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下載手機APP 美國麻省理工學院(MIT)核工程教授雅格布·布翁焦爾諾(JacopoBuongiorno)要西方發達經濟體用“核電池”輔佐可再生動力(太陽能+風能)體系“脫碳”，避免災難性氣候改變[1]，一時讓人“摸不著頭腦”。幸虧，丹·尤爾曼(DanYurman)在《NeutronBytes》網站上做了充實性論說[2]，使人能把許多情景聯絡起來，加深“理解”……
圖1核電池概念圖畫，包含(從左到右)儀控模塊、反應堆、屏蔽和熱傳輸模塊以及發電模塊(MIT)
麻省理工學院(MIT)核科學與工程系(NSE)TEPCO(東京電力)教授雅格布·布翁焦爾諾，正致力于開發一種鞏固、小型、簡便的核電池，能夠“旁路”電網，直接向終端用戶現場供給電力和熱能[3,4]。
這就把離網、分布式電力和社區微電網的理念結合在一起。核電池“群”不需要新的輸電線路，不需要電網升級，也不需要備用的儲能。它們無需接入電網，就可支撐單一設備、社區微電網，或其他當地的專門用處。
在MIT看來，當前，一個核電池約可發生10兆瓦(MW)電力和/或熱能;也便是說它的能量輸出，相當于一個巨大的太陽能或風力發電場，但占地面積很小。
MIT先進核能體系(CANES)中心主任布翁焦爾諾說，“核電池在地理上不受約束，可在任何緯度和任何氣候下脫碳。”他說，這種分布式網絡便是為了“大大削減難以電氣化行業的碳排放。”它們會比國家目前依靠的老化、軟弱的電網更有彈性。
“咱們的大志很大，由于咱們正在處理的問題巨大。[5]”
核電池概念并不新鮮。早在2004年，美國防先進研討規劃局(DARPA)就在研討微型電源[6]。這種規劃運用美國宇航局(NASA)的放射性同位素熱核發電設備(RTG)，作為先進規劃概念的跳板。硅谷草創公司Oklo已在去年6月向美國核管會(NRC)提交1.5MW微堆規劃的許可證請求，NRC已承受請求;它還取得在愛達荷國家實驗室(INL)科技園區現場制作的廠址許可證，很有或許在2026年前后建成，成為美國多年來首個先進核反應堆……
核電池聯盟的組成
2021年1月，布翁焦爾諾和美國動力部國家實驗室、動力和制造業、法律和修建公司的一群協作者宣告成立非營利的聯盟，即先進核能與出產專家組(ANPEG)[7]。這個首字母縮寫有意與MPEG相呼應，MPEG是數字圖畫和視頻媒體編碼的國際規范。
ANPEG是全球性的聯盟，致力開發以“即插即用”微堆(或稱核電池)為根底的低碳動力體系，要供給靈敏、有彈性、本錢效益好的動力處理方案，支撐先進的出產活動、動力公平，減平緩習慣氣候改變。
布翁焦爾諾說，“MPEG為數字緊縮和功能樹立了‘即插即用’規范，大型技能公司則把它作為競爭產品的根底。”
“咱們期望把同樣的理念使用于核電池的開發，經過創立一套共享的規范、法規和商業形式，促進核電池規劃廣泛使用。”
布翁焦爾諾和聯盟成員，包含麻省理工學院的科魯什·希爾凡(KoroushShirvan)(NSE)，查爾斯·福斯伯格(CharlesForsberg)(NSE)和約翰·帕森斯(JohnParsons)(MITSloan)，他們都想在近期內對碳排放發生影響。他們以為，核電池最適合應對這個應戰。詳見查爾斯·福斯伯格關于研制作業的扼要陳述[8]，旨在處理“裂變電池”的商場和經濟問題。
這個聯盟沒有泄漏任何外部投資者的姓名。或許由于這個群體的負責人長期在MIT從事學術生計，也或許他們的戰略便是開發知識產權足夠詳細，將其頒發一家公司，使之能夠完結整個工程規劃、取得NRC的許可并沖過終點線。
未來的成功取決于客戶“所要”的規劃和本錢
布翁焦爾諾說，電池概念的微堆、密封和能量轉化體系的核心基于老練的核技能，包含美國陸軍實驗開發小型移動反應堆(SMR)的戰術預備，以及NASA新的原型體系(如KiloPower)。
布翁焦爾諾說，“十年前，這種電池僅僅個‘白日夢’，但它們的構建模塊技能已經老練到可信的程度，今天有共同的時機。”
盡管這個聯盟在其核電池的規劃方面沒有供給任何信息，但就提議要開發什么，供給了某些概括性的信息。未來的應戰包含總體規劃、實驗和合格的燃料、傳熱機制和安全規劃綜述。
據這個聯盟說，核電池就在20英尺長集裝箱的重屏蔽容器內，幾乎能自動地“運轉”，只要簡略的冷卻體系和最低的維護需求。在滿足NRC的安全規范的一起，也能強健地抵御極點外部條件。這意味著它們能夠在較短時刻內完結必要的監管測試和審評，大型核反應堆一般花費的時刻要長得多。
圖2核電池及其發電機概念圖畫
布翁焦爾諾說，“令人興奮的是，盡管傳統核反應堆展開形式需要10年乃至更多時刻，乃至超越100億美元，但這種微堆的第一個原型，堆芯也只要‘人’的大小，可在幾年內造出來，開發本錢小兩個數量級，不到1億美元。”
核電池能夠為工廠、住宅區、制氫設備和貨船推動等大型商場供給熱能和電力。此外，還可用于島嶼上的海水淡化和防洪泵等特別位置;集裝箱式農業和水產飼養產品;便攜式數據中心;便攜式生物制藥，乃至給月球和火星上的宇宙飛船和基地供給動力。
要讓這么急進的事業結出碩果，需要樹立真實的本錢模型。在ANPEG的模型中，核電池動力的供貨商將根據終究用戶的需求“定制”其服務，保證在這段時刻以給定的價格供熱和供電。這個供貨商將在場外安全地替換核燃料。能夠證明，核電池不依靠電網并且運營開支很少，其電價能與電力和熱力公用事業公司的收費相競爭。
新型核能范式?
布翁焦爾諾以為，核電池的展開是他曩昔五年研討作業“合乎邏輯的結果”。2016-2018年，他領導了《MIT動力建議》下的“碳約束世界核能的未來”研討[9]，仔細審視了核能在西方經濟體中開發和布置日益困難。最基本的調研效果是，要把核能作為脫碳的手法，成功地布置取決于控制新堆的制作本錢。
他說，“這讓我開端思考怎么改動這種范式。”“核能有必要從貴重而漫長的大型建造項目改變為廉價的即時服務。只要在規模和技能上發生根本性改變，才干完成這種改變。”
一年前，布翁焦爾諾開端接觸潛在的協作者、研討人員以及工業和政府的相關人士;他們已認識到電池與老練核技能的潛力。布翁焦爾諾自詡為“催化劑”，將30個人快速組成一個正式的組織。
ANPEG的行進路途
到本年年底，ANPEG將確認電池的監管要求，推動商場預備的最佳商業形式。下個階段將聚集核電池制造商、運營商和公用事業公司，為制作、布置和運營這個電池“群”做好預備。爾后，將在某個國家動力實驗室現場創立并實驗一個核電池原型設備。
有布翁焦爾諾所謂的“潛在的阻止因素”，例如，經濟潮流搬運或安全問題。但是有個壓倒性、令人信服的理由向前推動：現在就開端轉向無碳動力出產。布翁焦爾諾說，“關于核電池，咱們談論的不是幾十年，而是五年，這便是為什么說它是個‘游戲規則的改動者’的原因。”
圖3西屋公司：伊-達芬奇(eVinci)小型模塊式反應堆概念規劃圖畫
其他的努力，包含美國國防部(DOD)在本年3月22日說，它已對兩個團隊執行合同選項，一個由BWXT先進技能公司領導，另一個由X動力公司領導，持續開發可運送的先進微堆原型設備的終究規劃。
這兩個團隊選自“初步規劃競賽”，每個團隊都將在DOD《戰略才能辦公室》(SCO)建議下的“貝利項目”內持續獨立開發。
2022年頭，經終究規劃審查并按國家環保方針法案完結環境分析后，或許挑選這兩家公司的一家制作并演示一個原型設備。
這個反應堆要能承受比正常運轉更極點的條件，要經過直接實驗表明，沒有超出故障極限。可為后續階段的廣泛商用設備供給決心。
先進核燃料商業化再循環與加工才能
奧克洛公司(OKLO)正在與美國動力部(DOE)和阿貢國家實驗室(ANL)協作，推動電精粹技能，為先進堆出產核燃料。
這項技能將有助于降低先進堆規劃的燃料本錢，一起借助“乏”核燃料轉化為先進堆的核燃料，削減核廢物量。
OKLO公司宣告，USDOE經過技能商業化基金(TCF)支撐，供給200萬美元本錢分管獎賞。OKLO再投資100萬美元，與USDOE和ANL展開這項公私協作研討。TCF項目將運用電精粹技能完成先進核燃料再循環才能商業化[10]。
圖4阿貢國家實驗室高溫處理設備的概念圖畫。
電解精粹工藝有助于降低先進堆核燃料的本錢。熱堆運用燃料的一小部分能量，而快堆與電精粹相結合，能夠開釋燃料中剩下的、未開發能量，一起削減廢料的體積和放射性的壽期。
OKLO公司聯合創始人兼首席運營官卡羅琳·科克倫(CarolineCochran)說，“咱們很驕傲，由于被選中，加速先進核燃料再循環和開發的商業化，并把清潔動力快速、經濟高效地推向商場。”
科克倫還說，“核燃料的能量密度比其他動力高幾百萬倍，最關鍵的是給人類供給最便宜的清潔動力。”“‘用過的’核燃料中蘊藏著巨大的能量，能夠給世界供給清潔的動力。”
美國動力部對工業同伴的承諾，有助于推動有前景技能的商業化。
OKLO公司的聯合創始人兼首席執行官雅各布·德威特(JacobDeWitte)說，“這個獎項展現動力部優先支撐私營部門，把下一代裂變技能推向商場。”此外，這種公私同伴關系能為美國的“乏”的(即“用過的”)核燃料轉化為清潔動力供給商業時機。
愛達荷實驗室園區OKLO公司微堆設備廠址“許可證”
圖5OKLO公司極光(Aurora)核電廠的藝術效果圖
2020年6月，NRC承受了OKLO公司微堆規劃取照審查的請求，贊同審查1.5MW微堆規劃的聯合許可請求。
OKLO公司的微堆名為“極光”，是個先進的裂變動力體系，包含小堆和集成的太陽能電池板。極光微堆運用液態金屬核燃料，把裂變熱能從堆芯傳輸到二次發電體系，發生約1.5MW的動力。
擬議中的極光規劃，運用熱管將堆芯的裂變熱能傳輸給超臨界二氧化碳動力轉化體系，發電。
OKLO公司說，極光設備的預算安排是，建造約需1000萬美元，每年運轉的預算為300萬美元。
至于燃料循環的本錢，OKLO公司說，鑒于反應堆和燃料循環的類型，許可證有效期為20年，堆芯只需裝料一次。極光設備將用于供熱和發電。
結語
面對急迫的氣候危機和動力轉型，全球各界都在尋求“萬全之策”。但從本質上講，最經濟、安全、牢靠、有彈性的動力未來是局域性和分布式的;從總體上講是太陽能、風能+儲能的無碳排放的清潔動力體系。但儲能有各種形式，問題在于采用什么樣的儲能最經濟、安全并且牢靠。
有核和期望有核的國家，不會拋棄核能尋求，問題在于它的經濟性。MIT及美國科學界建議開發先進核能體系，提出了“核電池”概念，這在西方經濟體有堅實的科學和技能根底。原來的第三代、第四代核能體系，看來走不下去或許“困難重重”，走“微堆”核電池路途是保險的，也有或許完成乏核燃料再循環，處理鈾資源短缺問題……
“核電池”或許具有下列屬性[11]，因而有強大的“生命力”：
圖6(裂變)核電池的屬性
經濟性：關于特定范疇的特定使用，與其他分布式動力(電和熱)在本錢上具有競爭力。這就要跨過多個使用的靈敏布置與其他動力的集成，完成多種分布式的動力體系。
規范化：在開發規范化的規模、功率輸出與制造過程中，完成通用和工廠出產。這會降低本錢，出產更牢靠的體系，完成更快的資歷認證。
裝置：便于裝置投用和用后拆卸。用后能夠經過重新裝入新核燃料或負責任地處置收回，完成再循環。
無人值守：無人值守的情況下安全運轉，供給需求驅動的動力。
牢靠性：體系和技能有必要高度牢靠，供給較長的運用壽命，支撐大規模布置使用。支撐遠程監控概念，有必要牢固、有彈性、容錯和持久，需要替換時預先有“告示”。
材料與注釋：
1DavidL.Chandler,3Q:Why“nuclearbatteries”offeranewapproachtocarbon-freeenergy,MITNews,June25,2021
2DanYurman(djysrv),MITPublic/PrivatePartnershipExpandsEfforttoDevelopa10MWe‘Plug-and-Play’Nuclear Battery,NeutronBytes,June27,2021
3LedaZimmerman,Anuclearbattery-poweredboost,NuclearScience&EngineeringatMIT,February2021
4JamesConca,WhatWouldNuclearBatteriesDoForUs?Forbes,Jan25,2021
5LedaZimmerman,Anuclearbattery-poweredboost,MITNSE,February2021
6AmitLal&JamesBlanchard,TheDaintiestDynamos,TEEESPECTRUM,01Sep2004
7ANPEG,AdvancedNuclearandProductionExpertGroup.https://anpeg.mit.edu/
8INL,FissionBatteryInitiative,https://nuc1.inl.gov/SitePages/Fission%20Battery%20Initiative.aspx;
9MITEI,TheFutureofNuclearEnergyinaCarbon-ConstrainedWorld,ANINTERDISCIPLINARYMITSTUDY(2018)
10ANL,RECYCLINGUSEDNUCLEARFUELFORASUSTAINABLEENERGYFUTURE,PyroprocessingTechnologies,2018
11INL,FissionBatteryInitiative,INL/EXT-21-61275,January2021
5e 作者：鏡清
標簽：
核能 核電池
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