公共事業委員會和州能源辦公室將在支持未來十年先進核能項目的發展方面發揮重要作用。了解新型核能的應用并確定將州目標與潛在項目聯系起來的機會對于支持這些發展至關重要。當各州考慮新型核反應堆的潛力時，了解目前在美國和全球范圍內運行或開發的新型核能用例機會是有價值的。

1背景

自 1957 年第一座商用核電站開始發電以來，能源行業一直利用核能為電網發電。如今，美國有兩種類型的輕水反應堆 (LWR) 在運行：

沸水反應堆 (BWR)，利用原子裂變產生的熱量將水煮沸，產生加壓蒸汽，從而產生能量。

壓水反應堆 (PWR)，將水加熱到非常高的溫度并保持在高壓下(以防止水沸騰)。產生的蒸汽驅動渦輪機，渦輪機啟動發電機發電。

PWR 占商用反應堆的 65% 以上，BWR 占運行中反應堆的其余三分之一。

隨著時間的推移，核技術不斷發展，從第一代(包括早期的原型反應堆)發展到第二代(包括第一批商用發電廠)，再到第三代(在第二代的基礎上進行了改進，例如燃料技術、熱效率和安全系統)。

新型核反應堆一般認為包括第三代+和第四代反應堆技術。第三代+設計比第三代設計提供了顯著的被動安全性改進，并包括一類反應堆，稱為輕水小型模塊化反應堆 (SMR)，與傳統反應堆相比，這種反應堆產生的能量較少(此處定義為 300 MW 或更低)，可以規劃為模塊化單元，也可以共置在一起，并且應急規劃區(EPZ) 的占地面積較小。

第四代技術繼續在被動安全特性方面取得重大進展，同時還利用傳統燃料源的替代品(例如高濃度低濃縮鈾 (HALEU))和替代冷卻劑方法(例如氣體、金屬、鹽等)。

2案例

2.1 分布式電力應用

下表側重于電網傳統集中式能源發電以外的電力應用。這些用例受益于核電站與最終用途的接近性，所確定的案例代表了未來能源需求快速增長的領域或通過用無碳能源生產取代化石燃料來實現經濟中難以脫碳的部門脫碳的機會。

2.1.1 資源開采

石油和天然氣的生產、運輸和加工約占全球溫室氣體 (GHG) 總排放量的 15%。EOR 和采礦作業非常適合部署微反應堆，因為這些作業地點偏遠，并且可能出現極端氣候，這使得其他替代形式的零排放能源難以實施。懷俄明州正在積極探索部署 BWXT35 高溫氣相反應堆 (HTGR)，以支持該州的開采業，州長能源配套基金計劃將提供 1000 萬美元的資金。

2.1.2 國防

美國國防部 (DoD) 已表示對在軍事設施和沖突地區使用固定式和移動式微反應堆感興趣。固定式反應堆的大小可以滿足軍事基地對高可靠性和彈性的需求。在永久性設施中，能源資源應提供至少 14 天的燃料中斷，需要使用具有現場燃料儲存或可靠運輸的天然氣或柴油發電機、具有電池備份的可再生風能和太陽能或先進的核反應堆。

核反應堆對于具有關鍵任務活動的偏遠地區可能特別有吸引力。部署先進的反應堆來滿足這些負載可以減少到達偏遠地區的配電和輸電投資的需求。移動式反應堆可以部署到作戰地點，為人道主義和災難恢復工作提供服務。國防設施還可以與州監管機構和州能源辦公室合作，共同規劃和資助有利于軍隊、客戶和納稅人的項目。

2.2 電力和廢熱應用

可以利用低工藝熱或電力來支持用例的低溫熱應用或用例為降低成本和排放提供了寶貴的機會，并在下表中進行了概述。

2.2.1 區域供熱

區域供熱利用地下基礎設施資產將熱能從中央能源廠分配到多棟建筑，該能源廠生產的蒸汽或熱水通過管道網絡傳輸到當地建筑的供熱系統，從而避免在單個建筑中使用鍋爐。

區域供熱是一種熱電聯產副產品——在這種模式下，核電站仍然生產電力作為其主要產品，區域供熱也利用廢熱生產。核能區域供熱系統有可能取代單個供熱鍋爐，從而消除每個單元的排放。以熱水或蒸汽形式存在的核能熱能可以以具有競爭力的成本經濟地輸送到 100 英里以外的地方，同時將熱量損失降至最低。

2.2.2 海水淡化

利用核能進行海水淡化并不是一個新概念——印度和哈薩克斯坦早在 20 世紀 70 年代就開始利用核能進行海水淡化。海水淡化過程耗能大，需要大量泵來達到從海水中分離鹽和溶解固體所需的高壓。

海水淡化技術主要分為兩種：熱法(給水煮沸，蒸汽冷凝為蒸餾水)和膜法(給水通過半透膜泵送以過濾掉溶解固體)。目前正在開發的主要技術是反滲透;這是一種膜法海水淡化過程，其中電動泵對水加壓并迫使其通過半透膜。2016 年，全球 73% 的海水淡化項目采用膜法海水淡化技術，而其他 27% 的項目采用熱法海水淡化。

小型和中型核反應堆可以支持海水淡化活動，同時還可以支持使用渦輪機低壓蒸汽和最終冷卻系統輸送的熱海水進行電力聯產。海水淡化還提供了一個機會，可以在高能源需求時段向電網供電，然后在非高峰時段將剩余電力用于海水淡化廠，從而使核電站持續以滿功率運行。雖然海水淡化項目已經成功使用了第三代技術，但正在開發的新概念正在將先進的反應堆設計應用于海水淡化活動，以提高工藝效率。

2.2.3 直接空氣捕捉(DAC)

聯合國氣候變化政府間小組已確定大規模部署二氧化碳 (CO2) 去除技術是實現凈零目標的必要條件。DAC 是最成熟的碳去除技術之一，但該系統需要熱量來驅動化學反應以去除空氣中的二氧化碳，并需要電力為設備供電。核能可以協助 DAC 項目，使用多種技術直接從大氣中去除二氧化碳。

2023 年美國能源部報告《核能支持負排放技術的評估》發現核電站與 DAC 系統兼容，并確定了將核電站與 DAC 結合的以下潛在好處：大量脫碳和恒定輸出電力;免費廢熱或廉價低溫熱;或高溫熱。該報告還確定，與非核能 DAC 系統的成本相比，使用核能進行 DAC 可使基于固體吸附劑的 DAC 系統的平準化成本降低約 13%，基于液體溶劑的 DAC 系統的平準化成本降低約 7%。

2.3 高溫工藝熱應用

高溫工藝熱是生產化學品、鋼鐵和氫氣等材料所必需的。高溫反應堆是第四代反應堆，它使用 TRISO 燃料，能夠達到更高的溫度(700°C 至 950°C 之間)并精確保持溫度。這可以減少操作員的誤差幅度，從而提高成本效率。高溫反應堆(如高溫氣體反應堆、熔鹽反應堆和氣冷快堆)還能夠儲存熱能并提供靈活的負荷跟蹤能力，這使得這些反應堆能夠支持間歇性可再生能源。

國會預算辦公室估計，17% 的溫室氣體是由制造業和其他工業過程的供熱產生的。因此，利用核能提供這種工藝熱可以成為減少二氧化碳排放的重要因素。在全球范圍內，工業活動直接排放了 9.4 千兆噸 (Gt) 的二氧化碳，占 2021 年全球排放量的 25% 至 30%。開發無碳能源的機會，例如先進的核反應堆，對于減少工業排放至關重要。

利用先進的核能發電來支持化學品、玻璃、水泥制造和金屬生產，為減少這個難以減排的經濟部門的排放提供了一個有希望的機會。雖然目前的輕水反應堆能夠產生高達 300?C 的熱量(足以用于區域供熱和海水淡化目的)，但先進核能應用的新概念依賴于第四代核技術承諾的高熱量輸出，為目前由化石燃料驅動的難以脫碳的行業提供熱量。具體來說，這些應用需要高溫氣體反應堆、氣冷快堆或熔鹽反應堆技術來產生所需的工藝加熱，以減少這些應用的溫室氣體足跡。