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美国公司推进下一代先进核燃料技术发展
2022-01-14 08:31:58 嘿嘿能源heypower

Centrus能源公司(核燃料供应商)和清洁堆芯钍能源公司(新型创新核燃料设计公司)根据上一年早些时候签署的谅解备忘录开始合作,以推广先进核燃料。

1、ANEEL的重要意义

最近,Centrus总裁兼CEO丹尼尔·波尼曼(Daniel B.Poneman)祝贺清洁堆芯公司(Clean Core)和德克萨斯A&M公司成功制造新一代核燃料的第一批样品芯块。

这种将钍(Th)与高含量、低浓缩铀(HALEU)结合在一起的燃料,被称为浓缩生命级先进核能(ANEEL)。

这批芯块的关键部件——HALEU——将由Centrus生产,对于美国来说,这一点至关重要,因为美国还没有商业供应的HALEU。

核工业一直专注于新的反应堆设计,以解决气候变化、可再生能源、用可靠的基本负荷替代品取代化石燃料等各种问题,而HALEU对这些反应堆的运行至关重要。

(来源:微信公众号“嘿嘿能源heypower”ID:heiheinengyuan 作者:heypower)

2、零碳能源的潜在选择

这种新反应堆和新燃料无论是对于美国还是世界,都具有重要意义。就在昨天,美国能源部发布了一份新闻稿,介绍了其制定的一项新的计划,该计划将确保美国高含量低浓缩铀燃料的供应。

HALEU可用性计划的建立,对于先进反应堆的示范和商业部署至关重要,目前已包括两个示范项目,该项目将通过两党基础设施法获得25亿美元的资金,以帮助支持国家的气候、国家安全和创造就业目标。

参议院能源和自然资源委员会主席、美国参议员乔·曼钦(Joe Manchin)说:“我很高兴能源部正在推进这一计划,美国国内将开始供应高含量低浓缩铀。”“长期以来,我一直支持将先进核技术商业化,将其作为零排放能源的基本负荷能源,并致力于资助《2020年能源法》授权的先进核燃料计划,以防止依赖俄罗斯或其他外国供应商为下一代核电提供燃料。”

先进的HALEU-钍ANEEL燃料尤其适用于现有和新的CANDU堆和其他加压重水反应堆(PHWR)。ANEEL可以将CANDU/PHWR中产生的废物量减少80%以上,最大限度地降低废物管理成本和安全问题,同时提供防扩散效益。

清洁堆芯公司CEO迈胡尔·沙阿(Mehul Shah)表示:“与Centrus能源公司合作推广我们的ANEEL先进核燃料,将有助于为需要的新兴国家带来清洁、可靠的电力。”“我们使用钍和HALEU的创新技术为CANDU/PHWR型核电厂节约了大量成本、同时对于安全和防扩散方面也有重要意义。”

3、梦幻组合

ANEEL是Th和HALEU的梦幻组合,其U-238远低于普通燃料——低20%,而轻水堆(LWR)中使用的U-238超过94%。HALEU本身的U-235含量在5%至20%之间。大部分燃料是Th基质,HALEU中的U-235作为裂变驱动,为持续裂变提供足够的中子。

Th-232捕获一个中子并转换成U-233,U-233也可裂变,并开始提供更多中子和更多能量。同时,U-238捕捉到一个中子,转化成钚-239,钚-239也会裂变,几乎和它产生的速度一样快。

随着所有这些裂变的进行,ANEEL燃料的燃耗率很高,用同样数量的燃料在反应堆中提供更多的能量。

事实上,ANEEL的燃耗率超过50 GWd/t,远远超过目前CANDU/PHWR天然铀燃料的7 GWd/t,因此反应堆在其使用寿命内只需要约七分之一的燃料,在运行、燃料和废物管理成本方面实现了显著效益提升。

ANEEL燃料在其整个生命周期内都具有防扩散的设计,因为更高的燃耗率会导致Pu快速深度燃烧。这也增加了生成燃料的钚-240和钚-242的数量——核武器中不受控制连锁反应的中子毒物。

因此,ANEEL乏燃料很难制成核武器。

最后,CANDU/PHWR使用天然铀也存在一个问题,因为它们反应过程中存在正冷却剂空隙反应(CVR),影响反应堆的安全。但使用ANEEL燃料会降低CVR,从而在产生更多能量的同时提高安全性。

4、不断深入商业化进程

根据世界核协会的数据,全世界在运CANDU/PHWR有48个,总发电能力为2400万千瓦。最大的反应堆群在加拿大,19个CANDU PHWR(容量近1400万千瓦)提供了该国15%的电力。

由于这些反应堆目前使用的是未浓缩的天然铀,因此它们也可能是Centrus以及清洁堆芯钍能源公司的潜在市场。

波尼曼说:“生产第一颗ANEEL试验芯块是开发这种新型先进核燃料的重要一步。随着大量PHWR反应堆已经在加拿大和其他地方运行,ANEEL可以在未来几年加速并扩大对HALEU的早期需求。”“我们重视与清洁堆芯公司的合作关系,以支持ANEEL的商业化,并期待有机会成为其长期HALEU供应商。”

清洁堆芯公司计划在2024年底前将燃料商业化。德克萨斯A&M大学核工程和科学中心在INL的质量要求和监督下成功制造了ANEEL燃料样品。

根据今年早些时候签署的谅解备忘录,清洁堆芯公司和Centrus正与其他PHWR合作,在世界各地的CANDU反应堆中推广使用ANEEL先进核燃料。

虽然德克萨斯A&M公司正在制造的初始试验芯块使用INL(爱达荷州国家实验室)提供的少量HALEU,但清洁堆芯钍能源公司计划使用Centrus公司的HALEU进行ANEEL燃料的商业规模生产。

根据2019年与美国能源部签署的一份为期三年的合同,Centrus正在俄亥俄州皮克顿建造第一条NRC许可的HALEU生产线。

到目前为止,Centrus已经完成了每一个合同里程碑,并将继续根据合同开展工作。

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