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使用超安全熔盐燃料的浮动核反应堆或将改变能源行业格局

作者:知新了了
使用超安全熔盐燃料的浮动核反应堆或将改变能源行业格局

据了解,总部位于哥本哈根的初创公司Seaborg Technologies已经筹集了数千万欧元,开始建造一种迷人的新型廉价,便携,灵活和超级安全的核反应堆。这些紧凑型熔盐反应堆只有标准集装箱的大小,可以快速批量生产,然后放置在浮动驳船上并部署到世界各地,这可能会打破能源行业的现状。

事实上,熔盐反应堆自20世纪50年代以来就已经存在,旨在减少事故发生的机会并最大限度地减少后果。另一方面,Seaborg Technologies采用了一种独特的被动安全措施,据该公司称,该措施可以大大提高任何核电建设投资的安全性。

那么他们是怎么做到的呢?首先,他们使用与氟化盐混合的核燃料。该组合是高于500摄氏度(932华氏度)的液体,使其流过在接近大气压下运行的反应物。这种液态盐可用作核燃料的冷却剂,取代旧反应堆设计中的高压水冷却。然而,如果燃料暴露在空气中,它不会像蒸汽那样爆炸性地排放,而是像熔岩一样凝固成岩石。

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上图:即使在恐怖主义爆炸的最坏情况下,熔盐核燃料也可以简单地硬化成岩石,大大减少事故的后果,同时使这些下一代反应堆便宜,高效,小到足以容纳浮动驳船。

当然,凝固的岩石燃料一定是放射性的,但其最大的优点是它不会像放射性气体那样在风中漂移,这很难控制。坚固的岩状使安全清洁更容易、更快速、更安全。同时,它在水中的溶解度非常低,所以即使落入海中也相对安全。

其次,如果温度由于某种原因开始失控,反应堆底部的"冷冻盐"塞将首先熔化,这将立即将反应堆堆芯排入下面的一系列冷却排水管中。

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上图:Siberg熔盐反应器设计非常紧凑,具有多种被动安全功能。

这两项简单的措施从根本上重新关注核安全,从在每个故障点提供四层冗余的综合事故预防转向更简单的减轻后果,并"将对核电成本产生重大影响,"Seaborg Technologies的联合创始人兼首席执行官Troels Schönefeldt说。

"我们采取了不同的方法,"首席执行官解释说。我们不会将事故发生的可能性降低到零,事故可能会发生,我们应该尽可能地避免它们。但会有很多惊喜,因为我们将有很多这样的反应堆,我们正在做的不是减少可能性,而是减少最严重灾难的后果,甚至是反应堆的实际轰炸。最终结果是,氟化盐将流出反应器,或吹出反应器,它将在地面上凝固而不是漂移到空气中。您只需要关闭场地,并与凝固的"岩石"保持3到6米的距离。清理这些放射性"岩石"成本高昂,但可以避免大规模的核污染。事实上,这改变了核技术的基本安全态势。通过这种方式,我们改变了成本,这反过来又改变了商业模式。"

但也许对商业模式最有影响力的变化是Seaborg Technologies的提议,即在驳船上安装反应堆并将其漂浮在海上,而不是购买土地来开发核电站。以下是一些优点。首先,您可以在工厂中批量生产它们。Seaborg正在关注韩国造船厂,这些造船厂已经与具有强大生产能力的供应链紧密而有效地联系在一起。"如果你希望我们从不是一个反应堆开始,而是一千个,我们可以首先建造一千个,"Schönefeldt告诉Radio Spectrum。"在这些造船厂,这将需要三到四年的时间。因此,其扩张的速度基本上是未知的。"

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上图:反应堆本身将在丹麦建造,并被送往韩国造船厂,安装在浮动驳船上,然后转移到最后一个地点。

但也许对商业模式最有影响力的变化是Seaborg提议在驳船上安装反应堆并将其漂浮在海上,而不是购买土地来开发核电站。以下是一些优点。首先,您可以在工厂中批量生产它们。Seaborg正在关注韩国造船厂,这些造船厂已经与具有巨大生产能力的供应链紧密而有效地联系在一起。

这些驳船几乎可以在地球上的任何地方移动,无论是在海上还是在各种大小的河流上,这取决于其反应堆的大小。此外,现场准备几乎是不必要的。它是完全独立的,易于连接到电网。Seaborg估计,它可以以这种方式为世界上95%的人口提供服务,几乎消除了对基本或负载跟踪发电站的土地需求,高达600兆瓦,并为近100,000个家庭供电。

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上图:每个集装箱大小的模块产生高达200兆瓦的电能,并安装在浮动驳船上,使这些发电厂能够以令人难以置信的速度在世界各地生产和部署。

当然,缺点是,像所有熔盐反应堆一样,这里的挑战是腐蚀。热熔盐本身具有高度腐蚀性,这在设计与燃料盐接触的每个部件时都可能是一个严峻的挑战。将反应堆漂浮在盐水中的驳船也暴露在整个外部的强腐蚀剂中。由于海水的影响,货船在设计时通常只考虑了25年的使用寿命。

此外,其他熔盐反应堆使用石墨作为收缩剂来减缓每次裂变反应产生的中子,以维持链式反应。然而,石墨在反复加热和冷却的强辐射下很容易断裂和变弱。Seaborg的解决方案是使用另一种熔盐(氢氧化钠)作为液体缓凝剂。因此,堆芯设计将燃料盐管放置在更大的氢氧化钠填充管中,从而形成一种非常紧凑的全液态反应器。但氢氧化钠本身是一种高腐蚀性的碱,通常用作烤箱清洁剂或排水清洁剂,而Seaborg的设计也必须处理这种添加的腐蚀性物质。

最重要的是,氡作为燃料盐流中的裂变副产物的存在会导致"结晶腐蚀"的奇怪现象。原子可以愉快地穿透金属并与其他元素交换位置,使金属在其最薄弱处变脆。

该公司非常清楚其在这方面的主要挑战。"Seaborg的核心知识产权是基于较慢盐的腐蚀控制,以及对自1950年代以来所吸取的经验教训的总结,"该公司负责人说。但这不仅仅是一个腐蚀问题,还涉及将这些东西放在一起是多么容易。实践经验很重要。它们需要焊接、测试、检查和维护。我们正在哥本哈根进行20或30个测试周期,以设计,构建和执行实验。概念设计已经完成,我们现在正在进行基本设计,以便我们可以生产全尺寸原型。"

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上图:Siberg在流程的早期就将监管机构引入核工业,以期在很短的时间内实现大规模生产和全球推广。

全尺寸原型目前计划于2025年投入使用,届时可能会被送往东南亚的一个岛屿。Seaborg在筹集了大量资金后,疯狂地雇用人员来实现这一目标。该公司希望到2026年获得监管部门的批准,最早在2027年开始商业批量生产。

Seaborg官员表示,这些时间表在能源市场上"几乎是疯狂的",同时也验证了大规模生产策略和浮动驳船方法。能源行业投资者习惯于处理极长的规划和建设阶段以及数十年的投资回报,现在可以将他们的钱快速投入到网上,并在6到10年内收回成本。

Seaborg的反应堆足够小,可以装在一个容器中,即使安装在地面上也很容易移动。它可以在没有燃料的情况下运行约12年,其燃料不能用于核武器。该公司负责人表示,尽管存在监管障碍,但它可以处理来自旧反应堆的精炼,回收的核废料。您还可以直接从反应堆中获取热量,甚至比电力更有效,因此它不仅可以用作发电站,还可以以其他方式使用。

下一代先进核电是目前的热门话题。随着全球对2050年零碳排放目标的决心增强,燃煤和燃气发电站正在迅速退役。太阳能和风能等可再生能源将提供我们前进所需的大部分能源,但核电提供了一种可靠,廉价和绿色的方式来支持基本负荷,并在可再生能源不发电时填补空白。

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上图:Siberg声称其小型熔盐反应堆CMSR是安全的,更小的,对环境更好,甚至比化石燃料更便宜。

尽管核工业发生了一些备受瞩目的灾难,但核电是迄今为止最安全的发电方式,"死亡标记"比燃煤发电低330倍。新一代先进的核反应堆有望更安全,像Seaborg这样的熔盐设计可以显着减少极其罕见的事故的后果。如果该公司能够像其投资者认为的那样有效地解决腐蚀问题,那将是一个多么巨大的游戏规则改变者。

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