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全球先进堆发展概况

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-07-27  来源:嘿嘿能源heypower  浏览次数:25
核心提示:对于先进堆核技术,外界普遍存在一个误解,认为先进堆基本上是概念性的,离商业化还很遥远,更难以参与实
       对于先进堆核技术,外界普遍存在一个误解,认为先进堆基本上是概念性的,离商业化还很遥远,更难以参与实现近期的气候目标。

1、先进堆发展概况

全面审视全球发展先进堆的努力,可以从中发现,先进堆在商业化和运营方面都取得了迅速进展。例如,美国现在正进行许多先进堆项目,而且最近颁布了多项支持先进反应堆开发的政策,因此,美国完全有能力成为这一领域的全球领导者。

其他几个国家也在大胆推进先进堆的开发、示范、部署和商业化项目。从某种角度上说,这些反应堆已经在建或运行了。

为巩固美国在先进核技术领域取得领导地位,美国还需要加倍支持先进堆发展的政策手段,包括加强公私伙伴关系,如先进堆示范计划(ARDP),继续推进其核监管和许可框架的现代化模式,确保低浓缩铀(HALEU)燃料的稳定供应,并探索政府采购先进堆技术的可能。

当下是先进堆领域的一个分水岭。目前,全球正在进行30多个不同设计的商业示范堆。这些设计包括技术、规模和目标应用程序的创新,而且项目进度表显示,先进核能投入使用并不会太晚,可以应对气候挑战。

本世纪20年代进行商业示范建设,30年代可以进行成本削减和大规模推广。

反应堆设计用于大规模生产,并通过模块化、简化设计和先进制造来降低施工风险。随着建设时间的缩短和建设风险的降低,先进堆可以通过技术学习迅速实现成本降低。

    2、美国

去年是美国先进堆取得重大进展的一年。

2020年5月,美国能源部(DOE)启动了先进堆示范计划(ARDP),截至2021财年,该计划已为先进堆项目拨款4.8亿美元。

该计划有三种不同的发展和示范途径:

先进堆示范投资:2027年前批准两个运行的全尺寸先进反应堆。DOE将在7年内投资32亿美元,用于泰拉能源(Terra Power)/GE-日立钠快堆(带熔盐储能系统)和X-energy Xe-100高温气冷堆(HTGR),并从工业界获得相应的投资。

设立风险降低奖:支持正在开发的反应堆奖项,这些反应堆可以在未来10到14年内获得许可和部署。DOE预计在7年内投资约6亿美元。

最近五位获奖者是:

凯罗斯电力公司(Kairos Power)的小尺寸试验反应堆,是商用氟化盐冷却高温反应堆的前身;

西屋电气公司(Westinghouse)的eVinci微型堆,热管微反应堆;

BWXT的先进堆,可移动微型反应堆;

Holtec的SMR-160,轻水堆(LWR);

南方公司的熔融氯化物反应堆实验,Terra Power熔融氯化物快堆的前身。

先进反应堆概念2020(ARC 20)奖是DOE另一种支持先进堆开发的途径,旨在推进先进堆设计,并有可能在20世纪30年代中期实现商业化。

该奖最近获得者有:ARC清洁能源公司,该公司正在开发一种先进的隔震钠冷反应堆;通用原子公司的50 MWe模块堆概念设计;麻省理工学院的一个小组正在研究水平HTGR概念。

DOE预计将在四年内投资5600万美元。

国会还通过了《2020年能源法案》,该法案包含了年底的综合法案,其中包括为先进堆提供66亿美元的巨额授权资金。

该法案不仅授权ARDP为未来五年提供资金,而且还批准了一项计划,以支持国内低浓缩铀(HALEU)的商业供应,这种铀用于大多数先进反应堆的燃料成分,是大规模部署所必需的。

此外,《2020年能源法案》授权的项目集中于核能综合能源系统,这对于展示非电力应用的核技术非常重要,如制氢、制热或海水淡化。

尽管国会仍需要为这些项目拨出资金,但这些授权为DOE提供了一个思路,并发出一个强烈的信号,即先进反应堆是国会两党的优先事项。

《2020年能源法案》授权用于先进核能的关键资金要素概述如下:

到目前为止,多个ARDP获奖者已经宣布在华盛顿州里奇兰,田纳西州橡树岭,怀俄明州一个即将退休的煤厂里,爱达荷国家实验室建立示范点。

在进行商业示范堆建设的同时,美国国防部(DoD)正在推行贝利项目,该项目的目标是在2024年前设计、建造和示范建造一个移动式原型堆。

2021年3月,DoD宣布已选择BWX技术,公司和X-energy完成了他们移动式核反应堆原型的最终设计。

在2022年完成最终设计后,DoD可能会选择一家公司来建造他们的原型,并预计2023年底对反应堆进行全功率测试,2024年进行户外移动测试。

2020年还出现了一个先进堆许可里程碑事件。纽斯凯尔(NuScale)正在与犹他州相关市政电力系统(UAMPS)合作进行无碳电力项目(CFPP),并于2020年8月获得了核管理委员会(NRC)颁发的第一个小型模块化反应堆(SMR)设计认证。

CFPP选址在爱达荷州国家实验室(INL),预计2029年开始运行。

2020年,DOE拨款高达14亿美元,以支持该项目的发展。

    3、加拿大

2020年12月,加拿大政府与相关机构共同启动了加拿大SMR行动计划。该行动计划是建立在2018年SMR路线图(加拿大自然资源部(NRCAN)领导)的基础上。

加拿大的SMR行动计划在SMR开发、演示和部署的关键领域提出了50多条建议,并试图根据相关机构的关注建立具体目标。

加拿大的首个先进堆项目是全球第一电力公司(Global first Power)对超安全核公司的微型模块化反应堆(Ultra-Safe Nuclear Corporation Micro Modular reactor),该堆是15 MWt的商业示范堆,也是加拿大核实验室(CNL)白垩河(Chalk River)现场的一个高温气冷堆(HTGR)微型反应堆。

该项目是CNL管理站点SMR建设和运营计划的一部分,有四家公司参与了该计划的各个阶段。首席开发商Global First Power是安大略省发电公司(OPG)和开发商超安全核公司(Ultra-Safe Nuclear Corporation)的合资企业。Global First Power参与了许可和环境评估流程,计划在2025年进行商业部署。

OPG还寻求在达林顿核电站建设一个并入电网的SMR,该电站已经获得了加拿大核安全委员会(CNSC)颁发的场地准备许可证。

OPG正在与三家开发商推进工程和设计工作:GE-日立BWRX-300、陆地能源iMSR和X-Energy Xe-100。OPG的目标是最早在2028年将第一台机组接入电网。

新不伦瑞克电力公司(NBP)是另一家寻求推进新一代反应堆的加拿大公用事业公司。NBP正与Moltex和ARC 加拿大核能公司两家开发商合作,在20年代末之前,在其莱普罗角核电站(Point Lepreau)建设先进堆。

在马尼托巴省,偏远的皮纳瓦社区同意向离网社区和/或采矿组织展示SMR的好处。皮纳瓦社区拥有CNL管理的Whiteshell实验室,这是一个目前正在退役的核研发基地。

    4、英国

在英国,2020年11月发布的首相绿色工业革命十点计划中包括了先进核能。具体而言,英国政府将从2021年起通过低成本核能(LCN)计划向SMR投资2.15亿英镑(约合3亿美元)。

这笔投资将投入英国SMR设计公司,这是一个440 MWe的模块化压水反应堆,设计中由工厂制造部件,部件运到现场进行组装和安装。

该设计由英国SMR财团开发和部署,该财团由劳斯莱斯领导,包括Assystem、Atkins、BAM Nuttall、Jacobs、Laing O'Rourke、国家核实验室、核AMRC和TWI。

    5、俄罗斯

2019年12月,世界上第一台浮动商业SMR——罗蒙诺索夫院士号(Akademik Lomonosov)并网。船上的两个35 MWe 的KLT-40C反应堆技术,来自俄罗斯破冰船上使用的技术,为俄罗斯远东偏远的查恩河 比利比诺(Chaun Bilibino)供电。

Rosatom(俄罗斯国家原子能公司)于2020年12月宣布,第一个商业化的RITM-200 50MWe反应堆将在西伯利亚的萨哈共和国(也被称为雅库特)建造,该反应堆是用在俄罗斯最新的破冰船上的KLC-40C的改进版。现场工作将于今年开始,预计2028年投入运营。

俄罗斯在快堆部署方面也有丰富的经验,在别洛雅尔斯克核电站有两个商业规模的快堆——BN-600钠冷快堆(1980年开始运行)和BN-800快堆(2016年开始运行),不过它们的燃料成分不同。

Rosatom越来越多地将快堆视为俄罗斯核工业的未来,目前正在积极推进Proryv项目,该项目旨在展示一种闭式燃料循环,提高铀效率,减少废物积累。

Proryv项目的一个关键组成部分是MBIR,这是一个150 MWt的多回路钠冷快堆,能够测试铅、铅铋和气体冷却剂——这些冷却剂将以混合氧化物(MOX)燃料形式运行。该反应堆正在迪米特罗夫格勒的原子反应堆研究所(RIAR)建造,计划于2021年底运行。

RIAR将在同一地点建造一座热化学后处理设施,形成燃料循环的闭环模式,整个项目与国际原子能机构的创新核反应堆和燃料循环国际项目保持一致,并将向外国合作开放。

Proryv项目的另一个组成部分是BREST OD-300,一个位于托木斯克地区Seversk的快中子铅冷却反应堆。现场准备工作于2020年开始,计划于2026年上线。

最后,SVBR-100是一种铅铋反应堆,技术来自于俄罗斯潜艇上使用的反应堆,计划在迪米特罗夫格勒基地进行示范建设。Rosatom和西伯利亚能源公司Irkutskenergo各占一半的合资企业AKME engineering获得了该项目的现场许可证。

    6、中国

四代堆的快速发展是中国过去两个五年计划的关键部分,而且可能是最重要的战略重点。

中国在展示先进反应堆技术方面取得的进展,最明显的是HTR-PM,石岛湾核电站在建的两座100MW高温球床反应堆。

HTR-PM于2021年1月开始进行热功能测试,计划于2021年末上线。该堆型是一个按比例增加的HTR-10版本,是清华大学的一个10 MWT原型反应堆,这个堆自2003就已经开始运行。

中国还提议扩大核电站的规模,即HTR-PM600,其中一台额定功率为650 MWe的大型涡轮机由6台HTR-PM反应堆机组驱动。

中国也在建设示范小型LWR,中国核工业集团公司(CNNC)正在昌江核电站建造125 Mwe的小型轻水堆ACP-100,计划于2026年投入运行。ACP-100设计应用比较宽泛,如热机组更换、城市区域供热、船舶应用,军事方面也有涉及。

200MWe NHR-II是另一个正在开发的轻水堆SMR,位于中国北部的河北省,提供区域供暖和工业蒸汽。

最后,中国核工业集团公司正在福建省建设霞浦快堆示范工程。该堆也是双反应堆项目,由CFP-600钠冷池式快中子反应堆组成,计划于2023-2025年运行。在这些反应堆上进行的研究旨在支持中国实现封闭核燃料循环的计划。

    7、结论

由于多个国家都将核反应堆视为提供低碳能源的一种方法,因此了解先进反应堆发展的更广阔全球前景非常重要。

最终用户国家主要对满足特定需求的成套技术感兴趣,作为供应商国家,能够提供具有竞争力产品将具有显著的市场优势。

 
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