXT-21-61275,January2021
5e 作者：鏡清
標(biāo)簽：
核能 核電池
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