西屋AP300:淘汰煤电的中型反应堆

2023-05-15 11:17  来源:西屋电气    AP300  美国核电  AP1000  小堆  SMR

随着全世界争先恐后地向无碳能源转换,西屋电气似乎准备引领变革,尤其是他们全新的AP300小型模块反应堆(SMR)的推出,可能成为商业裂变工业界的下一个大事件。


世界各地大多数地区的能源仍然来自污染严重的石化发电站,西屋电气似乎准备引领变革。

1、西屋电气的变革

随着全世界争先恐后地向无碳能源转换,西屋电气似乎准备引领变革,尤其是他们全新的AP300小型模块反应堆(SMR)的推出,可能成为商业裂变工业界的下一个大事件。

作为对三代压水堆(PWR)的缩小和完全模块化开发,AP300的设计按照与已在役核反应堆相同原理运行。

这种新型中型反应堆于2023年5月4日公开亮相,对能源行业的其他部门来说,是一个简单而深刻的声明——裂变反应堆不再是巨大、昂贵、社会舆论两极分化的庞然大物。

AP300 SMR的设计因子中,既不太接近微型反应堆,也不庞大,它在更大反应堆无法推广的范围内具有应用潜力。

要理解为什么一些能源公司如此热衷于建造更小的SMR,你需要从更全面的角度来看待问题。

2、大型核电站的不足

事实上,拥有巨大冷却塔和庞大基础设施的大型核反应堆产生了大量热能,因此也产生了可用电力。

但大型裂变反应堆真正令人烦恼的问题往往需要与反应堆本身联系起来。

正如我们之前在北美和欧洲看到的那样,核能的舆论问题一直难以回避,反核活动人士不断威胁,要将自己铐在大型反应堆施工现场外的围栏上,这通常意味着,旨在直接为大城市供电的更雄心勃勃的反应堆很少真正建成。

政府资金不一致往往加剧了这一问题。

即使是那些刚刚起步的大型反应堆,也需要投入大量的人力、施工时间、人员和普通的旧钱才能开工。

出于所有这些原因,西屋公司将其AP1000商用PWR推出,并将每个部件扩展到更可制造比例的雄心是合乎逻辑的。

裂变反应堆硬件足够小,可以在一个地方组装,然后运到现场施工作业,最终节省了时间,防止小项目人员短缺,并降低了施工成本,因为不需要建造大型反应堆所需的数十亿美元的现场基础设施。

AP300 SMR的核心是,与现代制造业一样,它接近于已经投入使用的大型AP1000的一对一复制。

在保证政府和私人投资者投资信心的关键因素中,西屋公司预计,在中国浙江三门核电站运行的AP1000所获得的经验知识,将为更方便地制造AP300 SMR带来红利。

3、更高的安全性

AP1000本身就是一台了不起的机器,其工作原理是,通过在远高于冷却水沸点的温度下,对泵入压力容器反应堆堆芯的水进行加压(可以防止这种液体变成过热蒸汽),然后将水泵入未加压的蒸汽室。

在蒸气室,压力的急剧变化迫使蒸汽通过一系列冷却回路,通过涡轮机房输送,在涡轮机房,热能转化为电能。

在所有使用PWR技术的反应堆中,这一基本工作原理几乎是通用的。

从AP1000到AP300 SMR,通过扩展设计,达到了精细化、安全性和热能输出的水平,并在21世纪20年代初达到了一些可能的最高标准。

西屋公司只需要两个冷却回路,而不是标准的三到四个,安全阀、管道和建筑空间更少,毫无疑问,与其他形式的压水堆相比,西屋公司更容易将AP1000缩减为模块化设计。

当然,AP300 SMR由于其较小的尺寸,肯定会比AP1000更简单。

由于只需要一个冷却回路,该反应堆预计将产生900 MW的热能和300 MW的可用电力。

与更大的AP1000产生的1117 MWe相比,很明显,其自身和AP300之间的可扩展性程度相当大。

当安排在大城市能源网的战略点时,依赖小型燃煤发电厂的城市甚至有可能通过用AP300 SMR取代煤电,甚至完全淘汰它们。

当然,一个大城市周围的SMR可能会让一些人晚上难以入睡。但不要害怕,西屋公司考虑到了这些人。

在许多方面,西屋AP级反应堆与切尔诺贝利核电站的RBMK完全不同。凭借其被动缓解反应堆内异常并在无需操作员输入的情况下启动安全停堆的能力,西屋工程师可以在没有任何人员留在现场的情况下远程解决问题,时间长达72小时。

西屋公司甚至将AP1000设计为在交流电源损失100%的情况下,在完全停电的情况下能够远程停机。

简言之,操作员的错误几乎不可能使AP级反应堆达到危险的超临界状态,就像1986年在乌克兰发生的那样。

保存以防出现无法预测的软件故障;AP300 SMR没有理由不能一次完美地运行几十年。根据国际原子能机构的数据,商业裂变反应堆的平均运行时间在20到40年之间。

西屋公司的目标是在大约70到80年的时间里,将这一数字翻一番,跨越AP1000和AP300。燃煤发电站能持续这么长时间是罕见的。

目前,西屋公司预计其新型中型核反应堆最早将于2027年在美国、英国和中国获得认证。

不久之后,该公司将开始接受政府和私营投资集团的报价,在2020年代结束之前或之后的某个时候为第一个运行中的AP300反应堆的建设提供资金。

凭借AP1000、AP300和eVinci微型反应堆,美国宾夕法尼亚州的西屋电气团队已经成功地运行了从小型到大型的整个核领域设计建设。

为全球城市提供动力的大型、小型核反应堆可能会让那些看了太多关于核熔毁的电影的人有点不安。

随着全球对清洁能源的需求激增,人们对能源来源不再那么挑剔的时候很快就会到来。

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