“核电池”了解下?无碳能源即插即用(分布式设计还能缓解电网压力)

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据报道，一个核专家团队最近在美国国家工程学院期刊《The Bridge》上刊文介绍，他们可能正处于核能新模式的边缘。

他们解释称，就像今天那些昂贵的大型计算机让位于广泛分布的个人电脑一样，新一代相对小型、廉价的工厂建造的反应堆即将问世，这种反应堆的设计目的是实现即插即用操作，类似于插入一个超大电池。

据称，这些拟议中的系统可以为工业提供热量，或为军事基地或社区提供电力，在无人看管的情况下运行5至10年，然后用卡车运回工厂进行翻新。研究人员们表示，工厂建造的微型反应堆用卡车运到使用地点，对于脱碳电力系统来说可能是一个安全、有效的选择。

他们将这些小型发电厂称为“核电池”。研究人员说，它们可以在世界电力系统的去碳过程中发挥重要作用，以避免灾难性的气候变化。该研究第一作者、麻省理工学院东电核科学与工程教授Jacopo Buongiorno具体描述了他们的方案。

问：小型模块化核反应堆的想法已经讨论了好几年了。是什么让这个核电池提议与众不同？

答：我们描述的装置将工厂制造和模块化的概念发挥到了极致。早期的建议是研究100至300兆瓦电力输出的反应堆，这是传统的“大野兽”（千兆瓦级大核反应堆）的1/10。这些可以由工厂建造的部件组装而成，但它们仍然需要在现场进行一些组装，并需要大量的现场准备工作。因此，与传统的工厂相比，它是一个改进，但不是一个巨大的改进。

不过，这种“核电池”概念确实是一个不同的东西，因为这些机器的物理规模——大约10兆瓦。它是如此之小，以至于整个发电厂实际上可以装在一个标准的集装箱内。我们的想法是将整个发电厂，包括一个微反应器和一个将热能转换为电能的涡轮机，装进集装箱。

从经济角度来看，这提供了几个好处。你可以完全将你们的项目和技术与施工现场分离开来，施工现场一直是过去20年核电项目所有的进度延迟和成本超支的根源。

这样它就变成了一种有需求的能源。如果客户想要暖气或电，他们可以在几个月甚至几周内得到，然后就是即插即用。这台机器到达现场，仅仅几天后，你就开始获得能量。所以，这是一个产品，不是一个项目。我喜欢这样描述它。

问：你谈到有可能广泛分布这种装置，甚至包括在住宅区为整个社区供电。人们对这些设备的安全性有多大信心？

答：特别坚固——这是卖点之一。规模小是有好处的，原因有很多。首先，产生的总热量与功率成正比，这是小型的设备；但更重要的是，它有一个高的表面体积比，因为它也很小，这使得它在任何情况下都更容易保持冷却。它是被动冷却的，达到了不需要人做任何事情的程度。你甚至不需要打开一个阀门或任何东西。该系统会会自行处理。

它周围还有一个非常坚固的密封结构，以防止任何辐射的释放。没有传统的大混凝土圆顶，取而代之的是基本封装整个系统的钢壳。至于安全问题，在大多数地点，我们设想这些将位于地面以下。这提供了一些保护和物理安全，防止外部攻击者。

问：我们如何知道这些新类型的反应器将工作，以及需要发生什么才能使这种装置广泛使用？

答：美国宇航局和洛斯阿拉莫斯国家实验室已经做了一个类似的示范项目，他们称之为微反应器，用于空间应用。从开始设计到制造和测试，他们只花了三年时间。而且它花费了2000万美元。它比传统的大型核电站的开支小了好几个数量级，后者动辄花费十几亿，需要十年或更长时间来建造。

现在也有不同的公司在开发他们自己的设计，而且每一个都有点不一样。西屋电气公司已经在研究这种“核电池”的一个版本（尽管他们没有使用这个术语），他们计划在两年内运行一个示范装置。

下一步将是在拥有广泛的核反应堆系统测试设备的国家实验室之一建立一个试验工厂，例如爱达荷国家实验室。他们有一些正在改造的设施，以适应这些微反应器，而且他们有额外的安全层。因为这是一个示范项目，你要确保如果发生你没有预见到的事情，你不会有任何释放到环境中。

然后，工厂可以通过一个加速测试项目，使其遭受比正常运行中遇到的更极端的条件。你基本上是无所顾忌的使用，并通过直接测试表明它可以承受所有这些外部负载而不会超过任何故障限制。而一旦它在严格的条件下被证明，广泛的商业化使用可以很快开始。

这些“核电池”适合在非常不同的经济部门提供动力，通过提供稳定可靠的电源来支持对太阳能和风能等间歇性可再生能源的日益依赖。而且，这些高度分布式的系统也可以帮助缓解电网的压力，因为它们被就近安置在需要输出的地方。

这可以对电网的任何中断提供更大的弹性，并几乎消除了传输损失的问题。如果这些系统像我们设想的那样普及，它们可以为减少世界的温室气体排放做出重大贡献。