TX-1燃料设施主体完工
摘要
TRISO-X完成田纳西州TX-1先进核燃料设施主体垂直施工,计划2028年初启动TRISO燃料球商业生产,年产约70万个,可供应最多11座Xe-100反应堆。项目仍须完成设备安装、监管核查,并依赖政府库存缓解HALEU浓缩与还原转化供应链滞后问题。

X-energy的全资子公司TRISO-X已完成其位于田纳西州(Tennessee)橡树岭(Oak Ridge)的先进核燃料制造设施TX-1的垂直施工。这标志着这座占地21.4万平方英尺设施的主体建筑结构完工,使项目能够全面进入下一施工阶段,包括内部装修、燃料制造设备安装以及配套设施的继续建设。
TRISO-X总裁Joel Duling表示:“我们正从建设设施的核心结构和外壳,转向内部公用设施施工、制造设备安装以及关键配套能力建设。每完成一个里程碑,我们就更接近建立新的美国国内先进核燃料来源,并为部署下一代美国核反应堆提供支持。”
垂直施工是指建筑项目中在地面以上建造结构的阶段,重点是向上搭建建筑骨架和外部围护结构。其中包括:架设构成建筑骨架的结构钢、钢筋混凝土柱或木梁;建造混凝土电梯井、楼梯间和结构墙,并铺设各楼层的混凝土地板;以及安装屋顶、外墙、窗户和“幕墙”,使建筑完全具备抵御风雨的能力。
Clark Construction Group继续担任施工承包商,负责设施工艺设备区域和行政楼的内部装修、燃料制造设备安装,以及相邻石墨基体粉末厂房的建设。
TX-1投入运行后,预计每年生产约70万个TRISO(三层结构各向同性)燃料球,相当于5吨铀,产能可为X-energy计划建设的最多11座Xe-100反应堆供应燃料。TX-1最初旨在通过美国能源部(DOE)的先进反应堆示范计划,为X-energy拟在陶氏位于德克萨斯州(Texas)的UCC Seadrift Operations制造厂址部署Xe-100先进小型模块化反应堆提供支持。随着对安全、可靠且可扩展核能的需求不断增长,X-energy还在与Energy Northwest、Amazon和Centrica合作推进其他Xe-100项目。
今年2月,美国核管会(NRC)向TRISO-X颁发了该设施有效期40年的特种核材料许可证。这是NRC有史以来首张针对高浓度低富集度铀(HALEU)加工颁发的第二类燃料制造许可证。TX-1预计将成为美国50多年来建成的首座新商业规模先进核燃料制造设施。
近几个月来,TRIDO-X将其核燃料园区扩建了约70英亩;延长了与Oak Ridge美国国家实验室(ORNL)的合作研发关系;启动了专用研发设施TX-L的建设;并获得田纳西州政府为其继续扩建提供的经济发展支持。
TX-1后续建设工作包括:
制造TRISO-X燃料需要高度复杂的化学与材料科学工艺。内部装修涉及安装为处理HALEU而设计的定制自动化设备,其中包括用于处理初始铀核芯的化学加工设备。这些微小燃料中心的尺寸约等于圆珠笔尖。
这些铀核芯在涂层前需经过六种不同的化学精制与成形工艺。随后,大型化学气相沉积(CVD)设备将在每个核芯外精确施加三层微米级涂层(碳层和陶瓷层)。这一过程需要高度受控的气体比例、精确的流量以及极端温度,以确保保护壳在结构上完好无缺。
随后,专用工业机械将混合石墨基体粉末,并把约1.8万个已涂层核芯压制成最终的台球大小燃料球。工业规模熔炉将对石墨燃料球进行固化和硬化,确保其能够承受超过1,450°C的反应堆温度而不熔化。先进的机器人扫描仪、辐射监测仪和精密成像工具将检查每个燃料球是否存在微观缺陷,检验合格后方可投入使用。
TX-1设施的内部装修、设备安装和调试阶段预计需要约15至18个月;按照乐观预测,商业燃料生产将于2028年初开始。
由于TX-1电站是高度敏感的第二类核设施,内部施工阶段的监管里程碑将从“文件审查”转向实物核查、安全验证和运行检查。尽管NRC颁发的特种核材料许可证允许该设施持有和处理HALEU,但在任何铀材料进入厂房之前,TRISO-X必须通过若干严格的监管和运行里程碑。
由于HALEU的富集度远高于传统反应堆燃料,该设施必须证明其能够以微观精度追踪每一克铀。监管机构将审核内部装修期间安装的数字追踪数据库、重量传感器和自动扫描基础设施。检查人员将开展“干式”调试试验,技术人员必须证明能够严格按照规程运行生产线。工程师必须通过实物核查确认,内部机械设备的布局能够排除意外临界的可能性。在批准接收首批HALEU实物货物以启动商业制造之前,NRC将开展全面检查。
保障HALEU供应链是下一代核电面临的一项重大障碍。过去,全球商业HALEU市场几乎完全依赖俄罗斯。为突破这一瓶颈并向TX-1电站供应燃料,美国正通过数十亿美元的联邦干预、战略性私营合作伙伴关系和临时库存相结合的方式,保障国内供应链。
今年早些时候,X-energy与Centrus Energy Corp签署最终合同,巩固了其主要供应渠道。X-energy向Centrus预付资金,以支持其商业扩建。作为回报,Centrus将供应必要的HALEU和低富集度铀(LEU),为X-energy首批部署的Xe-100反应堆提供燃料。铀将在Centrus位于俄亥俄州(Ohio)Piketon的American Centrifuge Plant进行富集。
然而,Centrus在俄亥俄州的离心机生产的是气态化学物质六氟化铀(UF6)。TX-1制造设施无法使用气体,其制造设备需要固体材料,具体为二氧化铀(UO₂)或金属铀。为提供这种材料,还需要增加还原转化环节。2024年末,美国能源部向BWXT、法马通和西屋电气等公司授予总额最高达8亿美元的合同,以建立稳健的美国国内还原转化生产线。
在俄亥俄州建成长期规划的厂内合用一处厂址还原转化工厂之前,材料无法直接在Centrus与X-energy之间运输。今年3月,Centrus宣布计划与先进反应堆开发商Oklo成立合资企业,直接在俄亥俄州Piketon的铀浓缩园区内建设一座专用还原转化设施。
美国首批商业规模HALEU还原转化设施预计将于2027年至2028年陆续投运。法马通正在其位于华盛顿州(Washington)里奇兰(Richland)的厂址改造现有持证燃料设施,这些设施计划于2027年开始以吨级规模生产燃料。根据美国能源部HALEU供应计划,包括BWXT、Orano和西屋电气在内的6家入选承包商正在设计专用商业还原转化生产线。其进度安排旨在配合美国国内HALEU浓缩产能的整体快速增长,预计相关产能将在2029年至2030年扩大。
因此,尽管X-energy仍按计划将在2028年上半年完成TX-1设施的实体建设,但届时实现整个美国国内商业供应链的同步运转仍是一项重大挑战。受时间紧迫影响,业界预计将采取分阶段推进方式,而非在2028年初便形成完全建成的商业供应链。Centrus Energy Corp目前正以示范规模生产HALEU,并获得美国能源部数百万美元支持以扩大产能,但其采用新离心机级联装置的大规模商业产量预计要到2029年才能全面提升。此外,工业规模还原转化能力仍在建设之中。
因此,X-energy很可能必须在很大程度上依赖美国能源部HALEU供应计划。政府将释放部分国内自有库存作为过渡,使TX-1能够在俄亥俄州商业供应闭环全面建立之前,获得启动试运行和早期制造所需的固体铀材料。
由于美国国内燃料供应链十分紧张,下游合作伙伴正为各自时间表预留灵活性。陶氏已为X-energy在其德克萨斯州Seadrift制造厂址的主要部署项目取得环境许可。不过,考虑到新兴技术和供应链的复杂性,陶氏预计不会在2028年之前就反应堆建设作出最终投资决定(FID)。
简而言之:X-energy的厂房将在2028年具备燃料制造条件,但初期很可能使用政府支持的临时燃料储备,等待更广泛的商业铀浓缩和还原转化供应链跟上进度。
