微型核反应堆用于微电网

微型核反应堆用于微电网

为什么核技术最终可与社区规模的能源系统相匹配

我们都知道,缓解气候变化是个巨大的挑战,可能让人认为需要大规模的解决方案。但今年早些时候发表在《科学》(Science)杂志上的一篇论文,探讨了“颗粒”技术可能更适合应对全球脱碳的挑战。微型核反应堆可能会打开新的市场。

这里,颗粒技术的定义为物理尺寸和成本都较小、模块化且构建速度快的技术。作者从成本、快速部署、摆脱技术困境和社会合法性等10个指标,对能源技术进行了评级,发现颗粒技术总体表现更好。值得注意的是,传统核能是“块状”技术的典型代表,与颗粒相反,非常巨大、昂贵,并且建造耗时长达10年。但是,新的、小于10 MWe级的核反应堆,即所谓的微(型反应)堆,可能会打开新的市场(和新的思维方式)。

微堆不仅是小型、模块化的反应堆(SMR),还代表核能历史上部署方式的“阶跃”。拟建微堆的独特属性包括:集成式的汽轮机、反应堆运动部件最少、可通过铁路或卡车运输、堆芯寿命较长、运行自动化或人员配备最少。最重要的是,微型核反应堆可以在中心设施生产,然后运到最终安装地点,无需在现场装卸燃料。这就为这种“即插即用”技术的融资和业主身份开辟了新范式。

美国“桑迪”飓风和加州野火等事件,促使许多社区在与主电网保持连接的同时,发展微电网。2019年微电网安装创纪录。目标是提高社区电力系统的可靠性,大电网出现故障时能与它“隔离”。然而,因为最关注可靠性,几乎90%的微电网都由化石燃料电厂供电。在将来,小型核反应堆可能成为最适合当地、可靠、低碳微电网的最佳选择,而且这项技术的准备,很可能比想象的更快。

今年3月,欧克陆公司(Oklo) 向美国核管理委员会提交1.5 MWe的奥罗拉核电站(Aurora)建造与运行联合许可证申请。西屋电气公司也对微堆设计的预申请活动大为赞赏。在加拿大,两个不同的微堆开发商正在进行“取照前”的供应商设计审查。需要多长时间还不确定,但由于规模相当小,有可能在五年内开工建设。由于成本高,首批商业建造的微堆可能不申请接入大电网。

大多数微堆开发商都在寻找客户支付高额电费的“机会”市场:没有接通电网、依赖柴油发电的社区。加拿大政府2011年进行的研究发现,290多个没有接通电网的社区,人口总数近20万。这些社区的化石燃料发电的装机容量平均只有1.8 MW。澳大利亚能源委员会2015年的一份报告发现,1000多个岛屿的供电系统和微电网,为45万人口提供服务。与加拿大类似,几乎所有的社区都依赖化石燃料(特别是柴油)发电。澳大利亚的远离电网的社区,看到可再生能源日益普及,但间歇性的可再生能源在保持电网稳定性和可靠性方面,存在重大的挑战。(沿海与近海岛屿,太阳能发电设施腐蚀也降低了使用寿命。)

微堆的另一个明显、潜在的“机会”市场是军事设施,包括国内基地和作战前沿阵地。美国《2010年国防授权法案》指示能源部长进行研究,评估为军事设施部署核能的可行性。今年3月,美国国防部批准三份合同(价值$1200-1400万),开发“移动式”微堆设计。虽然军方过去一直是技术创新的推动力量,但也有人怀疑这种模式是否适用于微堆。

有很多原因使民用微堆的发展与军事应用脱钩,但最初可能是价值观和优先级不同。军事基地和小型社区对小型核反应堆的要求可能非常不同。民用核技术的开发应该在潜在客户的持续参与下进行,不试图让一项军事技术适应商业市场。最重要的是,微堆的许可和首次示范,需要高度透明,使公众信任这项新技术。与其指望通过慷慨的国防合同,快速实现微堆商业化,不如耐心对待一个开放和民主的技术开发和示范过程。

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