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美國首個(gè)第四代核電項(xiàng)目啟動(dòng)建設(shè)。

當(dāng)?shù)貢r(shí)間6月10日，微軟創(chuàng)始人比爾·蓋茨在個(gè)人網(wǎng)站 “蓋茨筆記”(GatesNotes)上宣布，美國首個(gè)“下一代“(next-generation)核電站當(dāng)日在懷俄明州的凱默勒市破土動(dòng)工，啟動(dòng)非核部分建設(shè)。

該核電站為核能公司TerraPower所研發(fā)的鈉冷反應(yīng)堆Natrium的示范項(xiàng)目。2008年，比爾·蓋茨創(chuàng)立了TerraPower，旨在開發(fā)安全、具有成本效益的核反應(yīng)堆。

在經(jīng)過15年多的籌備后，Natrium示范項(xiàng)目成為了西半球第一個(gè)啟動(dòng)建設(shè)的先進(jìn)核反應(yīng)堆項(xiàng)目，并有望作為美國首個(gè)商用先進(jìn)反應(yīng)堆，預(yù)計(jì)在2030年投運(yùn)。

“這對懷俄明州當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)、美國的能源獨(dú)立和應(yīng)對氣候變化都是一個(gè)巨大的里程碑?！北葼枴どw茨在文章中寫道。

Natrium反應(yīng)堆示范項(xiàng)目是一個(gè)345兆瓦的鈉冷快堆，屬于第四代核電堆型，特點(diǎn)是配有熔鹽儲能系統(tǒng)，能在電網(wǎng)需要時(shí)將輸出功率提高至500兆瓦。

下一代核電即第四代核電堆型，為美國核管理委員會(NRC)定義范疇中的先進(jìn)反應(yīng)堆。NRC將非輕水反應(yīng)堆(non-LWR)設(shè)計(jì)稱為先進(jìn)反應(yīng)堆。這些反應(yīng)堆將采用不同于美國現(xiàn)有運(yùn)行反應(yīng)堆的技術(shù)，如具有被動(dòng)安全特性，使用不同的燃料或冷卻劑，或?qū)⒄麄€(gè)反應(yīng)堆縮小。

鈉冷快堆使用液態(tài)鈉代替水作為冷卻劑。比爾·蓋茨在博客中描述了采用這一技術(shù)方案的優(yōu)勢：

液態(tài)鈉的沸點(diǎn)比水高八倍以上，可以吸收反應(yīng)堆堆芯中產(chǎn)生的所有額外熱量。與水不同，鈉會隨著加熱而上升，并隨著上升而冷卻，因此不需要泵送。即使電站失去動(dòng)力，鈉也會繼續(xù)吸收熱量，而不會達(dá)到導(dǎo)致熔毀的危險(xiǎn)溫度。

今年5月，美國核管理委員會發(fā)出信函通知TerraPower，已接受Natrium反應(yīng)堆在凱默勒市的建設(shè)許可申請，并提交審查。

這是40多年來，美國首個(gè)走到該步驟的商業(yè)非輕水反應(yīng)堆。一旦獲得批準(zhǔn)，也將是美國核管理委員會有史以來第一次為商業(yè)非輕水動(dòng)力反應(yīng)堆頒發(fā)建設(shè)許可證。

“審查過程將需要幾年時(shí)間。在此期間，TerraPower將建設(shè)該設(shè)施的非核部分。”比爾·蓋茨表示。該項(xiàng)目主要由“能源島”(Energy Island)和核島兩部分組成。其中，“能源島”將于明年開始建設(shè)，蒸汽渦輪機(jī)和其他實(shí)際發(fā)電的機(jī)械將在此地安裝。

這座鈉冷快堆的功率超過了小型先進(jìn)模塊化多用途反應(yīng)堆(SMR)的300兆瓦門檻，但相對傳統(tǒng)壓水堆仍較小，工程面積和建造時(shí)間有所縮減。傳統(tǒng)壓水堆的裝機(jī)容量通常在600兆瓦以上。

TerraPower團(tuán)隊(duì)希望Natrium示范項(xiàng)目能在2026年正式開啟核島的建設(shè)，并在2030年實(shí)現(xiàn)投產(chǎn)。

Natrium示范項(xiàng)目預(yù)計(jì)耗資高達(dá)40億美元(約合290億元人民幣)，美國能源部(DOE)的先進(jìn)反應(yīng)堆示范項(xiàng)目(ARDP)已授權(quán)分擔(dān)其中20億美元的成本，TerraPower及其合作伙伴將進(jìn)行對等的投資。

2022年，TerraPower完成了8.3億美元的股權(quán)融資，投資方包括韓國SK集團(tuán)和現(xiàn)代重工集團(tuán)，以及鋼鐵集團(tuán)安賽樂米塔爾(ArcelorMittal)等。

隨著今年4月佐治亞州沃格特勒核電站(Vogtle)4號機(jī)組正式投入商業(yè)運(yùn)行，美國已無任何在建的新核電站。當(dāng)前，美國政府傳達(dá)出加速復(fù)興核電的信號，并聚焦于推動(dòng)SMR和其他先進(jìn)核反應(yīng)堆發(fā)展。

今年5月，白宮發(fā)布的事實(shí)說明文件提及，拜登簽署了一項(xiàng)國會撥款計(jì)劃，將提供8億美元(約合58億元人民幣)資助最多兩個(gè)先進(jìn)三代(Gen III+)SMR示范項(xiàng)目。

去年12月，美國核管理委員會核準(zhǔn)了首座四代核電堆——Hermes非動(dòng)力示范反應(yīng)堆。 但該反應(yīng)堆僅用于提供運(yùn)行數(shù)據(jù)，以支持開發(fā)用于商業(yè)發(fā)電的大型反應(yīng)堆，不進(jìn)行實(shí)際發(fā)電。

美國也在部署先進(jìn)核燃料，以突破該國先進(jìn)核反應(yīng)堆發(fā)展的瓶頸。

高豐度低濃鈾(HALEU)是鈾-235豐度大于5%且小于20%的濃縮鈾，???能夠允許更小的堆型設(shè)計(jì)，更高的燃燒效率并減少廢物量，為先進(jìn)核反應(yīng)堆所需的關(guān)鍵材料。

Natrium示范項(xiàng)目所需的燃料也是HALEU。但目前僅有俄羅斯和中國擁有大規(guī)模生產(chǎn)HALEU的基礎(chǔ)設(shè)施。

美國能源部預(yù)測，到2030年美國可能需要超過40噸的HALEU，且每年還需要更多的這種燃料以便及時(shí)部署一批新的先進(jìn)反應(yīng)堆。

今年5月，TerraPower和Framatome宣布了一項(xiàng)協(xié)議，將合作在華盛頓州里奇蘭的Framatome核燃料制造工廠設(shè)計(jì)和開發(fā)HALEU的冶制試點(diǎn)生產(chǎn)線。

作為GIF的成員國，中國主要參與了氣冷快堆外的另五種堆型的合作研發(fā)，全球首座四代核電石島灣高溫氣冷堆已于去年12月6日投入商運(yùn)。

鈉冷快堆是目前運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)最豐富的先進(jìn)核能系統(tǒng)，全球范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)間累計(jì)達(dá)到400堆年。2022年12月，中國小型鈉冷快堆核電源研發(fā)工作取得重要突破，在國際上首次實(shí)現(xiàn)耦合斯特林發(fā)電系統(tǒng)的小型鈉冷快堆核電源非核集成測試裝置“一鍵啟停堆”驗(yàn)證試驗(yàn)。