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印尼要興建比煤炭便宜的核電站
2023/12/01 03:22
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 印尼要興建比煤炭便宜的核電站

 

一、印尼要興建融鹽式反應堆核電站 

      依據亞洲時報報導,ThorCon 公司聯合創始人 Robert Hargraves稱該公司應用美國橡樹嶺國家實驗室首創的熔鹽技術,計劃在印尼建設比煤炭更便宜、清潔的浮動式核電站。印尼政府支持在卡萊薩島建設一座 (2x500MW )釷基融鹽反應堆核電站項目,該核電站由造船廠建造在雙層船體內,將採用具有安全功能的釷融鹽反應堆。其目標是以遠低於燃煤電廠的價格生產電力,目前印尼60%以上的電力供應由燃煤電廠提供,造成大量溫室氣體排放印尼人均能源消耗量僅為美國的七分之一,但隨著經濟發展,二氧化碳排放量將會增加。美國和歐洲從印尼等發展中國家進口能源密集產品,增加了這些國家的電力需求,也增加了這些國家的 二氧化碳排放量。但歐洲卻開始按照製造業排放的二氧化碳比例對這些國家的出口徵收碳排放稅。印尼等人口大國的人民渴望達到富裕的美歐生活水準,將使用更多的電力。新興經濟體建造燃煤和天然氣 電廠,這些是可靠電力的最便宜方式。目前燃煤發電對他們來說是最便宜的選擇,風力和太陽能發電是分散且間歇性的。位於赤道地區的印尼風力不大,太陽能板在白天間歇性地產生能量,而在夜間則不產生能量。採礦、冶煉或化學製造等行業不可能使用間歇性能源來運作,而電池無法提供這種電力。電網規模電池儲存每千瓦時電能的成本為 500 美元,通常發電成本約為 0.03 0.10 美元。印尼總發電量 62GW,人均電力消耗為114瓦,而歐洲為780瓦,約為其7倍。核電可提供全天候、可調度、零二氧化碳排放的電力,但印尼目前還沒有核電廠。核電是解決能源貧窮和實現零碳排放經濟成長的唯一現實解決方案。鈾的能量密度是煤炭的一百萬倍,因此從物理角度來看,鈾能源應該比煤炭便宜,但到目前為止,核電的成本較高。如果核電要有競爭力,就必須大幅降低核電成本。 

      2013年,美國工程師德瓦尼啟動了ThorCon項目,目標是大規模生產發電成本低於燃煤成本的核電站。德瓦尼是麻省理工學院教授,也曾參與美國海軍造船計畫。他了解到,隨著石油需求的成長以及油輪需求的成長,東亞造船廠在船舶品質和成本方面展開了國際競爭。他們將每噸鋼材的勞動成本削減 5 個工時,建造了自動切割和焊接鋼板以及重達 600 噸預製構件塊的機械。船舶在不到一年的時間內組裝完畢,並在造船廠以較低的、具有競爭力的成本進行批量生產。要大幅減少世界二氧化碳排放量,需要每年大規模生產數十座無二氧化碳核電站,而不是新建數十座燃煤和天然氣電廠。 ThorCon公司開發了500MW的核電廠設計(ThorCon 500),適合在有競爭力的造船廠大規模生產。世界上最大的造船廠每年可生產200萬噸鋼製船舶,足以每年生產 20GW的ThorCon 500發電廠,目前計畫預計 ThorCon 500 發電站原型將於 2028 年開始試運行造船廠碼頭足夠寬,可以建造 65 公尺長的船,這設定了 ThorCon 500 工廠的寬度。蒸汽熱源是兩個熔鹽反應堆,高效的超臨界蒸汽渦輪發電機受益於規模經濟,因此單一 500 MW(電動)渦輪發電機比兩個較小的渦輪發電機成本更低。鈾燃料溶解在鈉和鈹的熔融氟化物鹽中,這些氟化物鹽透過反應器和熱交換器連續循環。離開反應器的熔鹽的高溫(704°C)熱量轉化為550°C的超臨界蒸汽。因此,ThorCon 500 發電廠使用相同數量的鈾,比目前配備更大規模、更低溫度蒸汽渦輪機的壓水核反應器多產生近 50% 的電力。 

二、低成本的核電站 

     ThorCon 500核電站使用 100% 被動安全性來降低成本,不需要訓練有素的操作人員。在完全停電、過熱或其他故障的情況下,反應爐會關閉並自行冷卻,無需操作任何閥門或泵,僅依靠重力和熱力學,操作員無需採取任何行動即可使工廠進入安全狀態。事實上,操作員無法採取任何措施使工廠偏離安全狀態。ThorCon 500 使用與燃煤發電廠相同的商用渦輪發電機,具相同發電量的燃煤電廠每天消耗 5000-10000 噸燃料,但 ThorCon 500 平均只需約 15 公斤鈾燃料。ThorCon 500 旨在幫助發展中國家發展可靠的電網,新發電廠可以在完成選址和獲得所有許可後兩年內訂購和連接,準備水深5-10公尺的臨水場地並進行併網。透過渦輪發電機的提前規劃,造船廠可以在不到一年的時間內建造 ThorCon 500 發電站。它將被拖過海洋到達現場,牢固地壓載到海底,然後連接到電網。ThorCon 500 可以負載跟踪,每分鐘改變 5% 的補償發電量。它還具有“全黑啟動”功能,這意味著它不需要外來電網電力即可啟動。如果發生區域電網崩潰,ThorCon 500 可以提供其他發電機重新啟動所需的初始電網電力。印尼擁有約 40 GW吉瓦的燃煤電廠,其中 19GW 正在興建中。印尼政府未同意關閉燃煤發電廠,並用再生能源取而代,因為缺乏資金,而且風能和太陽能無法為採礦和冶煉等不斷發展的產業提供動力。印尼  2021年生產了 160萬噸鎳,以滿足世界不斷增長的電池需求,這 需要 10GW的電力。這些產業現在正規劃自己的 13GW自備專用發電站,以避免完全依賴政府公用電站。對於ThorCon公司來說,可行的方案是利用私人資金建造核電站,並根據合約以比煤電便宜的價格出售電力。 

     ThorCon 500 的資本成本較低,每瓦發電量僅需 1 美元,對私人投資者俱有吸引力。2022年,邦加勿里洞省省長推薦卡萊薩島作為ThorCon原型建廠地點。ThorCon 公司聘請了具有核能經驗的Agrupados Empresarios來協助完成詳細設計並準備向印尼核能監管機構 Bapeten 的許可申請。由於 ThorCon 500 是一艘需要在海上拖曳的船舶,因此必維國際檢驗集團提供符合國際規則的檢驗和認證服務。2023 年 3 月,ThorCon 和核能監管機構 Bapeten 在定期會議上開始就發電廠的設計和安全進行正式的許可前諮詢。ThorCon 500 發電廠原型機預計於 2028 年在克拉薩島進行測試運行。在 2030 年獲得 Bapeten 的設計批准後,ThorCon 和印尼正在規劃更多此類發電廠。隨後,ThorCon希望每年建造20500MW的發電站。美國 ThorCon 公司的子公司 PT ThorCon Power Indonesia 已與印尼核能監管機構簽署協議,正式啟動安全、保全和保障諮詢,為示範 500 MWe 浮動式ThorCon 熔鹽反應堆( TMSR-500)的許可做準備。該公司表示,它還與幾所大學合作創建有關熔鹽反應器技術的計畫。ThorCon 表示:“這些活動不僅將在國民經濟中創造一個新的產業,還將有助於將印尼的發電業轉變為地球上最清潔的發電業之一。”印尼引入ThorCon公司的核電站計畫分為兩部分。第一階段是建造和測試 500 MW ThorCon反應器,逐步調試,最終獲得未來發電廠的批准型式許可證。第二階段是在造船廠生產 ThorCon反應器,以幫助印尼的公用事業公司提供額外3GW廉價、可靠的電力以支持經濟發展。 

三、中國才是使用釷基熔鹽反應堆發電的的第一個國家 

    中國科學院上海應用物理研究所(SINAP)已獲得實驗性 TMSR-LF1釷動力熔鹽反應堆的運行許可證,該反應堆於2018年 9月在甘肅省武威市開工建設。TMSR-LF1將使用濃縮至20% 以下的 U-235 燃料,釷存量約為 50 千克,轉化率約為 0.1。將使用含 99.95% Li-7 的富鋰鈹氟化物 (FLiBe) 覆蓋層,燃料為 UF4。如果TMSR-LF1被證明是成功的,中國計劃到2030年建造一座容量為373MW的反應堆。熔鹽堆是第四代反應堆其中一種,用融鹽當冷卻劑替代水冷卻,不會發生爐心熔毀事故非常安全。由於核電站愈建愈多,鈾燃料顯然不敷使用,因此衍生出快滋生反應堆,就是以快中子將不能分裂的鈾238轉變成可分裂的鈽239增加燃料,但此技術尚未推廣。大多數國家都缺少鈾礦,因此需尋找鈾235的替代產品,釷是理想替代選項,釷-232同位素經中子撞擊後可轉換成可分裂的鈾-233同位素。和鈾不同的是,釷儲量豐富、分佈廣泛。它不需要像鈾一樣,經過精細的濃縮;而且不容易製成炸彈。另外,釷反應堆的設計有其與生俱來的安全性,而且,釷的放射性廢物半衰期較短——幾個世紀內就能轉化為無害物質。所以,印度、中國等國都繼續試驗釷反應堆,並嘗試用熔融鹽作為燃料。具有良好經濟性、安全性、可持續性、防核擴散性的第四代先進核電站,將為未來核電發展提供技術支撐。 

    據自然雜誌報導,中國的釷基熔鹽堆使用氟化鹽。當加熱到 450°C 左右時,它們會熔化成無色透明液體。這種鹽相當於反應堆堆芯的冷卻劑。此外,熔鹽反應堆也使用液態鹽作為燃料的基質,例如直接溶解在堆芯中的釷,而不是固體燃料棒。熔鹽反應堆具有非常高的操作安全性。燃料溶解在液體中,這些反應堆在比傳統核反應堆更低的壓力下運行。許多國家都在研究釷基熔鹽堆,為何只有中國成功?因為做了技術創新,首先,使用新型材料解決燃料鹽對管道的腐蝕作用,製造出了耐中子輻照性能的管道材料。釷在地球儲量比鈾豐富, 釷廣泛分布於地殼中,中國探明的釷儲量約28萬噸,僅次於印度。熔鹽堆最大的商業優勢是在核廢料的處理上,採用核廢料混合反應,無疑可以減少廢料處理難題。釷熔鹽堆可節省水資源且可選在內地及沙漠不須瀕臨河海。 1噸釷能夠提供相當於200噸鈾、或者350萬噸煤所提供的能源,目前世界已知的釷儲量至少能夠為全世界提供1萬年的能源支持。所以,釷反應堆有機會緩解人類世界即將到來的能源危機,對於任何國家來說都是非常重要的戰略方向。釷基反應堆發電技術比以往的核電反應堆安全得多,不會出現高溫燒毀的情況,因為當反應堆內溫度超過預定值時,其底部的冷凍塞就會自動熔化,攜帶核燃料的熔鹽將全部流入應急儲存罐中,核反應也就隨即終止了,之後反應堆就會迅速降溫了。

 

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