当前位置:首页 >> 新能源 >> 正文

核能会回归吗(中)

来源:jiangjiavya6资讯网 2020-08-01 05:43:23 

  Transatomic Power意在利用其他工厂的乏燃料,重新获得剩余能量(同时在最终废物流减少放射能力的强度及密度)。

  但是,这一潜力到现在仍然只是潜力。Transatomic Power的熔盐反应堆还在初始设计阶段,仅通过电脑建模和模拟完成。该公司在今夏晚些时候可能会宣布的系列融资,将把其理念从模拟阶段移到实验室。

  Transatomic Power并不孤独。事实上,核工业正在经历由新一代企业家发起的复兴运动,科学家和拥护者表示已经发现具有前景的机会,在提高核能科技安全性和可靠性的情况下降低成本。

  不少公司推出了一些先进的反应堆设计。TED青少年演讲人Taylor Wilson,14岁时最先以他的核聚变设计吸引关注,也正在从事有关熔盐反应堆的工作。“核工业一直有很酷的事情发生,”Dewan表示,“人们正在开发和商业化大量新科技。”

  房间里的大象:天然气

  不是每个人都对行业前景这样热情。“他们的预期一天天减少,”科学工作者关怀联盟(the Union of Concerned Scientists, UCS)的资深研究员Edwin Lyman说,“核能正在边缘化。”科学工作者关怀联盟于上世纪60年代晚期成立,对于核电站的安全性一直表示担忧,但这不是Lyman对这类科技持有消极观点的原因。他说:“核能的首要挑战,是如何获得启动资金。”

  如果你想了解核工业的现状,下图是很好的总结。

  2020年和2040年发电厂逐步降低的平均电力成本(不包括补贴,在参考情形下)

  这是依据现状建设新核电站的成本表。条中的深蓝部分是建设新核电站的前期成本。可以看出,建设燃气发电站比任何其他种类的发电站便宜得多。美国国内天然气供应的迅猛增长也促使美国燃气价格急剧下降,结果它成为了无法拒绝的供应源,尤其是在解除管制的能源市场。这些情况对核能的发展很不利。

  解决方案之用小型反应堆减少资本成本

  输入小型模块化核反应堆,简称SMR。支持者称,SMR能够打破阻碍核能发展的价格壁垒。说起核电站,人们想到的是庞大的工厂和规模经济,但SMR作为新型反应堆一改人们对核电站经济效益的看法。SMR设计多样,有的由常见的轻水反应堆改造而来,有的设计新颖,但共同之处是,按照核工业的标准看,SMR体积十分小巧。

  小型模块化核反应堆的能力可低至传统反应堆的10%。这种反应堆的设计目的是一次可增加若干单元,使公共事业机构前期投入期资本成本小,快速发电获取收入。

  爱达荷州国家实验室(Idaho National Laboratory)核科学和技术国内项目主任Kathryn McCarthy说,“传统轻水反堆的资本成本动辄几十亿美元。每台小型反应堆的建造仅需要几亿美元,前期资本成本低得多。”

  SMR能够节约成本是因为预制零部件能够高效地在中央工厂中进行大规模生产并检验。Dewan开玩笑地说,“我把它们看成宜家反应堆。”这个比喻很恰当,如果厂商能够实现扁平包装式的成本降低,SMR就能吸引公共事业的兴趣。

  核能的未来尚不明朗

  UC的Lyman对这种看法并不认同。“小型模块化反应堆的需求几乎全部由销售厂商和一小批拥趸带动,公共事业对此并不感兴趣”。Lyman说,这项技术的发展速度并不快。明日发明家都是“说大话的人,与现实世界脱节”。

  然而,对此感兴趣的公司还是很执着。虽然大都清楚需求不大,也承认目前无法在美国市场上以低成本竞争,但他们表示并不会因此放弃努力。用Dewan的话来说,她相信天然气价格将会回升,届时公共事业领域就会重新计算成本考虑建设何种发电厂。

  她说,“过去一年当中,天然气价格不断升高。随着这种趋势的发展,其他能源成为不错的选择,公共事业部门也希望看到多样化的发电能源。”

  NEI的Lipman同意她的看法。天然气价格的小幅上升将“改变核能新发展的格局”。同时,比尔?盖茨投资的新公司TerraPower选择把注意力转向海外。“不少国家和地区认为核能是既能满足能源需求、又能减少碳排放的能源选择。”TerraPower的技术整合总监Kevin Weaver说。

  TerraPower正在寻求机会在其他国家部署核反应堆的设计,这些国家的能源政策更加支持核电发展。“这些国家是全员上阵”,他指出。“只要有需求,任务就能完成。从市场的角度看,政策能够推动发展。”

  解决方案之让所有发电厂都管理废物

  Weaver所指的政策之一,就是在全国范围内减少发电带来的碳排放。

  根据核电领域人士的说法,其他发电站应该为其产生的废物造成的风险支付全额的价格。在他们看来,核电厂通过禁止排放重要的、对地球产生破坏性的副产品,使核电厂更加安全,其他电厂也应该如此。

  大多数核能产业人员把碳排放视为迫切的风险,他们希望对碳排放的监管力度能像对核废物的一样大。

  美国核保险公司(American Nuclear Insurers)副总裁Mike Cass指出,如果其他能源来源,特别是煤和天然气也要为燃料来源的全生命周期影响负责,包括碳排放的影响在内,情况就大不相同了。他说:“把全部这些成本加起来,核能就变得可行了。”

  当然,核废物并没有完全得到管理。美国的39个州目前共有46268吨使用过的核燃料放置在核电站,等待联邦政府建造最终存放放射性物质的设施。自亚卡山核废料仓库取消以后,这个问题在短时间内似乎不太可能得到解决。

  但核能支持者指出,其他能源行业的废物清理问题同样庞大,只是不那么明显而已。因为碳、颗粒物和其他废物直接进入大气或水,而不是由发电厂储存。

  “从某种意义上讲,核电厂拥有核废物是好事,”McCarthy如是说。“废料在我们手上,并没有引起酸雨或雾霾,没有对大城市造成污染。核废料在我们手上是一种优势,我们可以对其加以处理。”不管是储存还是应用于Transatomic Power提出的新型反应堆上,核废物的处理依然是需要面临的挑战。

  解决方案之使用新技术加速研发过程

  对碳排放收费曾经被广泛宣传为可再生能源达到市电同价的唯一途径。但过去几年中,太阳能和风能在碳排放没有收费的情况下成为可行的能源。大部分原因应归功于一系列技术进步和支持全行业创新的公共政策。当然,联邦政府和州政府目标明确的优惠政策,如税收优惠和贷款担保推动了此类发展。这些政策鼓励项目融资公司参与新能源领域“有风险的”新投资。

  其他领域的技术进步推动了新能源的成熟发展并为其创造了机会。以风能为例,新型设计和材料科学的进展让风能发电机效率更高、价格更低。更好的模型和预测工具也让风场的选址、计划和上网容易得多。

  在过去几十年里,核能一直从公共投资中获益颇多。忧思科学家联盟(the Union of Concerned Scientists)援引的一份预测表明,核能接受的补助总额达3000亿美元。而虽然新能源得到的补助相形见绌,在过去几年却持续增长。今天,核能产业称,在推动可再生能源和消费电子的相同技术趋势中找到了加速发展的新机会。

  材料科学、制造技术和计算模型的进步正一点点解决上世纪中叶阻碍核技术进步的难题。“我认为,与上世纪70年代核能发展相比,新事物之一就是先进的计算工具”,爱达荷州国家实验室的McCarthy说,“电脑更快了,解方程的知识更多了,方程组求解的框架也有了发展。”

  爱达荷州国家实验室创造了MOOSE框架,即“多物理物体导向模拟环境”(multi- physics object oriented simulation environment)。MOOSE能整合大量变量,帮助研究人员评估新型反应堆设计等。高级模拟能帮助研究人员发现潜在问题,问题解决后再把理论付诸实验室进行测试。

  MARMOT应用在爱达荷州国家实验室MOOSE模拟平台上运行,模拟核燃料裂变过程中的显微结构变化。

  燃料研究中没有增量受益,根据McCarthy的估计,从理念到商业发布通常需要20-30年的过程。有了MOOSE,“我们认为时间至少可以减半,”她说。“这真挺重要。”

  解决方案之解决“方钉圆孔”政策问题

  为了让这些进步达到现实世界,新型和改进型反应堆设计必须得到核能管理委员会(Nuclear Regulatory Commission)的许可。获得许可的过程很长,而且发明人员面临着根本没有现成程序支持他们的新技术的问题。使用新型燃料、特点不同寻常的小型核电站就像方钉一样,无法进入核能管理委员会的圆孔。

  例如,Transatomic Power的反应堆在正常大气压下运行,无需像传统核电站一样建造成本高昂、形态厚重的外壳结构。但在现有监管条件下,他们不能省去外壳结构的建造,由此带来的附加成本会让这个公司(理论上的)商业计划打水漂。

  忧思科学家联盟等警告称,为正在设计的新型反应堆“放松”标准可能带来危害,但如果现在不加大力度制定标准,核能管理委员会将会成为任何新技术都无法打通的瓶颈。核能管理委员会正在审查新的设计,并努力制定适应一系列创新技术的许可程序,但时间所剩不多了。

  Transatomic Power等组织提出的新性反应堆设计正面临核能委员会现有认证程序的挑战(Transatomic Power)

  “最大的挑战是如何在保障安全的同时避免让经济问题雪上加霜,”Lyman说,“核心的问题是,我们讨论的是如何在发生频率低但不可预测的事故中保护核电站。为保护核电站必须花费大笔资金,但事故却可能永远都不会发生。”(未完待续)