美企与大学合作 在校园里部署微型堆

2022-04-18 11:38  来源: 国际能源    美国核电  高温气冷堆

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校(UIUC)与超安全核子公司(Ultra Safe Nuclear Corporation,USNC)合作,在大学校园部署了一个先进研究堆,该堆是在微型反应堆设计基础上改进了已建立的高温气冷反应堆(HTGR)技术。


伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校(UIUC)与超安全核子公司(Ultra Safe Nuclear Corporation,USNC)合作,在大学校园部署了一个先进研究堆,该堆是在微型反应堆设计基础上改进了已建立的高温气冷反应堆(HTGR)技术。

1、微型堆

与传统的研究堆不同,在UIUC部署的反应堆重点,不是研究辐射与物质相互作用的实验工具,甚至不生产放射性同位素。

相反,在UIUC将建设一个研究、教育和培训设施,帮助发展先进堆技术,成为清洁能源未来广泛部署、商业化、经济、安全和可靠的选择。

如果成功,USNC设计的微型模块堆(MMR)将在UIUC的校园内运行,能够推进先进堆实现其全部潜力,探索相关关键技术,同时教育和培训员工,作为实现技术承诺的关键一步。

微型堆可以成为一种革命性的分布式能源技术,并彻底改变世界各地的能源基础设施。

2、伊利诺伊州的核能历史


TRIGA反应堆在UIUC校园中心运行了38年。(图源: UIUC)

在伊利诺伊州,核技术有着丰富的历史,例如,1942在芝加哥大学就制造出世界上第一座核反应堆。

不久之后,1946年,在芝加哥附近成立了阿贡国家实验室,这是一个反应堆设计和测试方面的领先组织。

1960年,伊利诺伊州莫里斯市的第一座私人出资的核电站投入运行。

如今,伊利诺伊州仍然是美国最大的核能生产基地,该州的大部分电力来自核能。

裂变产生电力越来越被视为清洁能源未来的重要资产。

2021年9月,经过该州的大规模再投资,核电站对伊利诺伊州的重要性再次凸显,这次投资也是防止四个核电厂过早关闭。

伊利诺伊州建立UIUC,主要是努力“通过我们在学习、探索、参与和经济发展方面的领导,改善伊利诺伊州、全国和世界各地公民的生活”。

作为一所政府赠与土地的大学,UIUC有责任通过这一使命支持该州的关键产业。

1958年,该大学的核工程系最初作为一个跨学科项目成立,在开创核研究方面有着丰富的历史。

1960年8月至1998年,早期的TRIGA反应堆在校园中心运行,设计功率水平为1 MW(6,000-MW脉冲)。

该地点现在是美国核协会的历史地标,提醒人们不要忘记美国核能刚起步时的艰难岁月,也是美国核宣传、公众参与和对话的象征。

为此,根据UIUC的清洁能源目标,MMR项目得到了UIUC领导层和伊利诺伊州国会代表团的大力支持。

3、先进微型堆的机遇

MMR是一种惰性气体冷却、石墨慢化的微型反应堆,运行功率15 MWt,堆芯寿命为20年。(图源:USNC) UIUC

通过一个新的大学研究堆试图恢复其教育、研究和推广核能方面的努力,这种想法始于2018年底,当时大学、行业和联邦相关人员进行了一系列讨论。

从一开始,该大学的目标就是与一家微型堆开发商合作,设想下一代研究反应堆,以解决先进反应堆部署和运行面临的紧迫问题。

这最终促成了USNC和MMR技术的合作。

已确定的三结构各向同性(TRISO)燃料颗粒设计(已由核管理委员会进行安全评估)进一步封装到碳化硅颗粒中(而不是传统HTGR中的含碳颗粒),以形成全陶瓷微胶囊(FCM)燃料。

MMR基于气冷式反应堆技术的长期遗产,提供了额外的纵深防御功能,如陶瓷封装、完整的地下选址和低功率密度。

这套技术既具有固有安全性,也具有本质安全性。

气体冷却剂热交换器与中间熔盐蓄热回路连接。该存储系统为耦合转换系统的能量分配提供了灵活性。

在UIUC的微型堆中,熔盐回路中储存的热量将与蒸汽发生器连接,并连接到位于同一地点的阿博特发电厂(Abbott Power Plant)的主蒸汽集管。

4、阿博特发电厂


UIUC拥有并运营自己的电力、蒸汽和冷冻水分配系统。在现有嵌入式电网中部署微型堆可以实现广泛采用技术所需的关键研究,并有助于培训下一代核工作人员。(图源:UIUC)

阿博特发电厂是一个天然气和煤炭混合设施,为大学所属运营的电力和蒸汽分配系统提供服务。

其主要职责是为校园提供100%蒸汽,最高蒸汽产量为550,000磅/小时,而工厂的产能为1,025,000磅/小时。

该工厂使用一系列蒸汽涡轮机提供了校园很大一部分电力。

此外,阿博特发电厂还配备了一对燃烧式涡轮机,基于对其他能源的经济考虑,可以满足校园的电力需求。

该校已承诺减少校园的碳排放,部署了两座太阳能发电厂(年发电量27 GW·时)。

该校与附近一座风力发电厂签订了风力发电购买协议,要求该校承担实时风力发电量(25 GW·时)的8.6%年产能。

低品位地热站,用于支持建筑暖通空调,以及一个生物燃料试点项目。

剩余的电力从周围电网购买,提供总计约450 GW·时的年总消耗量。

尽管MMR的部署并不是为了解决校园清洁能源需求,但它是在可再生能源缺乏提供解决方案能力(如区域供暖)的情况下,对新型核能在广泛支持脱碳努力方面潜力的认识。

与阿博特发电厂的整合,使集成能源系统的关键研究、创新和教育成为可能;能源多样化电网运营解决方案的教育和培训;展示微反应堆与现有发电基础设施整合的能力;利用反应堆在执行研究、教育和外展任务时产生浪费能源。



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