TerraPower建设先进Natrium反应堆
摘要
TerraPower正在Wyoming州Kemmerer建设Natrium反应堆，作为西半球唯一在建的先进非轻水反应堆，标志着从化石燃料向下一代核能技术的转型。该设计采用液态钠冷却剂，具有卓越的安全性和性能优势，并通过熔盐储能实现电网规模的能量存储。项目计划2030年完成，目前工程设计进入最后阶段，施工也已启动。Wyoming州政府和社区对项目给予大力支持。
在位于Wyoming州Kemmerer的Naughton燃煤电站（该电站将于今年年底停止燃煤）的阴影下，TerraPower正在建造他们所称的"西半球目前唯一在建的先进非轻水反应堆"。该项目不仅仅是一种新的能源来源，还象征着从化石燃料向下一代核能技术的火炬传递。
TerraPower的首席运营官Eric Williams在The POWER Podcast节目中介绍："我们称之为Natrium反应堆，因为它属于钠冷快堆的一种。"顺便提一下，Natrium在拉丁语中意为钠，这也是元素周期表中钠的符号Na的来源。
Natrium设计的优势
Natrium设计属于第四代反应堆类型，是目前正在开发的最先进反应堆类别。Williams解释说："这些设计在安全性、性能和经济性方面都有显著提升。"
Williams提到液态金属冷却剂的使用提升了安全性："液态金属在从反应堆中散热方面表现优异，无论是将热量传递到其他系统以发电，还是在紧急情况下散热。对于Natrium反应堆，我们可以直接将热量排放到空气中，因此反应堆的安全性非常可靠。"
设计还因其能够在低压下运行而更安全。Williams解释道："一回路系统处于常压下；而当前的压水堆需要加压以防止液体沸腾——保持液体状态。液态金属钠在约800至900摄氏度时才会沸腾，而反应堆的运行温度约为500摄氏度，因此可以保持液态且无需加压。"
液态金属冷却剂还具有性能优势。Williams表示："其中之一是能够以熔盐热的形式储存从核岛输出的能量。这实际上为我们提供了一种电网规模的储能解决方案，而且非常符合现代电网的需求。"
实务操作中，Natrium的核岛将以恒定热输出运行。能量随后储存在熔盐中，存储的能量将用于驱动蒸汽轮机并按需发电，使电站能够轻松实现负荷跟踪而无需频繁调整反应堆功率。换句话说，反应堆可以恒定输出345兆瓦当量的热量，而电站可以在需要时以极快的速度提供高达500兆瓦的电力。Williams说："这在负荷跟踪方面与现有的联合循环电站和燃煤电站相比具有很强的竞争力。"
储能特性还允许电站的发电部分（即能源岛）与反应堆部分（即核岛）解耦。这使得能源岛在美国核管会（NRC）的眼中可以被归类为"非安全相关"。Williams解释说："这部分与反应堆的安全性无关，因此NRC的监管不适用于能源岛，其设备可以按照更低成本和不同标准建造。"
值得注意的是，这也允许电网运营商在不改变核岛任何部分的情况下调度电力。Williams说："这为核电站提供了一种尚未在美国实现的电网整合方式。我们对这种安全性、性能和经济性感到非常兴奋，并且这让我们能够制定一个可预测的时间表，预计项目将在2030年完成。"
项目的落地
TerraPower由Bill Gates和一群志同道合的远见者在2006年创立，最初致力于雄心勃勃的行波反应堆概念，后来发展为当前的Natrium设计。该公司还在开发一种熔盐氯化物快堆，Williams称其在难以脱碳的领域（如海运和高温工业应用）可能比Natrium反应堆更具经济性。
TerraPower在成立后花费了十多年时间开发技术并建立合作伙伴关系，包括早期与东芝等国际公司的合作。2020年，美国能源部选择TerraPower作为先进反应堆示范计划（ARDP）的首批资助对象，为其提供8000万美元的初始资金，并根据50/50的成本分摊机制授权提供高达20亿美元的资助。
2021年6月，TerraPower与PacifiCorp合作建设Natrium反应堆，最终选择了Wyoming州的Kemmerer（一个人口约2800人的小镇）作为示范项目地点。由于燃料供应问题（俄罗斯曾是唯一的高浓度低富集铀供应商），项目一度被推迟至2030年。尽管如此，该公司已于2024年3月向NRC提交了建造许可申请。
Williams表示："我们的建造许可申请去年已提交给美国核管会，进度远超预期。"预计建造许可将在2026年底前获批，但Williams表示可能会更快完成。"所以这非常令人兴奋。建造许可允许我们开始核岛部分的建设，但非核部分可以随时动工。"
建设进展
事实上，Kemmerer厂址的施工已经启动（图1）。Williams说："我们一年前就开始了施工。我们先建设了测试和填装设施。这是一个多用途设施，紧邻核岛，可用于对Kemmerer1号机组的主要设备进行全尺寸原型测试。同时，它也是一个用于储存启动前反应堆所需的液态钠的设施。"
Williams表示，测试和填装设施的基础工作已于本月完成。接下来将开始建筑物的安装，预计今年年底前完成。厂址上建设的第二个建筑是Kemmerer培训中心（KTC）。根据Williams的说法，KTC的动员工作将于本月开始。KTC将包括Natrium反应堆的全范围模拟机、培训教室、供操作人员使用的实验室，以及一个配备礼堂的访客中心。"这两座建筑都将在今年开始建设。我们预计明年年初或今年年底启动非核部分的建设。"
与此同时，项目的工程设计阶段正在全面推进。Williams说："我们今年3月完成了初步设计里程碑，这意味着我们已进入详细设计——最终设计阶段。这是我们设计的最后一次迭代，重点是让所有组件进入制造阶段，施工也将很快启动。"目前有超过1000人参与项目，包括TerraPower及其主要合作伙伴Bechtel和GE Hitachi Nuclear Energy，以及多家工程设计服务公司。Williams表示："工程设计正处于高峰期。"