“核电池”为无碳能源提供新途径

麻省理工学院核电池概念的剖面图显示了重要的组件，如仪表和控制模块、反应堆和电源模块。图片来源：研究人员提供

Jacopo Buongiorno 和其他人说，工厂制造的微反应器用卡车运到使用地点可能是电力系统脱碳的一种安全、有效的选择。

我们可能正处于核电新范式的边缘，一组核专家最近在美国国家工程院期刊The Bridge 上提出建议 。正如大型、昂贵和集中的计算机让位于当今广泛分布的 PC 一样，新一代相对小巧且廉价的工厂制造的反应堆，设计用于类似于插入超大电池的自主即插即用操作，是他们说，在地平线上。

这些提议的系统可以为工业过程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 到 10 年，然后用卡车运回工厂进行翻新。 作者 - Jacopo Buongiorno，麻省理工学院 TEPCO 核科学与工程教授;罗伯特弗里达，GenH 的创始人;爱达荷国家实验室的 Steven Aumeier;美国战略司令部退役指挥官凯文奇尔顿将这些小型发电厂称为“核电池”。研究人员说，由于它们操作简单，它们可以在世界电力系统脱碳以避免灾难性气候变化方面发挥重要作用。 麻省理工新闻 要求 Buongiorno 描述他的小组的提议。

问： 小型模块化核反应堆的想法已经讨论了好几年了。这个核电池提案有何不同?

答： 我们描述的单元将工厂制造和模块化的概念发挥到了极致。较早的提议已经研究了 100 至 300 兆瓦电力输出范围内的反应堆，这比传统的大型野兽(千兆瓦级的大型核反应堆)小 10 倍。这些可以由工厂制造的组件组装，但它们仍然需要在现场进行一些组装和大量的现场准备工作。所以，这是对传统植物的改进，但不是很大的改进。

由于这些机器的物理规模——大约 10 兆瓦，这种核电池概念确实是另一回事。它是如此之小，以至于整个发电厂实际上都建在一个工厂中，并装在一个标准容器中。这个想法是将整个发电厂安装到容器中，该发电厂包括一个微型反应器和一个将热量转化为电能的涡轮机。

从经济的角度来看，这提供了几个好处。您正在将您的项目和您的技术与施工现场完全脱钩，这一直是过去 20 年来核项目所有可能的进度延迟和成本超支的根源。

这样它就变成了一种按需能源。如果客户需要热力或电力，他们可以在几个月甚至几周内获得，然后即插即用。这台机器到达现场，几天后，您开始获得能量。所以，它是一个产品，而不是一个项目。这就是我喜欢描述它的方式。

问： 您谈到可能会广泛分布此类装置，甚至包括在住宅区为整个社区供电。人们对这些植物的安全性有多大信心?

答： 它非常坚固——这是卖点之一。首先，由于各种原因，它很小这一事实是好的。一方面，产生的总热量与功率成正比，功率很小。但更重要的是，它具有很高的表面积与体积比，因为再一次，它很小，这使得在任何情况下都更容易保持凉爽。它是被动冷却的，以至于没有人需要做任何事情。您甚至不需要打开阀门或任何东西。系统会自行处理。

它周围还有一个非常坚固的安全壳结构，以防止任何辐射释放。代替传统的大混凝土圆顶，有钢壳基本上封装了整个系统。至于安全性，在大多数站点，我们设想这些站点将位于地下。这为外部攻击者提供了一些保护和物理安全。

至于其他的安全问题，你知道的，想想著名的核事故，三哩岛、切尔诺贝利、福岛，这三个问题都是由这些核电池的设计引起的。因为它们太小了，基本上不可能从任何事件序列中得到那种类型的结果。

问： 我们怎么知道这些新型反应堆会起作用，以及这些装置要广泛使用需要什么?

答： 美国宇航局和洛斯阿拉莫斯国家实验室为太空应用做了一个类似的示范项目，他们称之为微反应器。他们从开始设计到制造和测试只用了三年时间。他们花费了 2000 万美元。它比传统的大型核电站小几个数量级，传统的大型核电站很容易耗资超过 10 亿，而且需要十年或更长时间才能建成。

现在也有不同的公司在开发自己的设计，每家都有点不同。西屋电气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。

下一步将是在爱达荷国家实验室等拥有大量核反应堆系统测试设备的国家实验室中建造一座试验工厂。他们有许多正在改造的设施以适应这些微反应器，并且他们有额外的安全层。因为它是一个示范项目，所以你要确保如果发生了你没有预见到的事情，你没有任何释放到环境中。

然后，工厂可以通过加速的测试程序，使其经受比正常运行中遇到的更极端的条件。你基本上滥用它并通过直接测试表明它可以承受所有这些外部负载或情况而不会超过任何故障限制。一旦它在严格的条件下得到证明，广泛的商业安装就可以很快开始。

这些核电池非常适合在非常不同的经济部门中创造弹性，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还可以通过安装在需要其输出的地方来帮助减轻电网压力。这可以针对电网中断提供更大的弹性，并几乎消除传输损耗问题。如果它们像我们想象的那样普及，它们可以为减少世界温室气体排放做出重大贡献。