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          儲能開發商希望采用熔融鹽核反應堆提供長時儲能

          來源:UPS應用網 作者:Harris編輯 更新時間:2020/4/1 7:49:19

          摘要:采用混凝土塊搭建塔臺的重力儲能,利用地下洞穴的壓縮空氣儲能,以及氫儲能……儲能廠商尋求開發更多的儲能新技術存儲電網中不斷增加的風力發電和太陽能發電。因此,儲能新技術近年來獲得了越來越多的投資。

          采用混凝土塊搭建塔臺的重力儲能,利用地下洞穴的壓縮空氣儲能,以及氫儲能……儲能廠商尋求開發更多的儲能新技術存儲電網中不斷增加的風力發電和太陽能發電。因此,儲能新技術近年來獲得了越來越多的投資。
            
            如今,為更清潔、更多變的電網提供長時儲能已經成為儲能技術開發商的一個目標。熔融鹽核反應堆這種儲能技術獲得了比爾•蓋茨等投資者多年的投資和支持,世衛組織表示,這種核能新技術可以按需提供無碳能源。
            
            熔融鹽核反應堆的開發商(與美國現有的核動力輕水反應堆有著根本不同的設計)希望將大量收入流合并成一系列計劃。這些用途包括負荷跟蹤以幫助電網處理間歇性可再生能源、在未連接到輸電線路時提供電力的能力(黑啟動能力),以及為工業生產提供熱量。
            
            開發商認為,這些附加功能可以擺脫目前核工業所面臨的困境,而全球核工業正面臨著投資高昂的難題,這使得北美和歐洲各國很難在未來建造新的常規核反應堆。
            
            熔融鹽核反應堆開發商Terrestrial Energy公司首席執行官SimonIrish在接受采訪時表示:“我們正在進行技術創新,以解決傳統核電站面臨的價格高昂且不具有成本競爭力的難題。”
            
            熔融鹽核反應堆只是核能設施的一種類型,但是由于熔融鹽能夠在極高的溫度下容納和儲存熱量,其支持者表示這適用于未來的電網。
            
            TerraPower公司外部服務總監JeffNavin在接受采訪時說:“熔融鹽核反應堆具有銷售輔助服務的能力,例如提供工業生產所需的熱量,這確實有助于加強核反應堆的經濟性。”
            
            英國開發商MoltexEnergy公司正在研發一種“穩定鹽反應堆”。該公司表示,這種技術儲能時間長達8個小時,最多可以儲能24個小時,這遠遠超過鋰離子電池儲能系統的4小時儲能時間。
            
            盡管許多開發商一直在努力將非輕水核反應堆投入商業運行(例如比爾•蓋茨于2006年成立的Terra Power公司),但《核能創新和現代化法案》(NEIMA)為核工業對于先進反應堆將會很快取得重大進展賦予了信心。美國特朗普總統于2019年初批準了《核能創新和現代化法案》(NEIMA),使其成為一條法律。法案要求美國核監管委員會在2027年底之前建立新的監管結構,這將簡化新反應堆設計的許可流程。支持先進反應堆的智囊團“核創新聯盟”在一份聲明中表示,這項法律將改善先進反應堆的商業化途徑,在應對氣候變化和全球能源需求方面可以發揮重要作用。
            
            可能會有更多的聯邦立法為先進反應堆的開發提供支持。3月3日,美國眾議院能源與商業委員會就先進反應堆這一法案舉行了聽證會,參加聽證會的TerraPower公司總裁兼首席執行官ChrisLevesque表示,該公司技術允許熔融鹽核反應堆像“巨型熱電池”一樣工作。他說:“隨著我們向無碳經濟邁進,這類核反應堆對于減少工業和交通運輸業的碳使用量至關重要。”
            
            麻省理工學院TEPCO核科學與工程教授、麻省理工學院能源倡議研究的聯合主席之一JacopoBuongiorno表示,盡管人們對這種技術充滿熱情,但其實現商業化可能還需要多年的時間。熔鹽核反應堆仍有一些技術難題必須解決,才能被電力行業廣泛接受。
            
            更重要的是,雖然它提供了一個賣點,但其儲能能力并沒有克服這些障礙。Buongiorno說,“未解決的問題在于反應堆本身,而不是儲能介質。”
            
            麻省理工學院能源計劃的研究發現,雖然“更成熟的概念”(如NuScale Power公司開發的輕水小型模塊化反應堆設計)準備在十年內實現商業化,但目前核反應堆的概念仍不成熟(其中包括鉛冷卻快速反應堆、氣冷式快速反應堆),如果遵循傳統的發展,快堆和熔融鹽反應堆不會在2050年之前實現商業化運營。
            
            一些熔融鹽反應堆開發商將目標定在2020年代末和2030年代初實現商業應用,并且構建可以出售給客戶的核反應堆。Buongiorno表示,在2040年之前不會出現這樣的產品。
            
            開發商面臨的最大挑戰之一是確定將進入熔融鹽反應堆堆芯的結構材料,由于化學環境完全不同,熔鹽反應堆堆芯可能與傳統反應堆中使用的材料可能有很大不同。
            
            雖然美國橡樹嶺國家實驗室在上世紀60年代開發了一個實驗性的熔融鹽核反應堆,但該項目只是用于研究而不是發電,因此它只能部分解答熔鹽核反應堆如何運行的許多技術問題。Buongiorno說,“我們還不清楚用于熔鹽反應器的材料在被腐蝕之前會持續多久。另一個需要解決的重要問題是在電力運行和斷電期間對反應堆部件的應用和維護,因為熔鹽可能具有高度放射性。”
            
            核儲能系統如何運作
            
            常規核反應堆使用重水作為主要冷卻劑,而熔融鹽反應堆則使用液態鹽。這種差異對核反應堆工作的溫度有非常重要的影響。熔融鹽可吸收大量熱量,輕水反應堆只能在約300攝氏度(572華氏度)溫度下運行,而熔融鹽反應堆可以在700攝氏度以上(1292華氏度)下運行。因此,其吸收的熱量可以應用在多種不同用途。
            
            例如,Moltex公司與New Brunswick能源解決方案公司達成了為加拿大建造一個裝機容量為300MW的示范性核反應堆的協議。開發商提供穩定鹽反應堆的熔融鹽冷卻劑,以及一組附加的儲能反應堆熱能的熔融鹽存儲罐。然后,可以將存儲在罐中的熱量用于驅動渦輪機發電。
            
            Moltex公司北美地區能源首席執行官RoryO’Sullivan表示,其目標是與現有成熟的儲能技術在成本方面進行競爭。他說:“用戶不需要部署成本昂貴的電池儲能系統,因為熔融鹽反應堆的成本將會更低。”
            
            其儲能元件為核反應堆和渦輪機項目提供額外的靈活性,使其能夠按需擴展或縮減,并與由風能和太陽能主導的更清潔的電網相匹配。傳統核反應堆通常全天候運行,以最大程度地增加收入,以彌補高昂的投資成本,并避免運行效率低下。
            
            NuScale公司也正在設計其輕水反應堆,使其具有存儲可再生能源的能力。但是,像Moltex公司那樣的設計中包含的蓄熱功能可以滿足不斷變化的電網需求,而不必降低反應堆的功率。O’Sullivan說,“大幅降低功率在經濟上沒有意義。這意味著沒有從核反堆獲得更大的容量,無法使用輕水核反應堆做到這一點,因為溫度還不夠高。”
            
            Moltex認為,一個完全商業化的1,000MW熔融鹽反應堆,再加上由反應堆產生的熱能驅動的3,000MW的渦輪發電機,其總投資成本可能低于1000美元/千瓦。佐治亞州Vogtle核電站正在建造的3號和4號熔融鹽反應堆是美國建造的首個裝機容量為2200MW的反應堆項目,投資成本約為250億美元。
            
            Terrestrial Energy公司的整體熔鹽反應堆(IMSR)設計使用了鹽冷反應堆堆芯。有用熔融鹽吸收熱量,并通過管道循環將熱能輸送到5英里以外的工業設施。其熱量可以驅動渦輪機提供黑啟動能力,也可以為能源密集型行業提供服務,例如位于核反應堆附近的化工廠。Terrestrial Energy公司首席執行官Irish說,該公司對整體熔鹽反應堆(IMSR)的儲能時間沒有具體估計。
            
            與使用高核廢料作為燃料的Moltex公司的設計不同,整體熔鹽反應堆(IMSR)使用與當前運行的核反應堆相同的鈾燃料。Irish表示,“我們將在核反應堆的成本、操作靈活性和安全性方面進行創新,監管機構和客戶可以放心使用。對于采用整體熔鹽反應堆(IMSR)的公用事業公司來說,使用鈾燃料,與核能發電廠具有相同的燃料供應鏈。
            
            開發商的目標是在2020年代末使整體熔鹽反應堆(IMSR)實現商業化運營,與此同時,該公司探索了熱電和核電結合的用例。Terrestrial Energy公司與Southern公司合作開展了一個項目,研究利用核能產生的熱量更清潔、更高效地生產氫氣的發展前景。
            
            Terra Power公司與Southern公司建立了合作關系。從2019年開始,這兩家開始試驗熔融鹽反應堆,以展示其如何存儲能量。TerraPower公司的設計之一是熔融氯化物快速反應器,它使用熔融的氯化物鹽作為燃料和冷卻劑,可以為工業設施提供熱量和儲能服務。
            
            Terra Power公司并未提供熔融鹽反應堆可以提供的具體儲能時間,但Navin指出了已經用于存儲熱能的熔融鹽系統的現有示例。他舉例說,Cerro Dominador是目前正在智利開發的一家具有熔鹽儲能的光熱發電和光伏發電廠,其裝機容量為110MW,儲能時間為17.5小時或不到2GWh的儲能容量。
            
            Navin表示,熔融鹽反應堆對于那些試圖達到脫碳目標的公用事業公司具有吸引力。
            
            雖然現在可以使用電池儲能系統存儲可再生能源發電設施的電力,但Terra Power公司預計熔融鹽核反應堆的商業化運營要到21世紀20年代末或21世紀30年代初實現。
            
            Navin認為,隨著越來越多的公用事業公司、城市和州在2050年前實現凈零碳排放目標,支持可再生能源的選擇越多越好。他說,“電池儲能技術將會變得更好,但如果了解電力行業脫碳需要什么,這將是一個巨大的轉變。我們需要開發和部署更多的儲能技術。”
            
            編輯:Harris

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