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新技术呼之欲出 遭到质疑之后核能会复兴吗?

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科技传媒网 互联网转载 网易 2018-08-06 15:00

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(原标题:NEXT-GEN NUCLEAR IS COMING—IF SOCIETY WANTS IT)

新型核能呼之欲出 ? 这是替代化石燃料的大杀器吗?

图示:像这样的北极社区开始探索先进的核反应堆,以解决要求特殊的能源挑战。

科技传媒网讯 网易科技新闻7月31日消息,据国外媒体报道,随着清洁能源的呼声越来越高,核能再次成为人们的关注点。在这种情况下,核能初创企业如雨后春笋般出现,它们通过各种各样的创新设计解决诸如放射性废料、熔毁、核扩散和高运营成本等众所周知的核能问题。

早在2009年,纽约投资经理西蒙·爱尔兰(Simon Irish)就发现了自认为可以改变世界的机会,当然在此过程中,也能够将美元转化为财富。

爱尔兰认为,全球各国需要建设数量惊人的清洁能源项目,从而取代化石燃料的能源基础设施,只有这样才能为那些快速发展的国家不断增长的需求提供足够的能源。他意识到,依赖风力和太阳能发电的可再生能源要达到这一目标过于困难。而且他也知道,核电作为唯一可以填补空白的现有清洁能源形式,实在是太昂贵了,根本无法与石油和天然气相竞争。

但是,在2011年的一次会议上,他遇到了一位工程师,后者设计了一个用熔盐冷却的核反应堆。爱尔兰认为,如果这一计划成功,它不仅可以解核能老化的问题,还可以为全世界弃用化石燃料提供一条现实途径。

关键问题在于,“我们能否做得比60年前商业化的传统反应堆做得更好?”爱尔兰回忆道, “答案是,‘绝对会’。”

爱尔兰非常确信这个新的反应堆是一项伟大的投资,他把他的整个职业生涯都押在了上面。近十年后,爱尔兰成为了总部位于纽约市的Terrestrial Energy公司的首席执行官,该公司预计将在2030年之前建成一个熔盐反应堆。

当然,在这个行业,Terrestrial Energy公司远非孤军奋战。为了解决众所周知的核能问题——放射性废料、熔毁、核扩散和高运营成本,美国全国各地涌现了数十家核初创企业。

这个行业有很多奇思妙想。有的反应堆可以使用核废料。有些反应堆旨在破坏可以制成武器的同位素。有些小型反应堆可以在工厂里进行低成本建造。这么多想法!

对于Terrestrial Energy公司顾问、前能源部长欧内斯特·莫尼兹(Ernest Moniz)来说,这种感觉就好像正在发生新的事情。“我从未在这个行业看到过这种创新,”他说, “这真的令人兴奋。”

其他反应堆,如Terrestrial Energy公司的熔盐冷却反应堆设计也具有创新性。如果反应堆过热,就会自动冷却。传统的反应堆主要通过流经的水以防止过热,但如果有什么东西停止水的流动——就像福岛的地震和海啸——水就会沸腾,也就没有任何东西可以阻止反应堆的熔毁。

爱尔兰说,与水不同的是,熔盐不会沸腾,所以即使操作人员关掉安全系统并走开,盐也会使系统保持冷却状态。盐不断加热和膨胀,推动铀原子分开并减缓反应(铀原子离得越远,飞行中的中子就越不可能把它们分开,也就无法触发链式反应的下一个环节)。

爱尔兰说:“这就像你在煮意大利面时把锅放在炉子上一样。”不管你的炉子有多热,除非水已经沸腾了,否则你的意大利面永远不会超过100摄氏度。然而,当你用液态盐代替水时,你必须达到1371摄氏度才能使冷却液蒸发。

这些东西听起来像科幻小说——但它是真实存在的。自2016年以来,俄罗斯一直在用一个先进的反应堆发电,这个反应堆可以燃烧放射性废料。中国也建造了一个“卵石床”反应堆,能够将放射性元素锁在球杆大小的石墨球内。

2015年,中间派智库“第三条道路”(Third Way)开始绘制全美所有先进核项目的地图,追踪那些致力于为低碳能源提供更安全、更廉价、更清洁核能的初创企业和公共部门项目。第一张地图上有48个点,现在有75个点,就像糖果色的斑点一样在地图上蔓延开来。

“第三条道路”(Third Way)清洁能源工作负责人瑞安·菲兹帕特里克(Ryan Fitzpatrick)指出,就项目数量,工作人数以及私人融资金额而言,目前的核能发展形势无与伦比,除非你回到20世纪60年代。

当时,华特·迪士尼(Walt Disney)发行了电影《我们的朋友,原子》(Our Friend the Atom)广为宣传核能,业内称未来的电力会“太便宜到不用计量”,电力公司计划在美国各地建造数百座反应堆。

为什么这一切都发生在现在?毕竟,自冷战开始以来,科学家们一直在研究这些替代类型的反应堆,但它们从未流行起来。先进反应堆的实验历史也充满了各种各样的失败。 1954年,熔盐冷反应堆首次成功运行,但美国选择专注于水冷反应堆,并削减了其他设计的资金。

但基本层面已经发生了变化:以前,由于传统反应堆是有利可图的,因此核公司没有必要通过联邦监管程序的层层审批获得新设计,在此过程中还要花掉数十亿美元。那不再是现实了。

爱尔兰说:“半个世纪以来,现在的核电运营商首次陷入财务困境。”

新技术呼之欲出 遭到质疑之后核能会复兴吗?


最近,美国对传统水冷反应堆的赌注以非常昂贵的方式开始慢慢恶化。2012年,南卡罗莱纳电力天然气公司(South Carolina Electric & Gas)获准建造两座大型常规反应堆,发电量为2200兆瓦,足以为180万户家庭供电,并承诺将在2018年的某个时候投入使用。当电力用户看到他们的账单上涨了18%来支付建设费用时,这一工程很快就遭到了推迟。去年,在向该项目投入90亿美元后,该公司最终放弃了这一项目。

美国麻省理工学院先进核能系统低碳能源中心的联合主席约翰·帕森斯(John Parsons)表示,美国最近建造的核电项目是一场灾难,主要原因是现场施工过程中开支陡增。

类似的情况也在国外不断上演。在芬兰,Olkiluoto发电厂的新反应堆建设比原计划晚了8年,超出预算65亿美元。

作为回应,这些核创业公司正在设计他们的业务,以避免可怕的成本超支。许多人计划在工厂建造标准化的反应堆部件,然后像在建筑工地拼搭乐高积木一样将它们组装在一起。“如果你可以将工程搬到工厂,你可以大幅降低成本,”帕森斯说。

新反应堆也可以通过更安全的方式来降低成本。传统反应堆有发生熔毁的基本风险,很大程度是因为起初这种反应堆是被设计用于为潜艇提供动力。爱尔兰解释说,当它在水下时很容易用水来冷却反应堆,但当我们将这些反应堆提升到陆地上时,我们不得不开始用水泵抽水来冷却它们。“这要确保水泵系统永远不会出问题,或者永远不会发生像福岛那样的破坏性事故。在建设过程中,你需要安全系统之上的安全系统,冗余之上的冗余。“

Oklo是一家硅谷初创公司,其反应堆设计基于不易发生熔毁的原型。 “当工程师关闭所有冷却系统时,它会自行冷却,然后重新启动并在当天晚些时候正常运行,”Oklo联合创始人卡洛琳·科克伦(Caroline Cochrane)说。如果这些更安全的反应堆不需要备用冷却系统和混凝土密封罩,那么公司就可以用更少的钱来建造核电站。

在取得成功之前,技术往往会经历很长一段时间的失败:在第一个电灯问世和托马斯·爱迪生发明白炽灯之间进行了45年的修修补补。工程可能需要几十年才能赶上想法。帕森斯说,其他人过去曾尝试过各种先进核能的想法。 “但科学已经在向前发展,”他说,“你有比几十年前更好的材料。这让这些事情变得可行。”

非营利机构“能源创新改革项目”(Energy Innovation Reform Project)最近的一项研究估计,最新一批核电初创企业每兆瓦的发电成本在36美元至90美元之间。这使其与任何使用天然气(运行价格在42美元至78美元之间)的发电厂相比都具有竞争力,并将提供一种替代化石燃料的可行方案。

在最好的情况下,核电甚至可能更便宜。但像核能初创企业这些类似的研究可以通过创新设计来削减建设成本,但无法预见革命性的进步。

“希望这些设计师能够进一步降低成本——你希望能够让更多的人能够获得更多的能源——因此即便没有煤炭等化石燃料,核能也会成为一种可以击败天然气的廉价替代品,”帕森斯说,“这只是一个希望,但这就是企业家应该做的事情。”

哈佛大学(Harvard)的核能专家马修·邦恩(MATTHEW BUNN)则表示,如果核能在应对气候变化方面发挥作用,这些先进的核电公司将不得不迅速扩大规模。 “为了在2050年之前提供我们所需的十分之一的清洁能源,我们每年必须向电网增加30千兆瓦的电能,”他说。

这意味着世界将需要建造10倍于2011年福岛灾难之前的核电站。这现实吗?

“我认为我们应该尝试——但我不乐观,”邦恩说,并指出我们建造太阳能和风能发电站来取代化石燃料同样困难重重。

巨大的障碍仍然阻碍着核能复兴。在一家公司开始建设之前,测试原型和获得联邦监管机构的批准需要数年时间。《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)本月早些时候发表的一项研究显示,“为了让先进的核技术在未来几十年的深度脱碳过程中发挥作用,”美国将需要彻底改革核技术的推广方式。

专家指出,为了给先进的核反应堆提供一个公平竞争的机会,许多方法都是一致的:让监管更有利于创新,而不是偏爱传统的反应堆。鼓励公用事业公司购买低碳能源。还有提供更多的资金。

新一代核电公司背后的人们则认为,只要有正确的帮助,他们就能更快地进入市场。 Oklo正准备在2025年之前建成一座商用反应堆。

“我们可以用核能快速摆脱化石燃料吗?法国做到了,这是可以做到的,“来自Oklo的科克伦说。“我们的反应堆比最新的传统反应堆小500倍,它们具有所有这些固有的安全特性,并且可以消耗核废料。我们的申请流程会更短吗?“

在智囊机构Breakthrough Institute研究核电的杰西卡洛弗林(Jessica Lovering)表示,此前政府常常会挑选一个有前途的想法,像对待一个有特权的孩子一样照顾它,这就是我们过去对待传统核能的方式。而降低这些障碍要便宜得多。

“我们可以选择一个想法,花很多钱帮助它变得商业化,然后为每个项目提供更多的资金补贴,”洛弗林说, “或者,我们可以让整个创新体系投入更少的资金。”

加州大学伯克利分校研究清洁能源的丹·卡门(Dan Kammen)说,尽管如此,先进的核项目很可能需要长达30年的时间才能通过监管审查,解决在漫长过程中出现的各种意外问题,并证明它们有市场竞争力。到那时,卡门认为竞争中还会有其他选择:电力存储正在变得更好,核聚变技术可能会有所突破。

卡曼说:“最终,在一个拥有100亿人口的星球上,一定数量的大型、方便、负担得起、安全的基载电力——就像我们从核裂变或核聚变中获得的电力一样——将是非常有益的。而在太阳能发电方面也会有进展。经过数十年的发展,或许就会像科幻小说中所描述的那样,每扇窗户上都覆盖着太阳能薄膜。那样一个世界也可以正常运转。”

在历史的此时此刻,一切都是远景,皆有可能。我们必须在发展中完全取代我们现有的能源系统。为此,人们种植了许多不同的种子。收获时间还有很长一段时间,但我们看到花园里有些地方已经涌出了新芽。

核能的创新性使得年轻人兴奋不已,他们将核能视为摆脱化石燃料的一种方式。大学生正在被于核工程专业所吸引。当核工业在20世纪70年代濒临崩溃时,研究这个问题的学生数量逐渐减少,但自21世纪初以来,它一直在稳步攀升。

其中一些学生正将创办自己的先进核公司。纪录片制片人大卫·舒马赫(David Schumacher)遇到了一些年轻人,他们的热情感染了舒马赫,于是他制作了一部关于他们的纪录片《新火》(The New Fire),该片于去年上映。

“他们是真正具有理想主义的年轻人,他们试图通过做一些非常重要但并不受欢迎的事来拯救地球,“舒马赫说,“他们可能在其他地方赚了很多钱,虽然知道自己会受到非议,但他们正在创办这些核公司。”

这是在Terrestrial Energy公司奋斗的爱尔兰所熟知的感觉。“关于核问题的看法是如此消极,”他说,“最大的胜利就是说服忙碌的人们能够认真倾听。”

虽然Terrestrial Energy公司还在与公众舆论作斗争,但爱尔兰表示他的公司一直在按时完成每一个阶段性的目标。加拿大监管机构去年宣布,Terrestrial Energy公司已经完成了设计审查的初始阶段工作——这是该国批准建设核电站的第一步。爱尔兰已经在安大略省选择了Terrestrial Energy公司可以建造第一座反应堆的地点。

虽然爱尔兰对Terrestrial Energy公司的其他工作表示沉默,但他确实描述了一种经历,他说这使他对公司的前景更有信心,迄今为止比任何其他成就都更有信心。

去年8月,他身处纽约一名著名投资者的办公室,后者也是环保组织的主要贡献者。 参加这次会议是一个挑战,是因为围绕核问题的争议。 但到最后,爱尔兰成功说服了这位商人,让他明白可再生能源和核能不仅只是共存,而是互相促进。

在爱尔兰的讲述中,他正在解释Terrestrial Energy公司的反应堆设计,当时这名男子拦住他并说:“等一下,这可以带来热量!” 工业部门需要热量,但风能和太阳能根本没有起到任何作用。

“就他而言,”爱尔兰说,“这才是他最大的缺憾。”(晗冰)

本文链接:http://www.itmsc.cn/archives/view-216999-1.html
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(责任编辑:夏喧)

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