美国扩展微型轻水堆计划,量化供热和制氢的效益

据《核能内幕》(Nuclear Energy Insider)网报道,美国能源部将在美国实施设计创新,规模化地测试首台小型模块式反应堆(SMR),用以于优化非电应用“收益流”。

美国扩展微型轻水堆计划,量化供热和制氢的效益
SMR开发商的目标是供电的同时,开发能源的工业应用 

08年12月,美国能源部核能办公室与犹他州联合市政电力系统公司(UAMPS)和巴特尔能源联盟(Battelle Energy Alliance)签署谅解备忘录(MoU),将努斯卡尔(NuScale)公司计划在爱达荷建造的720MWe的SMR核电站一部分用于研究目的。

NuScale型SMR属微型轻水堆技术,经美国核管会审查,已确认其安全性,应急规划区的边界就是核电站的现场边界,并将定于明年8月颁发建造许可证。

这个无碳电力项目,包括2017-2026年在爱达荷国家实验室(INL)现场建造12个NuScale型 60MWe的SMR模块。据此MoU,其中一个60MWe的模块,将专用于联合使用模块装置(JUMP)研究项目的非电力应用测试。能源部还计划使用第二个模块,给INL的设施供电。

这个电厂的其余模块将给UAMPS供电。UAMPS代表犹他州、加州、爱达荷州、内华达州、新墨西哥州、俄勒冈州和怀俄明州的社区拥有的电网。

INL系统集成经理、JUMP项目主管香浓·布拉格-西顿(Shannon Bragg-Sitton)告诉《核能内幕》,JUMP研究项目将考察一系列非电应用,包括给工业过程、海水淡化和制氢提供热能。她说,INL还将创建一个平台,借助NuScale扩大以前的研究,允许运营商藉此应对可再生能源的间歇性问题,并在电力供应过剩时开展非电应用。

布拉格-希顿说,此研究旨在支持SMR的多种用途,开辟新的市场。她说,“核电厂传统上用来发电,并不用来满足工业过程的热能需求,但这种模式正在发生变化。”

新型市场

联合使用模块装置(JUMP)项目分为三个阶段。第一阶段(2018-2021),INL将为核电机组创建一个广义的非电应用项目清单,开发成本估算,并与NuScale、公用事业公司和其他潜在的终端用户创建一综合的建模、测试和取证计划。第二阶段(2021年至2026年),INL将对不同的运营体制进行台式测试和上规模的非核演示。在第三阶段,INL将在2027年前后电厂投产时实施研发计划。待检验的各种应用,包括为工业过程、微咸水或海水除盐制备饮用水以及制氢提供热能。

供暖被视为SMR的关键“卖点”,尤其是在企业和政府努力实现碳减排目标之际。储能效率、电-热转换能力和基础设施完备程度,都会影响这种电厂的竞争力。

制氢则涉及从NuScale动力模块的蒸汽分流。氢气可以用于制氨、炼油、蒸汽制造或日益增长的燃料电池市场。美国潜在的工艺需求是87百万公吨/年,而目前美国销售额仅为13百万公吨/年(包括合成氨和炼油)。

NuScale公司和INL在2014年的一份研究报告中发现,一个300MW的NuScale型电厂可以满足一个中型氨生产厂的氢气需求,600MW的电厂可以支持一个中型炼油厂。

储氢设施可以让运营商在电力需求低或供应过剩期间转向制氢,从而优化电厂的收益。

试验设施

布拉格-西顿说,INL正在建设一可扩展的综合测试设施,用于工业应用的非核测试。这个测试设施能提供核反应堆的电信号、太阳能光伏和风能的输入,以及实时数字模拟器,以表示电网电力系统、热能和电能储存以及最终用户的需求。

该系统将使用电加热器表示来自核系统的热量,还将包括一热能分配系统,把热能转给联接的“用户”。

布拉格-西顿告诉《新能源现代化》网,第一个要测试的应用将是高温蒸汽电解制氢。联接的化学合成反应器将用氢气作为原料,生产各种工业化学制品。

她说,“测试设施的模块化方法,允许测试多个最终用户,既可并行测试,也可按顺序测试”。

关键的前沿

JUMP项目将安装先进的传感器和仪器,以更好地了解流态和温度。先进的监测能力将使科学家能够在在原型环境不中断堆堆芯发电的情况下,测试新的仪器。

INL通过进入研发阶段,可优化传感器的安装过程,使研究机会最大化。布拉格-西顿说,部署过程远比运营核电厂容易,因为建造前可以修改仪器计划和取照相关的修正。

她说,“反应堆投入运行后安装附加的仪器设备要困难得多,因为辐射环境,而有可能影响运行核电机组的主要任务。它的主要任务是给电网提供电力”。此外,一旦建成,接近安装仪器的机会可能非常有限。”

这个设施一旦建成,可帮助运营商加快测试和监管部门批准其他新技术。INL正在考虑为这个该设施配备一系列先进仪器。布拉格-西顿说,可以证明,诸如光纤等技术在”改变游戏规则”。“光纤提供了一个机会,可以提供大量的数据,例如,可对单个贯穿进入反应堆压力容器的温度进行数百次测量。”

INL将监控最新的传感器技术,并在未来几年做出决定。布拉格-西顿说,“我想说的是,作为一种选择,一切还有待决定”。“这是发展和选择丰富的领域,两年后可能会有很大不同。”

美国和加拿大的国家核工业基地主动与核能创新项目相结合、提供技术支持和服务的做法,意义和影响深远,值得我们研究、借鉴。 [编译:杜铭海]

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