加速器驱动钍能系统谋商业化

Emerald Horizon计划先推出混合电池和熔盐储能系统，随后再增加加速器驱动的钍基发电装置。该发电装置仍处于早期开发阶段。

Emerald Horizon AG研发副总裁Mario Müller表示，奥地利在20世纪70年代末决定不发展核电，此后再未重新审议这一问题。即便如此，这家总部位于格拉茨（Graz）的初创公司如今仍希望推出一种以钍为燃料、可装入海运集装箱，并且仅在粒子加速器驱动时运行的设备。

Emerald Horizon成立于2019年，并于今年6月在Vienna Stock Exchange上市。该公司将其系统称为SMRX，即“次临界微型模块化反应堆”的简称。公司称，字母X代表其方法和技术：能源生产的“neXt generation”（下一代）、“Xternal”（外部）中子源，以及“Xcelerator”（加速器）。后者呼应了现代癌症治疗中用于产生中子的加速器；公司称，其将这一原理用于能源生产。该公司将该系统描述为储能与发电相结合，这也是其宣传口号。

该系统由两部分组成。第一部分是DUALstorePLUS，即公司预计最早可于今年供应的储能系统，其中电池单元率先推出，熔盐单元则于2028年推出。第二部分是ADES（加速器驱动能源源），这是一种钍基发电装置。公司网站称，其原型机将于2029年完成。公司材料按照九级标准，将ADES的技术成熟度（TRL）定为4.5级。材料称，集成系统尚未得到验证，剩余工作包括集成、调试和扩大规模。公司在书面回复中告诉POWER，其目标是在2031年建成一座示范电站，随后开展批量生产。公司表示，许多开发步骤是并行推进而非依次进行；从目前角度看，监管将是最重要的挑战。

Emerald Horizon首席执行官Florian Wagner在接受POWER采访时表示，这一设计旨在回应核电在其祖国长期面临的反对意见。他说：“奥地利极度反对核能。”

储能先行

其商业计划围绕现金流安排实施顺序。DUALstorePLUS将一个电池集装箱与一个熔盐储热装置配对，两者均由基于人工智能（AI）的主控制单元控制。根据公司材料，电池部分每个模块约配备5 MWh的磷酸铁锂（LFP）电池，往返效率约为94%。储热部分每个模块使用5 MWh(th)的太阳盐（硝酸钾[KNO3]和硝酸钠[NaNO3]的混合物），运行温度介于200C至550C。系统配置范围为5 MWh至100 MWh，每种类型最多可配置10个模块。

Wagner表示，公司从市场采购电池集装箱，他认为这消除了开发风险。名为CALstore的熔盐单元由公司自行设计。Wagner称，其原型机正在运行，并正迈向批量生产；Müller则表示，该装置已转移至荷兰进行工业化复制。Emerald Horizon称，电池储能系统最早可于2026年第四季度开始交付。公司预计CALstore将从2028年起供应。Müller表示，该储热单元可将热量以550C保持最多14天。

Emerald Horizon计划通过为期20年的能源即服务合同出租DUALstorePLUS装置，而不是将其出售。Wagner表示，这一安排可使公司在发电装置开发期间提前获得收入，并使其在发电装置投入使用前拥有两至三年时间建立客户关系，将储能系统接入电网、热网或工业流程。公司尚未向任何潜在SMRX客户提供能源即服务合同，但表示已与感兴趣的相关方签署“多份”保密协议。

ADES的预期工作原理ADES以外部中子源取代常规反应堆的自持核链式反应。据该公司介绍，这一中子源是一台加速器，而名为X-Amplifier Box的部件将其与钍回路连接（图1），并放大中子通量。公司称，加速器关闭后，反应即停止。中子轰击溶解在循环氟化物盐中的钍。该盐既作为燃料载体，也作为传热流体；换热器将能量传递给转换装置，用于发电、制氢或生产工艺热。

[图片：1. 此图展示了Emerald Horizon采用加速器和X放大器的方案。图片来源：Emerald Horizon AG]

Wagner说：“当你启动加速器时，就会获得热量；而未启动时，什么也不会发生。”公司材料规定，有效中子增殖因子低于1，这意味着反应无法自持。

Müller表示，目前正在研究的工程问题是，该系统在保持安全的同时能够以多么接近临界的状态运行。第二个问题是如何保持能量释放稳定。公司正在开展仿真工作，使用蒙特卡罗程序进行中子输运计算，并使用多物理场模型研究盐加热、热流和回路动态，之后还将采用尺寸逐步增大的功能模型。Müller表示，荷兰正在建造一条1 MW熔盐回路，计划于明年完工，以验证泵、换热器以及兆瓦级传热条件下的盐处理。公司在书面回复中表示，得益于CALstore方面的工作，ADES的机械试验已完成70%以上。

单个ADES模块的额定热功率为25 MW，电功率约为10 MW。公司称，该模块20年内无须换料；此后，将更换容纳盐回路的40英尺集装箱。Müller将其比作“一个盒式组件”。公司提出的设计目标是将约80%的燃料转化为可用能源，并称该系统几乎不产生超铀元素废物，其余废物主要是半衰期相对较短的裂变产物。不过，这些只是设计目标，并非经过验证的结果。

为何选择钍，又为何是现在Müller表示，钍在冷战期间被搁置，是因为铀反应堆还可提供武器材料。Oak Ridge美国国家实验室的熔盐堆计划旨在开发一种采用钍—铀-233燃料循环运行的增殖反应堆，不过该实验室于1965年至1969年运行的熔盐堆实验装置先使用铀-235，之后使用铀-233。Müller补充称，腐蚀长期以来一直是熔盐面临的障碍，但如今可通过对盐化学性质实施氧化还原控制，并采用Inconel等镍基合金加以管理。