LeadCold 是一家从事未来燃料效率和安全核能解决方案开发的研究公司。由于有了新的投资和具有变革意义的铝合金钢,该公司目前在加拿大北极地区设法建造铅冷式示范反应堆。

“现在我们其实有办法建造第一个商用发电反应堆。我们的宗旨是在 2025 年前建造和运行一个示范反应堆,”LeadCold Reactors 公司首席执行官兼斯德哥尔摩皇家理工学院反应堆物理学教授 Janne Wallenius 表示。

Janne Wallenius是 LeadCold的首席执行官,公司位于兰金因莱特。该公司目前正在准备建造铅冷反应堆,在未通电网地区替代柴油发电机发电。图片来源:LeadCold Reactors

2016 年 10 月,印度投资公司 Essel Group 与 LeadCold 签署了一份价值 1.5 亿瑞典克朗的融资协议,2017 年 1 月投资额将增至 2 亿美元。在注入这些资金后,LeadCold 将获取许可并建造全球第一个私人出资的铅冷式核电厂。这是第四代反应堆,燃料效率将比目前核电厂的更高。

未通电网地区柴油发电的替代选择

加拿大有许多社区和矿山经营由柴油发电机发电。LeadCold 的当务之急是在这些偏远地区提供替代性的发电设施:

“地处加拿大北极的这些偏远地区由于太过遥远,因此未通电网。我们可以用小型铅冷反应堆来替代这些柴油发电机,同时为商业发电提供概念性验证。”Janne Wallenius 说道。

全球温室气体排放中有百分之三归因于柴油发电机,因此单这项应用就具有相当大的环保效益。这些地区的电费很高。因此,准入门槛不如其他市场那么高,并且这种新技术从一开始就具备商业上的可行性。在与 Essel Group 签署投资协议后, LeadCold 将获取执照,最终敲定详细的工程设计,并在加拿大建造一个全规模的 3 MW 示范反应堆:

“三兆瓦的发电量大致可以满足一个两三千人村庄的能源消耗要求。加拿大约有 50 个这样的社区,我们已经确定了反应堆技术在其中十个社区将会是完美的替代选择。下一步是为当地的矿山经营供电。”

据该公司的估计,可能会在长达六年的审核过程后才能取得建设反应堆的许可证。尽管如此,Janne Wallenius 仍认为加拿大是格外合适的地区:

“加拿大核安全委员会已制定了全球独一无二的明确规程。我们可以提前知晓获取许可证需要完成的确切步骤和相关费用。这些费用也针对建造小型反应堆所能获取的安全收益进行了调整。其他任何一个国家的法规都没有考虑到这一点。”

可回收核废料

公司的最终希望是这项技术将超越利基应用,成为全球发电的一个重要选择:

“它能够回收大量现有核废料。我们的理念是回收危险、存在时间长的放射性元素,例如钚、镅、锔。在我们验证这一概念后,可以扩大技术规模,例如将其用于回收瑞典的放射性废物。为了实现这个目标,接受略高一点的成本是很合理的,”Wallenius  说。

免维护的地下装置

这种铅冷反应堆设计叫做“密封器 – 瑞典高级铅反应堆”。通过回收核燃料,燃料资源将比当今核电高两个数量级。

LeadCold 的原理基于一种叫做“密封器 – 瑞典高级铅反应堆”的小型模块化反应堆设计。通过回收核燃料,燃料资源比当今核电高两个数量级。这与传统反应堆是不同的,传统反应堆通常为水冷式,而密封器则以铅为冷却剂,同时也具备安全性能:

“铅冷反应堆被认为更安全。由于铅是一种沸点极高的冷却剂,因此冷却剂损耗风险大大降低。铅还有着与生俱来的屏蔽效应。万一熔化,释放的裂变产物会被铅以化学方式截留,辐射暴露不会达到需要疏散的程度,”Janne Wallenius  声称。

这些反应堆很小,六米长、三米宽,基本上是免维护的。发电率介于 3 至 10 MW 之间。它们可以全功率运行长达 30 年而不需要添加燃料。这些装置深埋在地下 25 米处,只有在燃料耗完后,整个装置才会被挖掘出来并运输到回收设施。因此这种解决方案要求使用具有特殊属性的材料:

“铅冷反应堆曾在上世纪七八十年代用于苏联军用潜水艇,因此技术是经过证实的。与商用反应堆相比,其不同之处在于潜水艇的反应堆只有一小部分时间全功率运转。全年 24/7 全功率运行铅冷反应堆会对钢材产生很大压力。为防止腐蚀和侵蚀,必须用新型耐腐蚀钢来建造反应堆,”Wallenius 说。

与钢铁行业成功合作

LeadCold  材料专家与瑞典钢铁行业合作,开发出了铝合金钢 (Fe-10Cr-4Al-Zr),这种钢材暴露于铅超过 19000 小时后仍展现出了完美的耐腐蚀性。耐腐蚀是主要的技术障碍,这种新型耐腐蚀合金意味着在商业发电之路上迈进了重要一步:

“这种合金钢的确是一种突破性的创新,我们现已证明了它在所需温度下至少可以经受两年的铅暴露。在实验结束后,它仍闪闪发亮!”Wallenius  说道。

下一代核电不仅更安全,能效也更高 – 根据 Wallenius 的观点,如果要彻底替代化石燃料,它将不可或缺:

“如果我们要让瑞典运输系统实现碳中和,那么需要发更多的电。我们需要更多的核能和风能。”

据该公司估计,他们的发电成本为 0.70–0.80 瑞典克朗/千瓦时:

“比风能发电更贵。但核电能够为全球提供基载电力。”

本文发表于 2017 年 4 月。