公共事业委员会和州能源办公室将在支持未来十年先进核能项目的发展方面发挥重要作用。了解新型核能的应用并确定将州目标与潜在项目联系起来的机会对于支持这些发展至关重要。当各州考虑新型核反应堆的潜力时，了解目前在美国和全球范围内运行或开发的新型核能用例机会是有价值的。
1背景
自 1957 年第一座商用核电站开始发电以来，能源行业一直利用核能为电网发电。如今，美国有两种类型的轻水反应堆 (LWR) 在运行：
沸水反应堆 (BWR)，利用原子裂变产生的热量将水煮沸，产生加压蒸汽，从而产生能量。
压水反应堆 (PWR)，将水加热到非常高的温度并保持在高压下(以防止水沸腾)。产生的蒸汽驱动涡轮机，涡轮机启动发电机发电。
PWR 占商用反应堆的 65% 以上，BWR 占运行中反应堆的其余三分之一。
随着时间的推移，核技术不断发展，从第一代(包括早期的原型反应堆)发展到第二代(包括第一批商用发电厂)，再到第三代(在第二代的基础上进行了改进，例如燃料技术、热效率和安全系统)。
新型核反应堆一般认为包括第三代+和第四代反应堆技术。第三代+设计比第三代设计提供了显著的被动安全性改进，并包括一类反应堆，称为轻水小型模块化反应堆 (SMR)，与传统反应堆相比，这种反应堆产生的能量较少(此处定义为 300 MW 或更低)，可以规划为模块化单元，也可以共置在一起，并且应急规划区(EPZ) 的占地面积较小。
第四代技术继续在被动安全特性方面取得重大进展，同时还利用传统燃料源的替代品(例如高浓度低浓缩铀 (HALEU))和替代冷却剂方法(例如气体、金属、盐等)。
2案例
2.1 分布式电力应用
下表侧重于电网传统集中式能源发电以外的电力应用。这些用例受益于核电站与最终用途的接近性，所确定的案例代表了未来能源需求快速增长的领域或通过用无碳能源生产取代化石燃料来实现经济中难以脱碳的部门脱碳的机会。
2.1.1 资源开采
石油和天然气的生产、运输和加工约占全球温室气体 (GHG) 总排放量的 15%。EOR 和采矿作业非常适合部署微反应堆，因为这些作业地点偏远，并且可能出现极端气候，这使得其他替代形式的零排放能源难以实施。怀俄明州正在积极探索部署 BWXT35 高温气相反应堆 (HTGR)，以支持该州的开采业，州长能源配套基金计划将提供 1000 万美元的资金。
2.1.2 国防
美国国防部 (DoD) 已表示对在军事设施和冲突地区使用固定式和移动式微反应堆感兴趣。固定式反应堆的大小可以满足军事基地对高可靠性和弹性的需求。在永久性设施中，能源资源应提供至少 14 天的燃料中断，需要使用具有现场燃料储存或可靠运输的天然气或柴油发电机、具有电池备份的可再生风能和太阳能或先进的核反应堆。
核反应堆对于具有关键任务活动的偏远地区可能特别有吸引力。部署先进的反应堆来满足这些负载可以减少到达偏远地区的配电和输电投资的需求。移动式反应堆可以部署到作战地点，为人道主义和灾难恢复工作提供服务。国防设施还可以与州监管机构和州能源办公室合作，共同规划和资助有利于军队、客户和纳税人的项目。
2.2 电力和废热应用
可以利用低工艺热或电力来支持用例的低温热应用或用例为降低成本和排放提供了宝贵的机会，并在下表中进行了概述。
2.2.1 区域供热
区域供热利用地下基础设施资产将热能从中央能源厂分配到多栋建筑，该能源厂生产的蒸汽或热水通过管道网络传输到当地建筑的供热系统，从而避免在单个建筑中使用锅炉。
区域供热是一种热电联产副产品——在这种模式下，核电站仍然生产电力作为其主要产品，区域供热也利用废热生产。核能区域供热系统有可能取代单个供热锅炉，从而消除每个单元的排放。以热水或蒸汽形式存在的核能热能可以以具有竞争力的成本经济地输送到 100 英里以外的地方，同时将热量损失降至最低。
2.2.2 海水淡化
利用核能进行海水淡化并不是一个新概念——印度和哈萨克斯坦早在 20 世纪 70 年代就开始利用核能进行海水淡化。海水淡化过程耗能大，需要大量泵来达到从海水中分离盐和溶解固体所需的高压。
海水淡化技术主要分为两种：热法(给水煮沸，蒸汽冷凝为蒸馏水)和膜法(给水通过半透膜泵送以过滤掉溶解固体)。目前正在开发的主要技术是反渗透;这是一种膜法海水淡化过程，其中电动泵对水加压并迫使其通过半透膜。2016 年，全球 73% 的海水淡化项目采用膜法海水淡化技术，而其他 27% 的项目采用热法海水淡化。
小型和中型核反应堆可以支持海水淡化活动，同时还可以支持使用涡轮机低压蒸汽和最终冷却系统输送的热海水进行电力联产。海水淡化还提供了一个机会，可以在高能源需求时段向电网供电，然后在非高峰时段将剩余电力用于海水淡化厂，从而使核电站持续以满功率运行。虽然海水淡化项目已经成功使用了第三代技术，但正在开发的新概念正在将先进的反应堆设计应用于海水淡化活动，以提高工艺效率。
2.2.3 直接空气捕捉(DAC)
联合国气候变化政府间小组已确定大规模部署二氧化碳 (CO2) 去除技术是实现净零目标的必要条件。DAC 是最成熟的碳去除技术之一，但该系统需要热量来驱动化学反应以去除空气中的二氧化碳，并需要电力为设备供电。核能可以协助 DAC 项目，使用多种技术直接从大气中去除二氧化碳。
2023 年美国能源部报告《核能支持负排放技术的评估》发现核电站与 DAC 系统兼容，并确定了将核电站与 DAC 结合的以下潜在好处：大量脱碳和恒定输出电力;免费废热或廉价低温热;或高温热。该报告还确定，与非核能 DAC 系统的成本相比，使用核能进行 DAC 可使基于固体吸附剂的 DAC 系统的平准化成本降低约 13%，基于液体溶剂的 DAC 系统的平准化成本降低约 7%。
2.3 高温工艺热应用
高温工艺热是生产化学品、钢铁和氢气等材料所必需的。高温反应堆是第四代反应堆，它使用 TRISO 燃料，能够达到更高的温度(700°C 至 950°C 之间)并精确保持温度。这可以减少操作员的误差幅度，从而提高成本效率。高温反应堆(如高温气体反应堆、熔盐反应堆和气冷快堆)还能够储存热能并提供灵活的负荷跟踪能力，这使得这些反应堆能够支持间歇性可再生能源。
国会预算办公室估计，17% 的温室气体是由制造业和其他工业过程的供热产生的。因此，利用核能提供这种工艺热可以成为减少二氧化碳排放的重要因素。在全球范围内，工业活动直接排放了 9.4 千兆吨 (Gt) 的二氧化碳，占 2021 年全球排放量的 25% 至 30%。开发无碳能源的机会，例如先进的核反应堆，对于减少工业排放至关重要。
利用先进的核能发电来支持化学品、玻璃、水泥制造和金属生产，为减少这个难以减排的经济部门的排放提供了一个有希望的机会。虽然目前的轻水反应堆能够产生高达 300˚C 的热量(足以用于区域供热和海水淡化目的)，但先进核能应用的新概念依赖于第四代核技术承诺的高热量输出，为目前由化石燃料驱动的难以脱碳的行业提供热量。具体来说，这些应用需要高温气体反应堆、气冷快堆或熔盐反应堆技术来产生所需的工艺加热，以减少这些应用的温室气体足迹。
