據(jù)《核能內(nèi)幕》(Nuclear Energy Insider)網(wǎng)報道，美國能源部將在美國實施設計創(chuàng)新，規(guī)?；販y試首臺小型模塊式反應堆(SMR)，用以于優(yōu)化非電應用“收益流”。

SMR開發(fā)商的目標是供電的同時，開發(fā)能源的工業(yè)應用

去年12月，美國能源部核能辦公室與猶他州聯(lián)合市政電力系統(tǒng)公司(UAMPS)和巴特爾能源聯(lián)盟(Battelle Energy Alliance)簽署諒解備忘錄(MoU)，將努斯卡爾(NuScale)公司計劃在愛達荷建造的720MWe的SMR核電站一部分用于研究目的。

NuScale型SMR屬微型輕水堆技術，經(jīng)美國核管會審查，已確認其安全性，應急規(guī)劃區(qū)的邊界就是核電站的現(xiàn)場邊界，并將定于明年8月頒發(fā)建造許可證。

這個無碳電力項目，包括2017-2026年在愛達荷國家實驗室(INL)現(xiàn)場建造12個NuScale型 60MWe的SMR模塊。據(jù)此MoU，其中一個60MWe的模塊，將專用于聯(lián)合使用模塊裝置(JUMP)研究項目的非電力應用測試。能源部還計劃使用第二個模塊，給INL的設施供電。

這個電廠的其余模塊將給UAMPS供電。UAMPS代表猶他州、加州、愛達荷州、內(nèi)華達州、新墨西哥州、俄勒岡州和懷俄明州的社區(qū)擁有的電網(wǎng)。

INL系統(tǒng)集成經(jīng)理、JUMP項目主管香濃·布拉格-西頓(Shannon Bragg-Sitton)告訴《核能內(nèi)幕》，JUMP研究項目將考察一系列非電應用，包括給工業(yè)過程、海水淡化和制氫提供熱能。她說，INL還將創(chuàng)建一個平臺，借助NuScale擴大以前的研究，允許運營商藉此應對可再生能源的間歇性問題，并在電力供應過剩時開展非電應用。

布拉格-希頓說，此研究旨在支持SMR的多種用途，開辟新的市場。她說，“核電廠傳統(tǒng)上用來發(fā)電，并不用來滿足工業(yè)過程的熱能需求，但這種模式正在發(fā)生變化。”

新型市場

聯(lián)合使用模塊裝置(JUMP)項目分為三個階段。第一階段(2018-2021)，INL將為核電機組創(chuàng)建一個廣義的非電應用項目清單，開發(fā)成本估算，并與NuScale、公用事業(yè)公司和其他潛在的終端用戶創(chuàng)建一綜合的建模、測試和取證計劃。第二階段(2021年至2026年)，INL將對不同的運營體制進行臺式測試和上規(guī)模的非核演示。在第三階段，INL將在2027年前后電廠投產(chǎn)時實施研發(fā)計劃。待檢驗的各種應用，包括為工業(yè)過程、微咸水或海水除鹽制備飲用水以及制氫提供熱能。

供暖被視為SMR的關鍵“賣點”，尤其是在企業(yè)和政府努力實現(xiàn)碳減排目標之際。儲能效率、電-熱轉換能力和基礎設施完備程度，都會影響這種電廠的競爭力。

制氫則涉及從NuScale動力模塊的蒸汽分流。氫氣可以用于制氨、煉油、蒸汽制造或日益增長的燃料電池市場。美國潛在的工藝需求是87百萬公噸/年，而目前美國銷售額僅為13百萬公噸/年(包括合成氨和煉油)。

美國潛在的氫氣需求

NuScale公司和INL在2014年的一份研究報告中發(fā)現(xiàn)，一個300MW的NuScale型電廠可以滿足一個中型氨生產(chǎn)廠的氫氣需求，600MW的電廠可以支持一個中型煉油廠。

儲氫設施可以讓運營商在電力需求低或供應過剩期間轉向制氫，從而優(yōu)化電廠的收益。

試驗設施

布拉格-西頓說，INL正在建設一可擴展的綜合測試設施，用于工業(yè)應用的非核測試。這個測試設施能提供核反應堆的電信號、太陽能光伏和風能的輸入，以及實時數(shù)字模擬器，以表示電網(wǎng)電力系統(tǒng)、熱能和電能儲存以及最終用戶的需求。

按燃料類型預測的美國發(fā)電量

能源信息署年度能源展望(2019年1月)

該系統(tǒng)將使用電加熱器表示來自核系統(tǒng)的熱量，還將包括一熱能分配系統(tǒng)，把熱能轉給聯(lián)接的“用戶”。

布拉格-西頓告訴《新能源現(xiàn)代化》網(wǎng)，第一個要測試的應用將是高溫蒸汽電解制氫。聯(lián)接的化學合成反應器將用氫氣作為原料，生產(chǎn)各種工業(yè)化學制品。

她說，“測試設施的模塊化方法，允許測試多個最終用戶，既可并行測試，也可按順序測試”。

關鍵的前沿

JUMP項目將安裝先進的傳感器和儀器，以更好地了解流態(tài)和溫度。先進的監(jiān)測能力將使科學家能夠在在原型環(huán)境不中斷堆堆芯發(fā)電的情況下，測試新的儀器。

INL通過進入研發(fā)階段，可優(yōu)化傳感器的安裝過程，使研究機會最大化。布拉格-西頓說，部署過程遠比運營核電廠容易，因為建造前可以修改儀器計劃和取照相關的修正。

她說，“反應堆投入運行后安裝附加的儀器設備要困難得多，因為輻射環(huán)境，而有可能影響運行核電機組的主要任務。它的主要任務是給電網(wǎng)提供電力”。此外，一旦建成，接近安裝儀器的機會可能非常有限。”

這個設施一旦建成，可幫助運營商加快測試和監(jiān)管部門批準其他新技術。INL正在考慮為這個該設施配備一系列先進儀器。布拉格-西頓說，可以證明，諸如光纖等技術在"改變游戲規(guī)則"。“光纖提供了一個機會，可以提供大量的數(shù)據(jù)，例如，可對單個貫穿進入反應堆壓力容器的溫度進行數(shù)百次測量。”

INL將監(jiān)控最新的傳感器技術，并在未來幾年做出決定。布拉格-西頓說，“我想說的是，作為一種選擇，一切還有待決定”。“這是發(fā)展和選擇豐富的領域，兩年后可能會有很大不同。”

美國和加拿大的國家核工業(yè)基地主動與核能創(chuàng)新項目相結合、提供技術支持和服務的做法，意義和影響深遠，值得我們研究、借鑒。

依據(jù)資料:Jax Jacobsen, DOE expands NuScale SMR plan to quantify heat, hydrogen benefits, Nuclear Energy Insider, Feb 13, 2019