美國麻省理工學院(MIT)新聞辦公室的大衛·錢德勒(David L. Chandler)，6月下旬就美國核專家在《The Bridge》雜志提出的微堆型“核電池”概念及有關問題，采訪了其作者之一、MIT的雅格布·布翁焦爾諾教授，發表了典型格式的《三問》……[1]

布翁焦爾諾教授和其他人說，工廠建造的微堆，用卡車運到使用地點，對于電力系統脫碳，可能是個安全、有效的選擇。

麻省理工學院(MIT)的這幅“核電池”概念圖，展示重要部件，如儀器和控制模塊、反應堆和電源模塊。

一群核專家最近在美國國家工程學院的期刊《The Bridge》上表示，核能現在可能正頻臨一種新的范式。 他們說，就像大型、昂貴、集中式計算機讓位于現今、廣泛分布式的個人電腦(PC)一樣，相對小型、廉價、工廠建造的新一代反應堆即將問世，其設計目的類似于插上個超大型的蓄電池，實現自動的“即插即用”。

這種擬議中的系統可以為工業過程提供熱能，為軍事基地或社區提供電力，在無人看管的情況下運行5至10年以上，然后用拖車運回工廠更換核燃料，整修后再用。 作者：雅格布·布翁焦爾諾(Jacopo Buongiorno)，MIT核科學與工程系的 TEPCO(東京電力公司)教授;羅伯特·弗里達(Robert Frida)，GenH公司的創始人之一;史蒂文·奧美爾(Steven Aumeier )，愛達荷國家實驗室的核專家;凱文·奇爾頓(Kevin Chilton)，退休的美國戰略司令部司令， 他們把這種小型核發電裝置稱為“核電池”。他們認為，由于這種裝置運行簡單，能在全球電力系統脫碳、避免災難性氣候變化方面發揮重要作用。《MIT新聞》就請布翁焦爾諾教授簡單描述他們團隊的“提案”。 以下是MIT典型格式的《三問》。

問：小型模塊化核反應堆“概念”已經討論了好幾年了。 是什么使“核電池”的提案“與眾不同”?

答：我們描述的這種裝置，使“工廠制造”和“模塊化”概念達到“極致”。 早些時候的提議，考慮的是發電量在100-300 MW的反應堆，是傳統的GW級大型核反應堆出力的1/10。這種規模的反應堆，可以用工廠生產的部件組裝，但仍需要現場進行某些組裝和大量的現場準備工作。 所以，它是對傳統核電機組的改進，但并沒有改變游戲規則。

這個“核電池”概念則完全不同，因為這種設備的實體尺寸和輸出功率大約是10 MW。 它如此之小，以至于整個發電裝置實際上是在工廠內建成的，而且可裝在標準的集裝箱內。

從經濟角度來看，它有幾個好處。 部署這種“核電池”需要管理大型的建筑工地，而這是過去20年來核項目進度延誤和成本超支的主要原因。

部署“核電池”速度很快，比如幾周之內就能成為“按需服務”的能源。可以把核能視為“產品”，而不是個“大型項目”。

問：你提到這種裝置有可能會廣泛部署，甚至在居民區為整個社區供電。人們對這種核電裝置的安全有多大信心?

答：正在開發的許多“核電池”設計，非常堅固， 實際上是這項技術的“銷售特色”之一。 實體尺寸小，在很多方面有助于安全。 首先，停堆后，需要排除的剩余發熱量很小。 其次，堆芯的表面積與體積之比很大，在任何情況下更容易保持核燃料冷卻，無需任何外部的干預。這種系統本質上是“自顧自”的。

第三，這種反應堆周圍還有個非常緊湊和堅固的鋼安全殼，以防止放射性物質釋放到外部環境。 為了加強安全，我們設想，在大多數場址，這種“核電池”將設在地下，以提供附加的防護，免遭“特攻部隊”攻擊。

問：怎么知道這種新型反應堆能正常運行，還需要有什么才能使這類的裝置廣泛使用?

答：美國航空與航天局(NASA)和洛斯阿拉莫斯國家實驗室(LANL)，三年內(2015-2018年)從設計、制造和測試，演示了一個空間應用的微堆。利用能源部可用的核技術基礎設施，成本為2000萬美元。 這個成本和進度，比傳統的、大型核電機組小幾個數量級。后者很容易花費幾十億美元，要5到10年的時間才能建成。

美國現有六家公司在開發自己的設計[2]。 例如，西屋公司正在研究的“核電池”(指伊·達芬奇)，利用熱管技術冷卻，計劃三年內運行一個示范裝置。 它就是國家實驗室現場的一個小型試驗裝置，例如，愛達荷國家實驗室就有很多設施，正在修改，以適應對這種小型反應堆進行強度測試。

例如，這種反應堆可以經受比正常運行中遇到的更為極端的條件，并且通過直接測試證明，沒有超過故障極限。 這就為后續階段、廣泛商用的設施提供了信心。

這種“核電池”，最適宜為每個經濟部門創建“彈性”，可以放在最需要“動力”的地方，通過提供穩定、可靠的無碳電力和熱能資源，從而減少昂貴和專用的能源傳輸和存儲基礎設施。 如果這些變得像我們預想的那樣普及，它們將為減少世界溫室氣體排放做出重大貢獻。

結語

面對全球性的氣候危機和能源轉型，美國與世界的核專家都在為核電的未來“吶喊”，但收效甚微。其實，核能主要是經濟問題。在可預測的未來，即使沒有任何補貼，最流行的“太陽能+風能+儲能”組合選項的經濟成本，也容易低于最便宜的燃煤電廠……

世界核能寄希望于中國。現在的世界，只有中國有能力每年開建5-10臺大型核電機組。但是，沿海場址有限，單一場址的功率容量和環境容量也有限。更重要的是大型核電機組的“調峰”和“負荷跟蹤”能力差，極不適宜頻繁地、大幅度地升降負荷。美國有90多臺大型核電機組，年負荷容量因子高達92%以上，其保持安全的秘密就在于長期帶“基荷”運行。大型核電機組經不起時常地“折騰”。如果核電基地(多臺大型機組)的“出力”消化不了，自身又沒有適當的“出路”，寧肯減少出力，也要保持穩定、帶“基荷”運行……

目前，世界核電最急迫的任務是“推陳出新”，適應客觀、外在要求，在改變核電“自身”上邁出新的一步。就此而論，把“微堆”當成打通國內、外核電市場“特定需求”的新途徑，讓“核電池”成為單臺“設備”，“即插即用”，而不是實施多年、動輒上百億的巨大工程，很可能成為“游戲規則的改變者”。美國新任能源部長把新堆“部署”放在首位，私營公司OKLO能源的極光(Aurora )微堆已在2020年2月向NRC提交建造與運行許可設計申請。根據NRC的安排，經批準后，就能在愛達荷國家實驗室科技園區現場不到一年時間，建成這種示范核電裝置。微堆會有很好的示范作用。

美國OKLO公司的極光(Aurora)核電裝置藝術效果圖

資料與注釋：

1. David L. Chandler，3Q: Why “nuclear batteries” offer a new approach to carbon-free energy，MIT NEWs，June 25, 2021

2. Catherine Clifford，Oklo has a plan to make tiny nuclear reactors that run off nuclear waste，CNBC，JUN 28 2021