解读:小型核反应堆如何运作?

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  • 气候变化和能源价格上涨正推动人们对核能技术的关注和投资。

  • 美国核管理委员会将为一种新型核反应堆设计颁发认证。

  • 与大型核电站不同,小型模块化反应堆可以在工厂组装后运送至现场。

  • 但这项技术也引发了对成本和安全的担忧,一些人认为投资可再生能源会更好。

为什么是核电?为什么是现在?

全球气候变化威胁使清洁能源的需求比以往任何时候都更加迫切。在实现净零排放的竞赛中并减少对化石燃料的依赖,核电正获得越来越多的支持。

俄罗斯入侵乌克兰也对全球能源价格产生了巨大影响,推高了消费者和企业的成本。在欧洲,英国年度能源账单已达到50年来的最高水平,而且还在上涨;德国也出现了电价创下纪录新高。

能源价格高企可能会妨碍实现现行气候变化目标的努力,国际能源署(IEA)执行主任法提赫·比罗尔表示。世界在履行承诺方面已经落后。他说,要及时应对不受控制的全球变暖所造成的最严重影响,就需要大幅增加对清洁能源技术的投资。

核能并非可再生能源,但可以循环利用。尽管核能的使用确实引发了关于成本、废物管理和安全的问题,但就单位发电量的温室气体排放而言,它与海上风电一样清洁,据英国 核能先进制造研究中心称。因此,核能是碳排放最低的能源之一。

什么是小型核反应堆?

所有这些因素都在推动对本土小规模发电厂技术设计的投资。国际原子能机构(IAEA)将低于300MWe的定义为“小型”,最高700MWe的定义为“中型”,据 世界核能协会称。

小型和中型反应堆有时统称为SMR,但该行业机构表示,这一缩写更普遍地被理解为“小型模块化反应堆”。

与传统反应堆一样,SMR采用核裂变技术,利用裂变产生的热能发电。从本质上说,它们是先进的小型反应堆,处理能力约为传统反应堆的三分之一。

7月底,美国核管理委员会(NRC) 宣布将为一种新型核反应堆设计颁发认证。NuScale Power模块包含反应堆、蒸汽发生器和稳压器,采用浮力驱动的自然循环原理。

小型核反应堆模型。Image: NuScale Power

该领域的创新此前也曾获批,但从未具备如此显著的潜在运营和成本优势,科技新闻网站 Ars Technica 报道。

那么,它有哪些优势?

SMR的模块化特性意味着,其现成部件可以在工厂环境中组装;相比之下,大型核电站建造成本高、过程复杂,施工风险也可能较高。这或许使SMR生产成本更低、速度更快,也更易于监控,美国能源部核能办公室表示。

生产自有SMR的劳斯莱斯表示,约90%的工作在工厂完成,这 减少了现场施工造成的干扰。较小的施工占地也意味着,电站选址更加灵活。

除了建造流程更加精简之外,SMR的受欢迎程度也在上升,这要归功于被动安全特性。简而言之,如果出现问题,无需工作人员或外部力量主动干预,就能关闭系统。一些人认为,这使SMR比传统核电站更安全。

考虑到SMR体积较小,它们所需的燃料也少于传统电站,这或许并不令人意外。

世界经济论坛如何推动能源转型,助力遏制气候变化?

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未来会怎样?

目前,全球有438座商用核反应堆,根据国际原子能机构公布的数据,另有56座正在建设中。SMR可能仍处于研发阶段,但该机构表示,全球约50种概念设计中,有4种已进入建设后期。

世界核能协会表示,核电是一种安全的发电方式,核电站发生事故的风险较低且正在下降。

但反核人士表示,核能成本高昂,这些资金用于可再生能源和能源效率提升会更好。

预计SMR全球市场规模将达到最高3000亿美元到2040年,部分原因是人们认为SMR有助于让更多国家用上核能。但SMR能否足够迅速地建成,以满足未来的能源需求?这项技术能否兑现承诺?

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