石墨球床反應爐是什麼?美國將打造新型試驗型核電廠

作者 | 發布日期 2021 年 05 月 14 日 15:27 | 分類 核能 , 能源科技 Telegram share ! follow us in feedly


美國田納西河谷管理局(TVA)與新型核能研究公司 Kairos Power 日前宣布,將在東田納西科技園區打造 50MW 低功率示範熔鹽石墨球床反應爐(Pebble bed reactor,卵石床反應爐) ,並將這新一代核電廠取名為 Hermes。

田納西河谷管理局為美國東南部 7 州約 1,000 萬人提供電力,目前約有 40% 電力來自於核電,可以說是以核為主,TVA 與 Kairos Power 合作後,將放行工程、營運與許可,讓示範電廠建設更為順利。

那麼這座名字為 Hermes 的球床反應爐是什麼技術呢?傳統核反應爐多採用濃縮鈾或是鈽燃料棒,由控制棒來控制核反應,並用循環水來冷卻爐心並推動渦輪,而 Hermes 石墨球床反應爐採用的燃料是網球大小的「球狀物」,這些球體外層包裹一層陶瓷,提高耐熱度也避免石墨遇高溫燃燒,內裏則是核燃料與充當緩衝的石墨,最後反爐內就有如球池,塞滿好幾千顆燃料球,不需要控制棒就能產生並維持高溫核反應。

這類核反應爐設計雖然功率密度比較低,但是較為安全,核燃料包覆在陶瓷中,也無機械輔助、散熱效果佳,理論上不會出現爐心熔解的問題;該反應爐也是用氦、氮或二氧化碳氣體當作冷卻劑,在高溫下直接推動渦輪引擎,由於不需要處理蒸氣,熱平衡系統的熱能效率也有所提高。

球床反應爐並非新技術,1947 年就已登場,但至今由於成本高、石墨容易燃料,至今尚未規模商業化,而 Hermes 做為 50MW 的小型試驗反應爐,則將採用熔融的氟鹽取代氣體。Kairos Power 表示,如果用一般的水當作冷卻劑,溫度達 100°C 就會沸騰,更可能會突然發生閃蒸現象,如果改用氟鹽,其沸點溫度高達 1,000°C,還能在常壓下傳遞大量熱量。

Hermes 發電量約 140 MWE,使用 19.75% 濃縮鈾與石墨燃料球,工作溫度約 585°C。團隊表示,氟鹽化學性質穩定,不需要笨重又昂貴的高壓安全殼結構,反應爐發生故障時,也能透過自然循環持續冷卻反應爐。

隨著相關氣候政策出爐與反化石燃料世界趨勢下,核電吸引力正欲來愈高,但這並不是打造更多傳統的壓水反應爐,對於擁有 40% 核電的田納西河谷管理局來說,可能對更先進、不那麼常見的核反應爐更有興趣。

(首圖來源:KAIROS POWER