哥本哈根原子能公司计划如何利用经济实惠的钍反应堆改变能源行业

世界迫切需要额外的发电能力，同时减少并最终消除排放。(图片来源：Pixabay 上的 Peter H)

哥本哈根原子能公司正在开发的技术是重水慢化钍熔盐反应堆，该反应堆安装在一个 40 英尺的容器内，其制造方式与当今的汽车生产方式类似。该公司计划在装配线上大规模生产反应堆，每条装配线每天可生产一座反应堆。

每个反应堆的输出功率为 100 兆瓦，其想法是将它们像乐高积木一样拼凑起来，以便大规模部署。这使得该技术适用于发电和其他应用，如工业用工艺热，包括生产氢气和绿色氨。

预计该技术在大规模生产情况下的电价 (LCoE) 将低于 20 美元/兆瓦时。哥本哈根原子能公司还计划采用“能源即服务”商业模式，即该公司将建造、拥有、运营和退役钍反应堆，无需客户投资，也不需要纳税人投资。

钍反应堆还有一个额外的好处，就是可以利用传统核电站的废燃料(从而将储存时间从 10 万年缩短到 300 年)。因此，该技术被称为废物燃烧器。

哥本哈根原子公司是一家“产品至上”的公司，已经建造并运行了其第一台全尺寸非裂变原型机，运行温度为 600°C。为了实现这一目标，公司进行了广泛的研发和测试，以支持实现这一重要里程碑，并按照积极的路线图要求在 2028 年之前实现商业发射。

特斯拉和 SpaceX 等公司率先采用了“产品优先”的方法，哥本哈根原子公司也秉承同样的理念：打造;测试;改进;强化技术，以获得成功。

世界迫切需要额外的发电能力，同时减少并最终消除排放。实现这一目标的唯一方法是采用多种途径的创新。该公司认为，钍熔盐技术可以为全球能源系统的转型做出重大贡献，一种情景表明，40 年后钍反应堆的能量产出可能与今天的天然气相似。

那么这一切是怎么发生的呢……?基础和起源是熔盐反应堆实验 (MSRE)，这是一座钍增殖反应堆，于 20 世纪 60 年代在美国橡树岭国家实验室运行了五年。随着互联网在 2000 年左右的普及，这项技术背后的知识产权开始公开，并被世界各地的许多大学团体采用。这就是人们对熔盐反应堆兴趣重新燃起的开始，并催生了一个目前正在兴起的行业。

六个里程碑

哥本哈根原子公司确定了六个里程碑(见左图)，这些里程碑支撑并体现了公司的发展历程，从创立之初到最终建成的增殖反应堆，该反应堆将为未来数千年提供廉价而丰富的能源。

里程碑 #1。哥本哈根原子公司自 2014 年以来一直致力于实现第一个里程碑，已获得多项宝贵专利，并开发了以前不存在的新方法和产品。作为双赢合作的一部分，该公司还将其中一些创新产品出售给其他人(例如熔盐测试回路技术和高纯度盐)，哥本哈根原子公司从其他熔盐研究人员那里获得数据。

这些组件仍有待改进，但里程碑 #1 已被认为完成了 95%。

目前里程碑 #2已完成 75%。两座非裂变全尺寸反应堆原型已经建成，该公司正在订购第三座。第三座反应堆将在 600°C 下用钍盐和铀盐进行测试。

里程碑#3涉及一座 1 MWt 演示/测试反应堆，目的是证明建造和运行带有钍包层的熔盐反应堆的能力——这是一项前所未有的壮举。

预计该测试反应堆将运行 30 天，以获得具有核经验国家的监管部门批准，并具有缩小版商用反应堆的所有功能。测试反应堆对于证明模拟的准确性以及材料、生产方法和挥发性裂变产物去除是必不可少的。未来两年的重点将是实现里程碑 #3，借鉴在实现里程碑 #2 的过程中从 140 多年的测试时间中获得的丰富经验。

目前正在建造的 1 MWt 演示反应堆非裂变原型将使用非核燃料盐来验证反应堆设计，预计该演示反应堆将于 2025 年投入运行。

在实现里程碑 #3 之后，里程碑 #4预计将相对简单，尽管在建造五到十个商用反应堆之前可能需要运行多个版本的测试反应堆。目标是到 2028 年拥有商用反应堆，但要等待愿意支持此类先进反应堆的国家的批准。计划在目前的公司总部组装十个商用反应堆。

这为里程碑 #5奠定了基础，涉及反应堆的流水线生产和在少数几个地点的快速安装。哥本哈根原子能公司将在“超级工厂”环境中建立流水线生产，从数百家分包商处接收组件并按顺序组装反应堆，每天发货一座反应堆。每条装配线大约需要 1000 人，每年应该可以安装 15 GWe 的新反应堆。超级工厂可能会设在首先批准类型认证并允许快速部署反应堆的国家。

里程碑 #6被认为是最令人兴奋的，因为实现热谱增殖反应堆可以比作首次登月。这一里程碑有可能解锁一种在价格和扩展能力上都超越化石燃料的能源。

虽然里程碑 #6 似乎遥不可及，可能要到 2035 年才能实现，但过去十年取得的进展让哥本哈根原子公司更接近其目标。预计 2024 年对该公司来说将特别令人兴奋，因为公司将进行非裂变反应堆测试、锂 7 生产以及大规模铀和钍盐生产和处理。

哥本哈根原子能公司目前正在积极筹集资金以推进这一路线图，并积极就试验反应堆的东道国进行谈判。其中一个谈判对象是英国，英国已经拥有悠久的核技术历史和广泛的核基础设施。

哥本哈根原子能公司没有进入英国的通用设计评估 (GDA) 流程，因为它不适合这项计划。哥本哈根原子能公司想要做的事情的范围与其他通用设计评估参与者不同，因为它设想的是一个只产生热量而不产生电力的小型测试反应堆。然而，英国正在与政府、场址和 ONR (核监管办公室) 进行多次对话，以探索批准测试反应堆的途径。

哥本哈根原子能公司还寻求在其他国家批准该测试反应堆，目前许多地方正在进行谈判，预计很快就会发布公告。

达成这样的主办协议将使主办国、哥本哈根原子能公司以及全世界受益。

试验反应堆将为商业化运行铺平道路。这项技术的试点国家最有可能是试验反应堆所在地的国家，因此也将是第一个从商业化部署中获益的国家。

移动

2023 年，哥本哈根原子公司完成了一轮 2500 万欧元的投资，这使得公司能够迁至新的总部/测试设施，并朝着将公司发展成为核能领域的全球领导者的目标迈进。哥本哈根原子公司于 2019 年迁至阿法拉伐的旧址，这与公司最初的丹麦技术大学地下室相比，也是一个很大的进步。在阿法拉伐，有真正的生产设施，包括高架起重机、大型机器和食堂。然而，公司已经完全超出了那个位置，迫切需要更多的地面空间进行测试和生产。新总部位于哥本哈根机场附近的卡斯特鲁普，占地 11000 平方米，拥有大量空间，可以发展成为一家提供真正商用反应堆的真正的反应堆公司。

在新总部，不可能在真正的核反应堆中进行链式反应，但可以建造全尺寸的非裂变原型，并使用电加热器用含钍和铀的盐进行测试。哥本哈根原子公司还将运行世界上最大的钍熔盐纯化生产线，目前正在这里建造世界上最大的锂7生产线。

作者：Jesper Glahn，哥本哈根原子能公司

本文最初发表于《现代电力系统》杂志。