稳定熔盐堆“产业变革”的安全和经济

英国Moltex能源公司正在进入美国市场。今年5月获得了DOE提供的结构复合材料研究资金，目标是把稳定熔盐堆(SSR)的工程建设进度缩短至24个月，并为核工业提供“产业变革”的安全和经济效益。

附图：稳定熔盐堆(SSR)典型模块的结构

这笔255万美元的ARPA-E资金[1]是通过MEITNER项目[2]授予的，旨在开发先进堆设计技术，使之更接近市场，作为“最便宜”的清洁能源路线，更具投资价值。

总部设在英国的Moltex能源公司选择开发复合结构技术(COST)，以缩短其稳定熔盐堆(SSR)的建设工期。在此之前专注英国和加拿大，这是Moltex公司首次涉足美国市场。

Moltex能源公司北美首席执行官罗里•奥沙利文(Rory O'Sullivan)[3]告诉《核能内幕》，“我们认为这些国家近期部署SSR的可能性更高，而美国拥有的专业判断，其他任何地方都不具备。我们认为美国是未来30年SSR的巨大市场。”

群堆模式

Moltex能源公司的目标是把“同类首堆”(FOAK)的建设进度缩短到36个月之内，并为未来同类第N个堆(NOAK)“加速”部署开辟道路。“使命”是使SSR按常规方式建设，与联合循环燃气轮机(CCGT)一样，通常大约24个月建成发电。

奥沙利文补充说，“大多数先进堆供应商当前工作的重点是建单一电厂的‘示范’装置，但Moltex正在追求‘总体’影响。我们正在考虑‘群堆’模式，怎样在气候和社会变化所需的紧急时间架构内部署整个堆群。”

Moltex能源公司成立于2015年，在很短的时间内取得显著进展。2017年12月，Moltex能源加拿大公司启动了加拿大核安全委员会(CNSC)“颁证前供应商设计评审”流程，还获得了英国政府C&I开发的研究资金。2018年，Moltex能源公司与加拿大新布伦瑞克电力公司签署谅解备忘录(MOU)，共同开发稳定熔盐堆-燃烧器(SSR-W)，致力在该省部署首堆(FOAK)。

简化建设

Moltex的SSR“严重”依赖现有的反应堆设计方法和“取照”程序，尽可能加快“批准”过程，这是任何先进堆部署的主要屏障。然而，这只是成功的一半;此外还需要建造同类首堆(FOAK)，而建设进度安排可能成为重大障碍。

当代新建项目受施工磨难的困扰，主要来自大量设计变更、物流挑战、工程巨大间接成本的融资以及复杂的现场质量保证管理流程。这使得它们很难成功筹措资金，而且投资风险如此之高，私营部门不愿承担，新建项目的数量在减少。

复合结构技术(COST)使针对不同现场的“标准化”设计有较大的通用性，极大地简化了现场劳务安排和质量保证过程，使建设质量可比。此外，SSR固有的安全性和核岛没有任何高压系统，可以做彻底的简化而不影响安全性。

经济现实

奥沙利文补充说，“Moltex公司相信，真正在百万千瓦(TW)规模上‘取代’廉价的化石燃料发电，满足对大规模清洁能源的迫切需求，最终需要快速建设SSR型核电厂，而且电力成本要比CCGT或燃煤发电机组更便宜，靠经济现实把它们‘赶出’市场，而不靠‘补贴’。

“就此而言，小型模块式反应堆(SMR)或者任何清洁能源的候选产品，都有个简单的成功准则:比其他任何资源更便宜。用政府补贴和‘碳税’鼓励改变，只能是个短期的解决方案。如果一项技术的利润较低，就不可能持续下去，总要有人为此付出代价。这就是SSR的作用，它想‘根除’化石燃料发电，真地从市场上取代它。”

奥沙利文说，小型模块式反应堆(SMR)有很多优势，但规模小，因为失去“规模经济”，成本也会增加。SSR虽然体积小，但功率高。最初设计300MW的反应堆，可以配置900MW的汽轮发电机，利用电网储热(GridReserve)[4]，在日常用电“高峰”期高功率输出，每天运行8小时，或者把反应堆扩大到1000MW，配备3000MW的汽轮发电机。

他说，“这使SSR既有数量经济优势，也具有规模经济优势。”

附图：SSR-W1000与AP1000(左)和SSR-W模块与NuScale模块的“建筑容积”对比。

复合材料的“机遇”

在更广泛的土建工程行业，有许多现成的“复合结构”方案实例，展示了这种当代设计方法的机遇。由于其他行业不存在核监管程序，也许合乎逻辑的是，首先在其他重大项目中采用这建设方案，才能在核行业充分利用。

在去年底DOE召开的MEITNER项目启动会议上，Moltex公司代表介绍了《SSR刚弹性复合材料土建工程》[5]，但至今尚提供进一步的信息。

奥沙利文承认，“Moltex公司还没有开发‘全新’的方案”，“相反，正在评估可用的选项，并从技术准备水平(TRL)高的候选复合技术最后候选列表中筛选出最合适的某个(或多个)方法。”

“普渡大学将进行概念设计并进行阶段选择，它熟悉目前市场上的某些这类的候选技术。他们有能力量化SSR采用方法的潜在效率。”

改变观念

像SSR这样的先进堆，不是仅仅由现代核电机组“演变”来的;在核能的公众“认知”方面，代表改变观念的“机遇”。

奥沙利文认为，政治意愿和经济潜力显而易见，但向公众推销某个概念有可能限制这种反应堆的部署。

奥沙利文说，“COST项目试图量化SSR型核电机组发生严重事故的实际危害。这种机组有很强的内在安全特性，比如没有压力，没有挥发性化学物质‘释放’到现场之外。

“Moltex公司理解，这是它这类公司要做的第一个公众项目：在数量上，严格计算极端情况下可能从反应堆释放出来的、准确的放射性源项。Moltex公司希望证明，小的现场边界之外没有‘可感知’的影响;对于核能，这是个‘产业变革’性的诉求。

“如果我们能断然地证明，对于社会公众，核电事故不会比其他任何的发电方式带来更大的风险(而且，SSR-W实际上是个现有核废料的消耗者)，再也没有比这项技术更好的‘社交’广告了。”

依据资料与注释：

Nuclear Energy Insider，Composite Structural Technology “industry-changing”for safety, economies，Jul 17,2019

1. ARPA-E(Advanced Research Project Agency-Energy)，US DOE设置的项目，给那些改变游戏规则的能源技术提供资金，因为靠私营部门的投资还为时过早。

2. MEITNER(Modeling-Enhanced Innovations Trailblazing Nuclear Energy Reinvigoration)，隶属ARPA-E，力图识别和开发创新技术，使设计更低成本、更安全的先进堆成为可能。

3. 罗里•奥沙利文，Moltex能源公司第四“把手”，曾与人共同创办公司，开发先进核能(原型熔盐堆);是IAEA MSR咨询委员会成员，福布斯30位30岁以下杰出人物之一。

4. GridReserve，是一种电网级的储热形式。采用为反应堆开发的熔盐技术，把热能储存在60%硝酸钠(NaNO3)/40%硝酸钾(KNO 3)的熔盐混合物内。这种熔盐熔点220℃，最高运行温度600℃。在GridReserve设施内，加热到550℃，很容易储热8-10小时。GridReserve的资产包括多个内含熔盐液体的保温罐。为了方便，位置靠近SSR型核电厂，连接管线越短，线路损耗越少。

5. Advanced Research Projects Agency - Energy，MEITNER，Moltex Energy COST SSR (Composite Structural Technologies for SSR)