界面新聞記者 | 戴晶晶
美國首個第四代核電項目啟動建設。
當?shù)貢r間6月10日,微軟創(chuàng)始人比爾·蓋茨在個人網(wǎng)站 “蓋茨筆記”(GatesNotes)上宣布,美國首個“下一代“(next-generation)核電站當日在懷俄明州的凱默勒市破土動工,啟動非核部分建設。
該核電站為核能公司TerraPower所研發(fā)的鈉冷反應堆Natrium的示范項目。2008年,比爾·蓋茨創(chuàng)立了TerraPower,旨在開發(fā)安全、具有成本效益的核反應堆。
在經過15年多的籌備后,Natrium示范項目成為了西半球第一個啟動建設的先進核反應堆項目,并有望作為美國首個商用先進反應堆,預計在2030年投運。
“這對懷俄明州當?shù)亟洕⒚绹哪茉椽毩⒑蛻獙夂蜃兓际且粋€巨大的里程碑。”比爾·蓋茨在文章中寫道。
Natrium反應堆示范項目是一個345兆瓦的鈉冷快堆,屬于第四代核電堆型,特點是配有熔鹽儲能系統(tǒng),能在電網(wǎng)需要時將輸出功率提高至500兆瓦。
下一代核電即第四代核電堆型,為美國核管理委員會(NRC)定義范疇中的先進反應堆。NRC將非輕水反應堆(non-LWR)設計稱為先進反應堆。這些反應堆將采用不同于美國現(xiàn)有運行反應堆的技術,如具有被動安全特性,使用不同的燃料或冷卻劑,或將整個反應堆縮小。
鈉冷快堆使用液態(tài)鈉代替水作為冷卻劑。比爾·蓋茨在博客中描述了采用這一技術方案的優(yōu)勢:
液態(tài)鈉的沸點比水高八倍以上,可以吸收反應堆堆芯中產生的所有額外熱量。與水不同,鈉會隨著加熱而上升,并隨著上升而冷卻,因此不需要泵送。即使電站失去動力,鈉也會繼續(xù)吸收熱量,而不會達到導致熔毀的危險溫度。
今年5月,美國核管理委員會發(fā)出信函通知TerraPower,已接受Natrium反應堆在凱默勒市的建設許可申請,并提交審查。
這是40多年來,美國首個走到該步驟的商業(yè)非輕水反應堆。一旦獲得批準,也將是美國核管理委員會有史以來第一次為商業(yè)非輕水動力反應堆頒發(fā)建設許可證。
“審查過程將需要幾年時間。在此期間,TerraPower將建設該設施的非核部分?!北葼枴どw茨表示。該項目主要由“能源島”(Energy Island)和核島兩部分組成。其中,“能源島”將于明年開始建設,蒸汽渦輪機和其他實際發(fā)電的機械將在此地安裝。
這座鈉冷快堆的功率超過了小型先進模塊化多用途反應堆(SMR)的300兆瓦門檻,但相對傳統(tǒng)壓水堆仍較小,工程面積和建造時間有所縮減。傳統(tǒng)壓水堆的裝機容量通常在600兆瓦以上。
TerraPower團隊希望Natrium示范項目能在2026年正式開啟核島的建設,并在2030年實現(xiàn)投產。
Natrium示范項目預計耗資高達40億美元(約合290億元人民幣),美國能源部(DOE)的先進反應堆示范項目(ARDP)已授權分擔其中20億美元的成本,TerraPower及其合作伙伴將進行對等的投資。
2022年,TerraPower完成了8.3億美元的股權融資,投資方包括韓國SK集團和現(xiàn)代重工集團,以及鋼鐵集團安賽樂米塔爾(ArcelorMittal)等。
隨著今年4月佐治亞州沃格特勒核電站(Vogtle)4號機組正式投入商業(yè)運行,美國已無任何在建的新核電站。當前,美國政府傳達出加速復興核電的信號,并聚焦于推動SMR和其他先進核反應堆發(fā)展。
今年5月,白宮發(fā)布的事實說明文件提及,拜登簽署了一項國會撥款計劃,將提供8億美元(約合58億元人民幣)資助最多兩個先進三代(Gen III+)SMR示范項目。
去年12月,美國核管理委員會核準了首座四代核電堆——Hermes非動力示范反應堆。 但該反應堆僅用于提供運行數(shù)據(jù),以支持開發(fā)用于商業(yè)發(fā)電的大型反應堆,不進行實際發(fā)電。
美國也在部署先進核燃料,以突破該國先進核反應堆發(fā)展的瓶頸。
高豐度低濃鈾(HALEU)是鈾-235豐度大于5%且小于20%的濃縮鈾,???能夠允許更小的堆型設計,更高的燃燒效率并減少廢物量,為先進核反應堆所需的關鍵材料。
Natrium示范項目所需的燃料也是HALEU。但目前僅有俄羅斯和中國擁有大規(guī)模生產HALEU的基礎設施。
美國能源部預測,到2030年美國可能需要超過40噸的HALEU,且每年還需要更多的這種燃料以便及時部署一批新的先進反應堆。
今年5月,TerraPower和Framatome宣布了一項協(xié)議,將合作在華盛頓州里奇蘭的Framatome核燃料制造工廠設計和開發(fā)HALEU的冶制試點生產線。
作為GIF的成員國,中國主要參與了氣冷快堆外的另五種堆型的合作研發(fā),全球首座四代核電石島灣高溫氣冷堆已于去年12月6日投入商運。
鈉冷快堆是目前運行經驗最豐富的先進核能系統(tǒng),全球范圍內運行時間累計達到400堆年。2022年12月,中國小型鈉冷快堆核電源研發(fā)工作取得重要突破,在國際上首次實現(xiàn)耦合斯特林發(fā)電系統(tǒng)的小型鈉冷快堆核電源非核集成測試裝置“一鍵啟停堆”驗證試驗。