Hvorfor nukleare batterier tilbyder en ny tilgang til kulstoffri energi

Vi er muligvis på randen af ​​et nyt paradigme for atomkraft, foreslog en gruppe atomspecialister for nylig i The Bridge, tidsskriftet for National Academy of Engineering. Ligesom store, dyre og centraliserede computere gav plads til nutidens vidt udbredte pc'er, er en ny generation af relativt små og billige fabriksbyggede reaktorer designet til autonom plug-and-play-drift svarende til at tilslutte et overdimensioneret batteri. i horisonten, siger de.

Disse foreslåede systemer kunne levere varme til industrielle processer eller elektricitet til en militærbase eller et kvarter, køre uden opsyn i fem til 10 år og derefter transporteres tilbage til fabrikken til renovering. Forfatterne—Jacopo Buongiorno, MIT's TEPCO-professor i nuklear videnskab og teknik; Robert Frida, en grundlægger af GenH; Steven Aumeier fra Idaho National Laboratory; og Kevin Chilton, pensioneret chef for den amerikanske strategiske kommando - har kaldt disse små kraftværker "atombatterier". På grund af deres enkle betjening kan de spille en væsentlig rolle i dekarboniseringen af ​​verdens elsystemer for at afværge katastrofale klimaændringer, siger forskerne. MIT News bad Buongiorno om at beskrive sin gruppes forslag.

Sp:Idéen om mindre, modulære atomreaktorer har været diskuteret i flere år. Hvad gør dette forslag til atombatterier anderledes?

A:De enheder, vi beskriver, tager konceptet med fabriksfremstilling og modularitet til det yderste. Tidligere forslag har set på reaktorer i intervallet 100 til 300 megawatt elektrisk output, som er en faktor 10 mindre end de traditionelle store udyr, de store atomreaktorer på gigawatt-skalaen. Disse kunne samles af fabriksbyggede komponenter, men de kræver stadig en del montering på stedet og en masse forberedelsesarbejde. Så det er en forbedring i forhold til de traditionelle planter, men det er ikke en kæmpe forbedring.

Dette nukleare batterikoncept er virkelig en anden ting på grund af den fysiske skala af disse maskiner - omkring 10 megawatt. Det er så lille, at hele kraftværket faktisk er bygget på en fabrik og passer ind i en standard container. Ideen er at montere hele kraftværket, som består af en mikroreaktor og en turbine, der omdanner varmen til elektricitet, i beholderen.

Dette giver flere fordele ud fra et økonomisk synspunkt. Du afkobler fuldstændigt dine projekter og din teknologi fra byggepladsen, som har været kilden til enhver mulig tidsplansforsinkelse og omkostningsoverskridelse for nukleare projekter gennem de sidste 20 år.

På denne måde bliver det en slags energi efter behov. Hvis kunden ønsker enten varme eller el, kan de få det inden for et par måneder eller endda uger, og så er det plug and play. Denne maskine kommer på stedet, og blot et par dage senere begynder du at få din energi. Så det er et produkt, det er ikke et projekt. Sådan kan jeg godt lide at karakterisere det.

Spørgsmål:Du taler om potentielt at have sådanne enheder vidt udbredt, inklusive selv i boligområder for at drive hele kvarterer. Hvor sikre kan folk være med hensyn til disse planters sikkerhed?

A:Det er usædvanligt robust – det er et af salgsargumenterne. Først og fremmest, det faktum, at det er lille, er godt af forskellige årsager. For det første er den samlede mængde varme, der genereres, proportional med effekten, som er lille. Men endnu vigtigere, det har et højt overflade-til-volumen-forhold, fordi det igen er lille, hvilket gør det meget nemmere at holde køligt under alle omstændigheder. Det er passivt afkølet til et punkt, hvor ingen skal gøre noget. Du behøver ikke engang at åbne en ventil eller noget. Systemet tager sig af sig selv.

Den har også en meget robust indeslutningsstruktur, der omgiver den for at beskytte mod enhver frigivelse af stråling. I stedet for den traditionelle store betonkuppel er der stålskaller, der stort set indkapsler hele systemet. Og med hensyn til sikkerhed, på de fleste steder, forestiller vi os, at disse ville være placeret under klasse. Det giver en vis beskyttelse og fysisk sikkerhed fra eksterne angribere.

Med hensyn til andre sikkerhedsspørgsmål, ved du, hvis du tænker på de berømte atomulykker, Three Mile Island, Tjernobyl, Fukushima, er alle disse tre problemer medieret af designet af disse atombatterier. Fordi de er så små, er det dybest set umuligt at få den type udfald fra en sekvens af begivenheder.

Sp:Hvordan ved vi, at disse nye slags reaktorer vil fungere, og hvad skal der til for at sådanne enheder bliver bredt tilgængelige?

A:NASA og Los Alamos National Laboratory har lavet et lignende demonstrationsprojekt, som de kaldte en mikroreaktor, til rumapplikationer. Det tog dem kun tre år fra starten af ​​design til fremstilling og test. Og det kostede dem 20 millioner dollars. Det var størrelsesordener mindre end traditionelle store atomkraftværker, der nemt kostede en milliard plus og tager et årti eller mere at bygge.

Der er også forskellige virksomheder derude, der nu udvikler deres egne designs, og hver enkelt er en smule anderledes. Westinghouse arbejder allerede på en version af sådanne atombatterier (selvom de ikke bruger det udtryk), og de planlægger at køre en demonstrationsenhed om to år.

Næste skridt bliver at bygge et pilotanlæg på et af de nationale laboratorier, der har omfattende udstyr til at teste nukleare reaktorsystemer, såsom Idaho National Laboratory. De har en række faciliteter, der er ved at blive modificeret til at rumme disse mikroreaktorer, og de har ekstra lag af sikkerhed. Fordi det er et demonstrationsprojekt, vil du gerne sikre dig, at hvis der sker noget, du ikke havde forudset, at du ikke har nogen udledning til miljøet.

Derefter kunne anlægget gennemgå et accelereret testprogram og udsætte det for mere ekstreme forhold, end man nogensinde ville støde på i normal drift. Du misbruger det i det væsentlige og viser ved direkte test, at det kan klare alle disse eksterne belastninger eller situationer uden at overskride nogen fejlgrænser. Og når det først er bevist der under strenge forhold, kan udbredte kommercielle installationer begynde ret hurtigt.

Disse nukleare batterier er ideelle til at skabe modstandskraft i meget forskellige sektorer af økonomien ved at give en stabil pålidelig strømkilde til at understøtte den stigende afhængighed af intermitterende vedvarende energikilder såsom sol og vind. Og disse højt distribuerede systemer kan også hjælpe med at lette presset på nettet ved at være placeret lige hvor deres output er nødvendigt. Dette kan give større modstandsdygtighed mod eventuelle forstyrrelser i nettet og praktisk talt eliminere problemet med transmissionstab. Hvis disse bliver så udbredte, som vi forestiller os, kan de yde et væsentligt bidrag til at reducere verdens drivhusgasudledninger.