麻省理工學(xué)院核電池概念的剖面圖顯示了重要的組件，如儀表和控制模塊、反應(yīng)堆和電源模塊。圖片來源：研究人員提供

Jacopo Buongiorno 和其他人說，工廠制造的微反應(yīng)器用卡車運到使用地點可能是電力系統(tǒng)脫碳的一種安全、有效的選擇。

我們可能正處于核電新范式的邊緣，一組核專家最近在美國國家工程院期刊The Bridge 上提出建議 。正如大型、昂貴和集中的計算機讓位于當(dāng)今廣泛分布的 PC 一樣，新一代相對小巧且廉價的工廠制造的反應(yīng)堆，設(shè)計用于類似于插入超大電池的自主即插即用操作，是他們說，在地平線上。

這些提議的系統(tǒng)可以為工業(yè)過程提供熱量或為軍事基地或社區(qū)提供電力，在無人看管的情況下運行 5 到 10 年，然后用卡車運回工廠進(jìn)行翻新。 作者 - Jacopo Buongiorno，麻省理工學(xué)院 TEPCO 核科學(xué)與工程教授;羅伯特弗里達(dá)，GenH 的創(chuàng)始人;愛達(dá)荷國家實驗室的 Steven Aumeier;美國戰(zhàn)略司令部退役指揮官凱文奇爾頓將這些小型發(fā)電廠稱為“核電池”。研究人員說，由于它們操作簡單，它們可以在世界電力系統(tǒng)脫碳以避免災(zāi)難性氣候變化方面發(fā)揮重要作用。 麻省理工新聞 要求 Buongiorno 描述他的小組的提議。

問： 小型模塊化核反應(yīng)堆的想法已經(jīng)討論了好幾年了。這個核電池提案有何不同?

答： 我們描述的單元將工廠制造和模塊化的概念發(fā)揮到了極致。較早的提議已經(jīng)研究了 100 至 300 兆瓦電力輸出范圍內(nèi)的反應(yīng)堆，這比傳統(tǒng)的大型野獸(千兆瓦級的大型核反應(yīng)堆)小 10 倍。這些可以由工廠制造的組件組裝，但它們?nèi)匀恍枰诂F(xiàn)場進(jìn)行一些組裝和大量的現(xiàn)場準(zhǔn)備工作。所以，這是對傳統(tǒng)植物的改進(jìn)，但不是很大的改進(jìn)。

由于這些機器的物理規(guī)模——大約 10 兆瓦，這種核電池概念確實是另一回事。它是如此之小，以至于整個發(fā)電廠實際上都建在一個工廠中，并裝在一個標(biāo)準(zhǔn)容器中。這個想法是將整個發(fā)電廠安裝到容器中，該發(fā)電廠包括一個微型反應(yīng)器和一個將熱量轉(zhuǎn)化為電能的渦輪機。

從經(jīng)濟的角度來看，這提供了幾個好處。您正在將您的項目和您的技術(shù)與施工現(xiàn)場完全脫鉤，這一直是過去 20 年來核項目所有可能的進(jìn)度延遲和成本超支的根源。

這樣它就變成了一種按需能源。如果客戶需要熱力或電力，他們可以在幾個月甚至幾周內(nèi)獲得，然后即插即用。這臺機器到達(dá)現(xiàn)場，幾天后，您開始獲得能量。所以，它是一個產(chǎn)品，而不是一個項目。這就是我喜歡描述它的方式。

問： 您談到可能會廣泛分布此類裝置，甚至包括在住宅區(qū)為整個社區(qū)供電。人們對這些植物的安全性有多大信心?

答： 它非常堅固——這是賣點之一。首先，由于各種原因，它很小這一事實是好的。一方面，產(chǎn)生的總熱量與功率成正比，功率很小。但更重要的是，它具有很高的表面積與體積比，因為再一次，它很小，這使得在任何情況下都更容易保持涼爽。它是被動冷卻的，以至于沒有人需要做任何事情。您甚至不需要打開閥門或任何東西。系統(tǒng)會自行處理。

它周圍還有一個非常堅固的安全殼結(jié)構(gòu)，以防止任何輻射釋放。代替?zhèn)鹘y(tǒng)的大混凝土圓頂，有鋼殼基本上封裝了整個系統(tǒng)。至于安全性，在大多數(shù)站點，我們設(shè)想這些站點將位于地下。這為外部攻擊者提供了一些保護(hù)和物理安全。

至于其他的安全問題，你知道的，想想著名的核事故，三哩島、切爾諾貝利、福島，這三個問題都是由這些核電池的設(shè)計引起的。因為它們太小了，基本上不可能從任何事件序列中得到那種類型的結(jié)果。

問： 我們怎么知道這些新型反應(yīng)堆會起作用，以及這些裝置要廣泛使用需要什么?

答： 美國宇航局和洛斯阿拉莫斯國家實驗室為太空應(yīng)用做了一個類似的示范項目，他們稱之為微反應(yīng)器。他們從開始設(shè)計到制造和測試只用了三年時間。他們花費了 2000 萬美元。它比傳統(tǒng)的大型核電站小幾個數(shù)量級，傳統(tǒng)的大型核電站很容易耗資超過 10 億，而且需要十年或更長時間才能建成。

現(xiàn)在也有不同的公司在開發(fā)自己的設(shè)計，每家都有點不同。西屋電氣已經(jīng)在研究這種核電池的一個版本(盡管他們沒有使用這個術(shù)語)，他們計劃在兩年內(nèi)運行一個示范裝置。

下一步將是在愛達(dá)荷國家實驗室等擁有大量核反應(yīng)堆系統(tǒng)測試設(shè)備的國家實驗室中建造一座試驗工廠。他們有許多正在改造的設(shè)施以適應(yīng)這些微反應(yīng)器，并且他們有額外的安全層。因為它是一個示范項目，所以你要確保如果發(fā)生了你沒有預(yù)見到的事情，你沒有任何釋放到環(huán)境中。

然后，工廠可以通過加速的測試程序，使其經(jīng)受比正常運行中遇到的更極端的條件。你基本上濫用它并通過直接測試表明它可以承受所有這些外部負(fù)載或情況而不會超過任何故障限制。一旦它在嚴(yán)格的條件下得到證明，廣泛的商業(yè)安裝就可以很快開始。

這些核電池非常適合在非常不同的經(jīng)濟部門中創(chuàng)造彈性，通過提供穩(wěn)定可靠的電源來支持對太陽能和風(fēng)能等間歇性可再生能源的日益依賴。而且，這些高度分布式的系統(tǒng)還可以通過安裝在需要其輸出的地方來幫助減輕電網(wǎng)壓力。這可以針對電網(wǎng)中斷提供更大的彈性，并幾乎消除傳輸損耗問題。如果它們像我們想象的那樣普及，它們可以為減少世界溫室氣體排放做出重大貢獻(xiàn)。