在大学校园内部署微型堆作为研究和培训反应堆,可以降低风险、加快并优化商业部署步伐,同时也可以满足以下关键需求。
(来源:微信公众号“嘿嘿能源heypower”作者:国际能源)
1、研究:微型堆代表着核能部署和运行几乎所有方面的范式转变。
与传统核能相比,微型堆的广泛采用,将需要工厂流程化制造、有限的场地准备、较长的堆芯寿命、最低的运行和维护要求、与能源需求点共存的小占地面积、灵活调度电能和热能,以及从主要地点无缝返回待开发地区。
这些要求是实质性的,但它们也代表了技术的机遇。在大学校园内部署一个强大的、以研究为重点的微反应堆,可以克服这种设计限制。
微型堆的直接研究包括,仪器和监测系统、操作和控制方法、反应堆分析代码验证、系统组件和性能优化、与现有发电基础设施的系统集成、与能源密集型工艺(如制氢)的系统耦合,以及项目规划中目前正在考虑的许多其他领域。
2、教育培训:先进核反应堆的许可和运行,将需要代表这些技术的培训设施。
1958年至1972年间,美国建造了50多座大学研究反应堆。
1966年至2015年大学研究反应堆与核工程招生之间的关系。这些趋势突出表明,需要先进的研究反应堆来支持新兴的先进反应堆工作人员。(数据:橡树岭科学与教育研究所)
20世纪80年代和90年代,由于联邦资金和学生入学人数的减少,许多大学设施被关闭。21世纪初,核工程专业的学生入学率和对无碳核能的热情大幅反弹。然而,30年来没有建造新的大学研究反应堆。在史无前例地启动下一代反应堆演示的同时,学生获得实践培训的机会差距正在扩大。
监管机构的劳动力也面临着类似的人力资本短缺问题,需要评估日益积压的核能建设许可证和运营许可证申请。国内外政府监督机构的任务是响应号召,确保公共健康和安全。
拥有先进设施实践经验的工程师,将更好地应用国会授权、联邦法规(CFR)和新型反应堆技术指导文件。为了充分发挥先进核反应堆技术的潜力,应注意培养这些成功技术所需的未来劳动力。
3、公众参与:校园内的研究堆历来是公众参与重要设施,这些反应堆的低风险特征和多变的操作模式,使它们能够为公众所接受,对所在社区具有十分重要的价值,并得到了大学研究人员的支持。
值得注意的是,俄克拉何马大学研究人员在国家风险与复原研究所的最新研究结果表明,在备受争议的核问题背景下,大学科学家是最值得信赖的群体,例如对乏核燃料的管理。在所考虑的各种专家组中,公众对大学科学家和国家科学院专家的信任度较高,而对私营公司的信任度最低。
为了产生最大的影响,微型堆演示应该优先考虑公众可以见证、理解、受益和认识核能的场所。大学微型堆可以进一步增强公众对核能的信心和信任,可以为能源需求地点的安全选址和运行提供可信度。
4、许可演示:美国研究和试验反应堆的许可,源于经修订的1954年《原子能法》,NRC在《美国联邦法规汇编》第10卷第50节中对这一要求进行了调整,包括对此类反应堆的独立监管途径,即104(c)类反应堆。
这一途径为技术演示提供了一个快速、熟悉、原型友好的选择,同时确保反应堆在执行其公共健康和安全任务时获得NRC预期的严格监管。可以结合大学校园内的运行试验反应堆,制定一套未来商业微型堆的许可要求和指南。这种需求对微型堆的运行和控制尤为迫切,如果要广泛采用这种技术,就需要一种新的模式。
5、核燃料供应:美国大学和美国能源部研究反应堆基础设施项目(DOE Research Reactor Infrastructure Program)之间的燃料租赁协议,可以通过该项目与大学研究反应堆之间的标准燃料租赁和回收安排加以利用。
该项目的任务是向国内大学提供新的核燃料,而不向大学收取任何费用或较低的费用。
此外,燃料的所有权仍归美国政府所有,当大学完成其运营任务时,必须要归还燃料。
此外,与商业部署不同(目前,美国没有为主要微型堆设计所需的浓缩水平提供商业燃料),大学的研究和试验反应堆有资格通过能源部获得现有的储备核燃料。
校园演示使反应堆的快速部署成为可能,这为迅速扩大一家美国低浓缩铀商业燃料供应商的规模提供了经济上激励。
6、原型测试:为下一代商业核反应堆发放许可证,就需要下一代反应堆试验。
NRC非轻水反应堆监管审查路线图明确指出,此类原型试验至关重要,104(c)级许可的大学试验反应堆可以安全地进行满足10 CFR 50.43(e)(2)要求的试验。
随后第n种部署的后续103类许可证可以依赖这些测试作为后续许可证申请的技术基础。
与大学教育和研究任务相一致,该测试使教师和学生与工业、实验室和监管利益相关者合作,以展示附加设计特征的性能,以考虑设计特征之间的相互依赖效应,并确保关于所有设计特征存在足够的数据。
此外,美国大学是充满活力的创新中心,拥有科学、技术、政策、营销和心理学等交叉领域的各种专业知识。
大学微型堆部署可以利用这一生态系统,推动协同,使技术朝着更安全、更通用、最终更经济的微型堆发展。
7、促进微型堆市场发展:作为美国大学的气候承诺,UIUC和全国数百个校区承诺,2050年前,美国成为碳中和国家。
大学校园是国家能源需求和能源多样化格局的缩影。商业可行性和适用性可以通过与大学现有发电和配电基础设施设备的接口来证明。除了作为研究和试验反应堆的作用外,微型堆还有潜力成为大量现有大学、医学、工业和军事校园的商业可行电源。
大学演示可以为广泛预期的微型堆市场提供微型堆性能的例子,如高性能计算和数据存储、用于局部加热的蒸汽生产、用于能源储存和运输脱碳的制氢、关键基础设施的弹性备份、传统煤电替代和远程微电网。
在现有的微电网中,对微型堆运行的大学演示可以促进这些非传统核市场的快速扩张。UIUC项目可以为微型堆技术与能源密集型装置,以及具有最小选址灵活性装置的集合设计,提供可信度。通过安全、和平地使用核能,一个清洁、可持续的能源未来将成为可能。
微型堆是一个必要的选择,因为美国希望在中央电网之外实现脱碳。美国机构的使命是专注于学习、发现、参与和经济发展,微型堆完全符合这些紧迫需求,并实现这一现实。
同时需要以下相关机构等的协同努力:UIUC校园对展示清洁能源技术的承诺、NRC的104(c)级许可途径、美国能源部研究反应堆基础设施项目、伊利诺伊州对核能的投资和承诺、对强大核劳动力的两党政治支持,以及新一代年轻工程师对开启安全、经济和清洁核能新一天的渴望。