Elemental与Sandia合作开发sCO₂发电系统

8月11日，Elemental Nuclear宣布，能源部通过Sandia国家实验室批准其加入一项战略伙伴关系项目。该SPP将支持Elemental基于超临界二氧化碳（sCO₂）的布雷顿循环发电系统的开发。

背景：正如Elemental在公告中指出的，Sandia“被国际公认为闭式循环、再压缩布雷顿循环系统及部件的领导者，并运营着世界顶尖的sCO₂试验设施之一。”这一认可源于该实验室在过去二十年中在布雷顿循环领域开发的一系列项目。

Sandia于2012年安装了首台同类闭式循环再压缩布雷顿循环装置。经过数年试验，2017年，Sandia宣布与私营企业签订了三项合作研发协议（CRADA），以将该技术商业化。当时，该实验室将这项技术描述为“一种发电系统，其热-电转换效率可比传统蒸汽技术高出50%。”

传统蒸汽技术利用来自动力堆或天然气燃烧等热源的热量将水煮沸。产生的蒸汽随后通过汽轮机膨胀做功发电。该过程的效率约为33%，意味着最终只有三分之一的热能转化为电能。当蒸汽冷却并凝结为水时，大量可用能量被损失。

布雷顿循环省去了水，将热源直接施加于（本例中的）sCO₂，然后使其通过汽轮机膨胀做功。离开汽轮机后，气体被冷却，然后返回压缩机，之后可再次被加热。

消除与水冷却相关的能量损失并非Sandia布雷顿循环设计提高能源效率的唯一途径；sCO₂本身还带来了进一步的效率提升。sCO₂是二氧化碳的一种流体状态，其温度和压力保持在临界点以上。这种流体具有类似液体的密度，但在其他方面表现得像气体。与传统蒸汽相比，更高的密度使得以更少的泵送功率输送更多热量成为可能。

2022年，Sandia利用其布雷顿循环技术成功向Sandia-Kirtland空军基地电网输送了电力。

SPP说明：在CRADA、SPP、MOU、SBIR以及一系列公私合作计划之间，行业在寻求与DOE合作时有许多途径——以及缩写——可供选择，每种途径的差异程度从微小到重大不等。

SPP由DOE国家核安保管理局内的企业规划与分析办公室协调。这些协议使公司能够使用NNSA高度专业化和独特的设施、服务、设备和专业知识。虽然每个SPP的具体内容和范围自然各不相同，但该途径总体上允许公司将特定的研究和/或开发任务外包给NNSA设施。

协议详情：Elemental（不要与另一家核能初创公司Elementl混淆）将与Sandia合作开发其自身的基于sCO₂的布雷顿循环发电系统。具体而言，双方将合作设计、建造和示范两种发电技术。第一种是“1 MWe天然气和废热驱动的电力和冷却系统，目标用于小型模块化数据中心和偏远军事设施。”

第二种是放大版的10 MWe系统，设计用于与多种热源配合运行，包括Elemental的反应堆设计。该反应堆被Elemental称为ISTR电力系统，采用钠冷却，使用铀氢化锆燃料（TRIGA型研究堆的标准燃料）。

Elemental计划于明年使其首套系统投入运行，并力争在2028年实现其布雷顿循环技术的商业部署。