最近，在英国的Whetstone举行了U型电池小型模块高温堆全尺寸模型的竣工式。
1.U型电池微反应堆
U型电池全尺寸模型，红线代表地面。(图源：网络)
核电站设计师很少能看到、触摸和参观他们设计电站的全尺寸模型，但目前英国Urenco公司领导的U型电池微反应堆项目却有些不同。
最近完成的U型电池(一种高温氦冷堆)全尺寸模型位于英国莱斯特郡(Leicestershire)卡文迪什(Cavendish)核电站Whetstone工厂的高湾。
几十年来，这个地方在英国核工业中发挥了重要作用。20世纪50年代，英国电气公司的反应堆工程部门成立，后续主要在此处进行相关工作。
在高湾，有一台起重机可承受50吨荷载，这对于U型电池模型安装来说是非常重要。
2.独特的生产
实体模型模块：左侧，中间热交换器，顶部带有一回路循环器;右侧，反应堆压力容器。(图源：网络)
在Whetstone的全尺寸模型，包括10MWt/4Mwe的U型电池主容器、反应堆压力容器和中间气/气热交换器容器，以及连接它们的重要跨容器管道。
该模型项目由U型电池(U-Battery)公司和卡文迪什核能公司(Cavendish Nuclear)实施，从最初构思到完工用了大约18个月时间，是英国政府商业、能源和工业战略部(BEIS)根据其先进制造和材料(AMM)计划推进的结果。
U-Battery的总经理Steve Threlfall在9月于Whetstone举行的典礼上指出，U-Battery/卡文迪什核能团队成功地克服了“一系列挑战，将这种独特的制造工艺变为现实”，尤其是在新冠疫情爆发以来，顶住了各种压力和挑战。
他说：“通过建造一个全尺寸模型，人们可以真正了解AMR(先进模块堆)的外观以及建造方式。它还使我们能够确定概念设计的要求，并证明核电厂的运行安全情况。这就是为什么模型对于交付我们的第一座核电厂至关重要的原因。”
“我们的目标是，利用先进制造和模块化设置，以及生产线组装技术中使用规模经济来生产这一新一代AMR技术……我们目前正在努力建立新的合作伙伴关系，以支持U-Battery的下一阶段设计和开发。”
一回路循环器、中间热交换器和跨容器管道，通过模拟操作台的观察窗观察。
Urenco的首席技术官Chris Chater表示，他将全尺寸模型视为“还原和答案”一些关键问题的一种手段，例如：“我们将如何将其组合在一起?我们将如何运输它?它有多简单?”
他认为，到目前为止，该项目确实表明“核能不一定要很复杂，也不一定要很庞大”。
James Ewence，卡文迪什核电公司(巴布科克国际集团的全资子公司)新建和先进核技术业务总监，他说，在U型电池开发的这一阶段的工作，让“我们的团队……展示了他们从支持英国先进气体反应堆机组中获得的丰富经验，以及最新的模块化技术，这些技术最近已在退役项目中使用。”
该模型生动地展示了这种模块化，U型电池由工厂制造、预先测试，模块运输到现场，只需最少的现场工作即可安装。
3.设计发展
模型中的跨容器导管(图源：网络)
U型电池的另一个显著特征是跨容器导管的创新设计，其形式为U型管，类似于伞柄，而不是通常在小型模块化高温反应堆设计中发现的直管。
跨容器管道是一个同轴逆流管，用于连接反应堆压力容器模块和中间热交换器模块，将热氦从反应堆输送到热交换器，并将冷却的氦返回反应堆。
繁重的操作条件，包括高温，意味着导管需要经常更换，可能在U型电池装置的中期。
卡文迪什核电公司交付U型电池AMM项目的技术负责人汤姆·阿诺德(Tom Arnold)指出：“U型管道虽然乍看起来过于简单和非传统，但实际上比传统的直线设计具有显著优势。”
“这种外形的主要优点是，它可以从单侧安装，而无需移动两个容器或其支撑模块，从而简化并实现模块化安装方式。”
“其他优点，与更传统的直管连接相比，热膨胀和由此产生的应力将出现在单个方向上，热荷载或地震荷载下容器之间的分离力将显著降低。”
除了先进制造和材料计划外，U-Battery还参与了英国政府先进模块堆竞赛的第2阶段。
2020年7月,，该公司是从竞赛第一阶段进入第二阶段的三家供应商之一——其他供应商是托卡马克能源公司(采用高温超导磁体球形托卡马克聚变装置)和西屋公司(450MWe铅冷快堆)——并获得1000万英镑的资金，用于启动设计和开发工作。
对于U-Battery来说，通过该AMR竞赛奖资助，最终确定未来的一个关键里程碑工作，目标日期为2022年6月底。
这将为U-Battery提供经验证的概念设计，意味着它将准备好开始前端工程设计。
在英国，根据ONR/EA的建议，希望它能够进入通用设计评估过程，设计工作正在继续发展。
例如，目前正在考虑的一个方案是在二次回路中使用氦气(在布雷顿循环中，直接驱动劳斯莱斯设计的燃气轮机)。
目前的设计设想在一次回路中使用氦气，在二次回路中使用氮气。
4.潜在市场
由于其高输出温度(超过700℃)，U型电池可能是脱碳能源发展的重要方向，其开发人员设想的一个重要潜在应用市场，主要是是难以进行产业脱碳的“基础工业”，例如水泥、金属和纸张行业。
“我们认为，这对我们来说非常重要。”史蒂夫·瑟雷法尔说。
在英国(U-Battery可用于为重工业现场供电)和加拿大(可在采掘业/采矿现场和离网偏远社区部署)已经确定了“相当大的潜在市场”。
在英国和加拿大设想的潜在应用，也存在于世界其他地方，例如日本、波兰和印度。
高温反应器有望成为低碳氢气生产的有效途径，这正吸引着全世界的关注。
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