本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
美国能源部负责当前能源结构的部门——从清理能源生产的环境影响到能源效率计划和可再生能源开发——的全部预算为 100 亿美元。该部门主管副部长克里斯蒂娜·约翰逊在 ARPA-E 会议上于 3 月 3 日表示,这笔钱足够“要么在基础领域建造一台超导对撞机,要么在应用领域建造一座核电站”。换句话说,核电并不便宜。
尽管估计各不相同,但毫无疑问,与任何替代方案相比,传统核电站(即使用低浓缩铀作为燃料的所谓轻水反应堆)的前期成本很高。因此,联邦政府提供了核贷款担保:没有一家电力公司能够承担得起将整个公司押在一座核电站上的风险。
关于支持科学新闻业
如果您喜欢这篇文章,请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻业 订阅。通过购买订阅,您将帮助确保关于塑造我们当今世界的发现和思想的具有影响力的故事的未来。
然而,能源部副部长丹尼尔·波内曼表示,核电供应了美国 70% 的不直接释放二氧化碳的电力。那么,有没有办法降低核电成本呢?
一个想法是创建封闭式、小型“模块化反应堆”,例如在洛斯阿拉莫斯国家实验室开发并在新墨西哥州圣菲的 亥伯龙核能公司推广的反应堆。其价值 5000 万美元的产品将是一个封闭式反应堆,大约宽 1.5 米,高 2.5 米;发电量为 25 兆瓦,将埋在地下,至少可以使用七年。事实上,在 首届 ARPA-E 会议的展位上展示的宣传材料只显示了一片绿地和一棵树。该公司强调,将其想象成大型(隐藏的)电池。
当然,现实情况是,一些尺寸的蒸汽涡轮机、发电机和冷却装置(可能比反应堆本身更大,就像大型反应堆一样)需要位于该绿地的顶部,取代营销材料中的那棵树。而且,尽管反应堆是封闭式的,但实际上运行温度高于传统反应堆,大约为 500 摄氏度,并且需要用液态金属冷却,以实现其快中子裂变。大部分热量将传递给水,以转动涡轮机并产生电力。
这些小型反应堆同样有可能发生失控的链式反应,即所谓的堆芯熔毁,因此它们像传统反应堆一样具有控制棒来停止裂变。事实上,这种“封闭式”反应堆具有多组控制棒,包括随着裂变燃料的消耗而随时间缓慢拉回的控制棒,以使裂变能够继续进行。
亥伯龙并非唯一一家推进这一概念的公司。尽管设计各不相同,但东芝、巴布科克-威尔科克斯和其他主要公司也有类似的小型反应堆,并且已获得了一些潜在客户的初步兴趣,例如阿拉斯加州加利纳村。然而,美国核管理委员会过去曾拒绝评估这些小型反应堆 (pdf),而是倾向于集中精力推动传统技术的复兴。
这种情况可能正在改变。今年 2 月,美国核管理委员会呼吁未来的小型反应堆建造商(根据美国核管理委员会的标准,任何小于 700 兆瓦的反应堆)告知委员会他们是否会在未来申请场地许可证、执照和认证,以便监管机构能够规划其工作量。
但亥伯龙公司许可和公共政策副总裁黛博拉·布莱克威尔表示,亥伯龙公司并没有等待美国核管理委员会。据她说,亥伯龙公司正在处理来自世界其他地区的“数百份”申请,并计划在 2013 年底之前交付其首个产品。
当然,这些反应堆无助于解决核废料问题,因为乏燃料组件可能会最终落入与当今核工业的乏燃料棒类似的情况——等待永久性储存库。ARPA-E 会议上的其他设计可能会解决这个问题——所谓的行波反应堆,理论上可以嬗变一些高放射性废物作为其裂变过程的一部分,从而最大限度地减少放射性废物的数量,但不会消除它。
无论如何,在全球正在建造或计划建造的 52 座核反应堆中,没有一座采用这些替代设计。事实上,核能唯一的小型化可能在于其在目前建设速度下最终为世界贡献的能量量。“根据今天的情况来看,核能仍将只占很小一部分,”通用电气首席执行官杰夫·伊梅尔特在 ARPA-E 峰会上表示,他也是新的核电站的潜在制造商之一,他指出,新的核能、带有碳捕获和封存技术的煤炭或两者对于未来可靠的低温室气体排放电力而言绝对是必要的。“总有一天,通用电气的某些首席执行官会通过核能赚钱。我可以诚实地告诉你,过去两位都没有。”
图片来源:爱达荷州立大学