美国核能公司竞相开发微型反应堆

文摘   2025-01-10 07:43   北京  

当前,开发小型模块化反应堆以及更进一步的微反应堆项目,成为了核能行业拓展应用场景、满足多样化能源需求的重要方向。

从全球范围来看,已有数十个正在开发小型模块化反应堆的项目,这类反应堆发电能力最高可达 300 兆瓦,主要着眼于一些对电力供应规模有较大需求的区域或产业集群。而微反应堆与之相比,输出功率小得多,最高仅为 20 兆瓦,但却有着独特的优势和应用定位,其小巧便携的特性使其适用于那些传统大型能源供应难以覆盖或者成本过高的场景,比如偏远地区、特定工业作业场景等,为能源供应的精细化、分散化提供了可能。

行业竞争格局与参与者情况

企业层面:美国西屋制动在微反应堆开发领域处于较为领先的地位,其热管冷却 eVinci 微堆项目进展显著,已获得美国核监管机构批准,并且与英国初创公司 CORE POWER 签署合作协议,积极拓展市场,计划在未来几年内实现商业化运营,目标瞄准数据中心、石油和天然气行业等市场。


此外,纳斯达克上市公司 NANO Nuclear Energy 也在积极布局,聘请专业人士助力设计低压冷却剂便携式微反应堆“ODIN”,期望在 2031 年推向市场;上市公司 BWX Technologies 则凭借在为美国海军潜艇和航母建造核反应堆方面的经验,参与到便携式核反应堆相关项目中;还有 X-energy 获得了大额融资,入选相关国防计划,也在微型反应堆市场崭露头角。这些企业各自凭借技术优势、合作资源等,在逐渐兴起的微反应堆市场中竞争布局,试图占据有利地位。

技术路线差异:


不同企业开发的微反应堆在技术细节上各有特点,例如西屋的 eVinci 微堆采用热管冷却、液态钠管道传热以及“TRISO”燃料等技术,使其具备活动部件少、耐高温、便于运输和部署等优势;而其他企业所研发的微反应堆在冷却剂选择、燃料类型、功率调节等方面也有着不同的设计思路,这些技术差异将影响产品的性能、成本以及适用场景,进而决定在市场中的竞争力。

行业面临的挑战与制约因素

经济效益方面:

目前微反应堆的市场规模仍较小,尚未形成规模效应,导致发电成本相对较高,目标发电价格每兆瓦时 100 到 150 美元(相当于 0.1 美元至 0.15 美元一度电),在与传统电网供电价格竞争时处于劣势。只有当市场进一步扩大,安装数量增多,成本才能通过规模效应得以降低,实现更好的经济效益,这也是众多企业现阶段面临的重要难题,需要持续投入资金进行研发、推广,等待市场逐渐成熟。

安全监管方面:

微反应堆作为一种新型的核能应用形式,其安全标准和监管规则尚不完善。现有的许多反应堆规则并不适用于微反应堆,从建造过程中的质量把控、运输过程中的安全防护,到运行阶段的操作规范等各个环节,都需要明确且合适的安全标准。虽然国际原子能机构可能会发布高水平的安全标准并纳入国家法规,但这一过程涉及大量的协调、论证工作,短期内难以实现,这在一定程度上限制了微反应堆的快速推广和大规模应用。

西屋 eVinci 微堆技术剖析

• 冷却与传热机制:西屋的 eVinci 微堆采用热管冷却技术,利用充满液态钠的管道从核燃料中汲取热量传递到空气中,这种方式与传统大型核反应堆的冷却系统有较大区别。液态钠具有良好的导热性能,能高效地将核燃料产生的热量带出,并且通过合理设计管道布局等,可以确保热量稳定传递到空气中,进而利用被加热的空气去运行涡轮机实现发电,或者将热空气泵入供暖系统实现热能利用,提高了能源的综合利用效率。

• 燃料特性:该反应堆使用的“TRISO”燃料是其一大技术亮点。这种燃料具备特殊的结构和成分,使其能够承受极端温度而不会熔化,在反应堆运行过程中,即使出现一些异常的温度波动情况,也能保障核燃料的完整性和稳定性,避免因燃料熔化等严重事故导致放射性物质泄漏等安全风险,从根本上提升了反应堆的安全性。

• 结构设计优势:eVinci 微堆的活动部件极少,相较于传统反应堆复杂的机械结构,这一特点极大地降低了因部件磨损、故障而引发运行问题的概率,减少了维护的工作量和难度,同时也提高了整体的可靠性。而且其小巧的尺寸设计成类似集装箱大小,便于运输和安装,可以通过常规的运输方式运送到各种应用地点,无论是偏远山区还是海上平台等,降低了部署的难度和成本。

其他相关微反应堆技术特点对比

• NANO Nuclear Energy 的“ODIN”:从目前已知信息来看,其采用低压冷却剂技术,这一技术选择可能是基于对安全性、便携性以及成本等多方面因素的考量。低压环境下冷却剂的运行管理相对简单,对反应堆的结构强度要求可能相对较低,有助于实现更轻便的设计,便于在不同场地进行便携式应用,但具体的技术细节以及与其他微反应堆在性能、成本等方面的对比,还需进一步关注其后续研发和公开信息披露。

• 不同应用场景下的技术适配性:在为美国海军潜艇和航母建造核反应堆时,BWX Technologies 所运用的技术重点在于满足舰艇特殊的空间、动力以及安全性要求,例如要适应舰艇的有限空间布局,保证在复杂海洋环境下的稳定运行,同时要符合海军对于核反应堆严格的安全防护和操作规范等;而对于适用于陆上石油和天然气行业、采矿作业等场景的微反应堆,又需要在应对不同的地理环境、气候条件以及与周边设施协同工作等方面进行针对性的技术优化,像在采矿业要考虑如何更好地与矿山的开采设备、运输系统等配合,实现能源的高效利用和稳定供应。

嘿嘿能源与科技PowerTech
能源科技无界限!
 最新文章