новости

10 июня 2024 года TerraPower, компания по атомной энергии, в которую инвестировал основатель Microsoft Билл Гейтс, объявила, что ее натриевый реактор следующего поколения (следующего поколения, также известный как «четвертое поколение») стоит до 4 миллиардов долларов. взлом в Кеммерере, Вайоминг. Проект представляет собой быстрый реактор с натриевым охлаждением мощностью 345 МВт, оснащенный системой хранения энергии на расплавленной соли, которая может увеличить выходную мощность до 500 МВт, когда это потребуется сети. Ожидается, что он будет введен в эксплуатацию в 2030 году.

Билл Гейтс очень рано инвестировал в ядерную энергетику. TerraPower, основанная в 2006 году, будет сотрудничать с Pacific Power Company, дочерней компанией Berkshire Hathaway Баффета, в 2021 году, чтобы продолжить разработку реактора на быстрых нейтронах с натриевым охлаждением (SFR) «четвертого поколения». , и надеется реализовать применение пяти новых атомных электростанций в 2035 году. Значительное повышение энергоэффективности будет значительно способствовать развитию производства, образа жизни и цивилизации.

Опасный натрий

В отличие от «легководного реактора» ядерной энергетики третьего поколения, в котором в качестве замедлителя и теплоносителя используется вода, в натриевом реакторе, известном как ядерная энергетика четвертого поколения, в качестве рабочего тела используется жидкий металлический натрий. Современные реакторы с водой под давлением (PWR) могут обеспечить теплообмен при 325°C без испарения при давлении 150 атмосфер. Температура кипения металлического натрия составляет 883°C, поэтому «реактор с наноохлаждением» может повысить рабочую температуру реактора до 550°C без повышения давления. Теплопроводность металлического натрия в 50 раз выше, чем у воды. Принимая во внимание вышеупомянутую более высокую рабочую температуру, Комиссия по ядерному регулированию (NRC) подсчитала, что эффективность теплообмена жидкого металлического натрия в 100 раз выше, чем у воды. и его эффективность работы выше, чем у третьего поколения. Атомная энергетика намного выше.

«Легководные реакторы» (включая реакторы с кипящей водой и реакторы с водой под давлением) могут использовать только уран 235, на долю которого приходится около 0,72% природного урана, но не могут использовать уран 238, на долю которого приходится 99,28% природного урана. Поэтому после утилизации ядерных топливных стержней остаточная радиация ядерных отходов все еще очень высока, а продукты после реакции деления также содержат большое количество тяжелых элементов, таких как актиниды, которые трудно утилизировать, и радиационная опасность велика. Переработка и сохранение ядерных отходов, безопасность стали проблемой во всем мире.

Реактор на быстрых нейтронах «четвертого поколения» может использовать уран-238, которого чрезвычайно много в природном уране, чтобы избежать огромных отходов ядерных материалов. А в реакторе на быстрых нейтронах уран-238 захватывает быстрые нейтроны и подвергается двум бета-распадам с образованием плутония-239, который служит источником энергии «радиоизотопной термоэлектрической машины» и может использоваться для привода космических кораблей. Эта характеристика «одна рыба, две рыбы» в ядерной физике называется «размножением», поэтому реакторы на быстрых нейтронах также называют «реакторами-размножителями быстрых нейтронов».

Более высокая эффективность означает большую прибыль. Кто бы не хотел такой хорошей вещи? Реакторы на быстрых нейтронах не являются новой концепцией. Еще в 1951 году первая в истории человечества атомная электростанция, которая действительно производила электроэнергию, «Экспериментальный реактор-размножитель № 1» (ЭБР-1), использовала принцип реакторов на быстрых нейтронах. теплоноситель – жидкий натриево-калиевый сплав.

Однако теория очень продвинута, но ее применение не успевает за ней. Наука очень совершенна, но технологии трудно реализовать. Это часто неизбежно в процессе преобразования чистой науки в практическую технологию. требуются десятилетия или даже поколения. Ранние жидкометаллические реакторы-размножители на быстрых нейтронах были неспособны преодолеть коррозионное воздействие жидкометаллического натрия на контейнеры и трубы.

Металлический натрий очень реактивен. Он бурно окисляется и горит на воздухе. Он даже взрывается при контакте с водой. Поэтому при промышленном использовании натрий необходимо замачивать в керосине.

Исторически сложилось так, что большинство жидкометаллических быстрых реакторов-размножителей заканчивались неудачно: реактор «Мондзю», построенный в Японии в 1986 году, в 1995 году имел трещину в системе охлаждения, в результате чего произошла утечка 640 килограммов паров натрия и с тех пор произошел пожар. продолжал работать со сбоями, заместитель директора по связям с общественностью Dongran Group покончил жизнь самоубийством, спрыгнув со здания, чтобы извиниться. Однако он не смог спасти ситуацию, и в 2010 году реактор был окончательно остановлен. Суперфеникс, построенный во Франции в 1976 году, когда-то был крупнейшим в мире реактором-размножителем. Он также подвергся коррозии и утечкам в системе охлаждения жидким азотом. В 1997 году он был окончательно остановлен из-за различных проблем.

В настоящее время единственными «реакторами с натриевым теплоносителем», которые все еще работают в мире, являются российские БН600 и БН800. В рамках проекта «Большой скачок науки и технологий» бывшего советского военно-морского флота на атомной подводной лодке типа 705 использовались «реакторы с натриевым охлаждением», что приводило к частым ядерным авариям: лодки К-64 и лодки К-123 попали в крупные ядерные аварии из-за неисправности трубопровода натриевого теплоносителя. США, более технологичные, ненамного лучше, введенная в строй в 1957 году, единственная атомная подводная лодка ВС США, использующая «реактор с натриевым охлаждением». авария с утечкой, которая привела к его демонтажу в 1958 году. «Реактор с натриевым теплоносителем» был заменен относительно отсталым реактором с водой под давлением.

В ответ на опасность металлического натрия научно-техническое сообщество десятилетиями неустанно работало, пробуя различные материалы, такие как ртуть, свинец, олово, сплав натрия-калия, сплав свинца-висмута и т. д. Например, «Исполнительная комиссия Европейского Союза» в период с 2015 по 2019 год инвестировала 6,6 миллиона евро в строительство трех демонстрационных проектов реакторов на быстрых нейтронах, оценку теплогидравлического моделирования и экспериментальный план для изучения СЕЗАМА, изучение потока металлических жидкостей в трубопроводах и ядерных реакторах и их влияние на оборудование, ориентированное на изучение наноохлаждения, закладывает основу для развития технологии свинцового охлаждения.

Может использоваться в ядерном оружии.

Даже если проблема безопасности металлического натрия будет решена, все еще остается проблема безопасности ядерного оружия, которую необходимо решить. Популярный в настоящее время атомный энергетический «легководный реактор» третьего поколения не может быть использован для создания ядерного оружия и считается моделью «мирного использования ядерной энергии». Однако продукт реакции «быстрого реактора-размножителя» — плутоний-239 — является ядерным материалом оружейного качества. Вторая атомная бомба «Толстяк», взорвавшая Нагасаки в 1945 году, была плутониевой бомбой. Это также причина, по которой Россия настаивает на сохранении «реакторов с натриевым охлаждением», а Северная Корея строит тяжеловодные реакторы. Оба типа реакторов могут производить оружейный плутоний-239, который можно использовать для производства ядерного оружия.

Поэтому «Международное агентство по атомной энергии» подчеркивает, что страны с «быстрыми реакторами-размножителями» должны иметь более четкую политику и меры мониторинга. Но исторический опыт подсказывает нам: «усиление управления», основанное на человеческих слабостях, является самым ненадежным. По сравнению с этим чуть более надежна следующая техническая идея: полностью изменить конструкцию топливного стержня, чтобы первичный наполнитель можно было запускать напрямую до полной его утилизации, и его нельзя было безопасно удалить под предлогом «технического обслуживания». посередине, чтобы избежать тайной переработки и кражи плутония, являющегося продуктом деления. Если кто-то незаконно разберет или украдет, он подвергнется смертельному ядерному излучению, чтобы избежать риска ядерного терроризма.

Проекты с повышенным риском следует строить в относительно пустынных, закрытых и малонаселенных районах. В случае аварии степень вреда, контроль общественного мнения и компенсация пострадавшим будут относительно низкими. Вайоминг, где расположен реактор с натриевым охлаждением «четвертого поколения», инвестированный Биллом Гейтсом и Баффетом, находится на западе Соединенных Штатов и является наименее густонаселенным штатом в Соединенных Штатах. Это соответствует приведенному выше традиционному опыту.

Вопрос в том, были ли решены научно-исследовательской группой Билла Гейтса все технические проблемы жидкометаллического быстрого реактора-размножителя, которые снова и снова терпели неудачу на протяжении последних нескольких десятилетий? Действительно ли надежно гарантированы решения по безопасности ядерных технологий и безопасности ядерного оружия? К 2035 году будет построено пять новых атомных электростанций. Действительно ли технологии и процессы зрелы? Это, конечно, коммерческая тайна Билла Гейтса, и внешний мир сможет подтвердить это только со временем.

Система хранения энергии расплавленной соли

Помимо темы ядерной энергетики, есть еще неядерная, но связанная с ней технология, а именно система хранения энергии на расплавленной соли, поддерживающая натриевый реактор. Он может хранить избыточную энергию во время пиков выработки атомной энергии и спадов потребления энергии на рынке, а когда потребление энергии на рынке достигает пика, натриевый реактор не нужно перегружать, но он может увеличить выходную мощность примерно на 155 МВт, отвечая требованиям рынка; спроса, он также обеспечивает бесперебойную работу и безопасность атомных электростанций и сетей передачи и преобразования электроэнергии.

Система хранения энергии расплавленной соли использует избыточную энергию атомных электростанций для плавления безопасных и дешевых неорганических солей, таких как нитрат натрия, нитрат калия и нитрат кальция, в высокотемпературных резервуарах для хранения лавы для хранения огромного количества тепловой энергии. Высвобождая энергию, высокотемпературная расплавленная соль проходит через теплообменник и приводит в действие парогенератор для выработки электроэнергии. Этот метод хранения энергии называется «накопление тепловой энергии ТЭС». Этот метод хранения энергии может сделать потерю тепловой энергии очень медленной. В статье научно-технического журнала «Журнал хранения энергии» отмечается, что в резервуаре для хранения энергии, использующем новую технологию, используется изоляционный слой толщиной около 125 см и ежемесячный. потери энергии составляют всего 5%. TES может сохранять энергию в течение нескольких месяцев или даже в течение всего сезона.

По сравнению с литий-ионными батареями, которые теряют в среднем только 0,5–1% энергии в месяц, эффект накопления энергии систем хранения энергии на расплавленной соли не так хорош, а потери энергии больше. Однако его минеральные соли недороги, безопаснее и не несут потенциально огромного риска загрязнения окружающей среды, связанного с химическим хранением энергии, таким как ионы лития.

Этот тип системы хранения энергии на основе расплавленной соли может использоваться не только на атомных электростанциях, но и в системах производства солнечной энергии. В 2018 году в Испании родилась Gemasolar, первая тепловая солнечная электростанция, способная генерировать электроэнергию 24 часа в сутки. Она расположена в пустыне в виде зеркальной матрицы. Она не представляет собой солнечную панель, а фокусирует и отражает солнечный свет. В центре площадки возведена электростанция с расплавленной солью. Внутри нее хранится смесь 60% нитрата натрия + 40% нитрата калия. Когда ночью нет солнечного света из-за выделения тепла расплавленной соли, он все равно может стабильно генерировать электроэнергию в течение 15 часов. Его мощность в 19,9 МВт может обеспечить стабильным электричеством 27 500 домохозяйств.

Тепловая солнечная электростанция, аккумулирующая энергию на расплавленной соли, не только устраняет слабость традиционных солнечных панелей, которые не могут генерировать электроэнергию при отсутствии солнечного света, но также использует отражающие зеркала вместо фотоэлектрических панелей, что снижает количество энергии, вырабатываемой при производстве фотоэлектрических панелей. Большое количество загрязнений тяжелыми металлами и длительное воздействие выброшенных фотоэлектрических панелей на окружающую среду.

Чили увидела успешный пример Испании и запустила проект Альба в 2019 году. Она планирует преобразовать все угольные электростанции в своих пустынных районах в солнечные электростанции на расплавленной соли установленной мощностью 560 МВт. В конечном итоге она надеется полностью отказаться от традиционного ископаемого топлива. к 2040 году. Топливный способ производства электроэнергии. Это касается не только целей защиты окружающей среды. Для Чили, где не хватает ископаемой энергии, если она сможет заменить энергию солнечной энергией с новой структурой и стабильным производством электроэнергии 24 часа в сутки, это может сэкономить много драгоценной иностранной валюты, которая была изначально. используется для импорта энергии. Если это возможно. Экспорт электроэнергии в соседние страны Латинской Америки может принести много иностранной валюты.

Натриевый реактор Билла Гейтса + система хранения энергии на расплавленной соли, в случае успеха, несомненно, значительно улучшит преимущества ядерной энергетики. Что касается Баффета, который всегда был хитрым и расчетливым, он редко допускает ошибки. Эта «ядерная энергетика четвертого поколения» может иметь широкую рыночную перспективу.

Другой взгляд на мышление таков: какOpenAIКрупнейший инвестор, стоящий за этим, Билл Гейтс, который также является человеком с научным и инженерным образованием, давно осознал, что исследования и разработки в области искусственного интеллекта и искусственного интеллекта потребляют много энергии, и в его руках находится ядерная энергия, а также Система хранения энергии расплавленной соли с избыточной энергией не только может обеспечить общесистемную безопасность, но и снизить затраты на энергопотребление в исследованиях и разработках AI / AGI (искусственный общий интеллект).

Это совпадает с Маском, еще одним оригинальным технологическим гигантом. Маск очень рано инвестировал в SolarCity, что, как оказалось, имело большое значение для повышения стоимости акций и бренда Tesla. Если говорить более глубоко, Маск в описании будущего развития своих брендов искусственного интеллекта xAI и Neuralink четко упомянул исследования и разработки AI/AGI. Что касается потребления энергии, двое богатейших людей мира «знают свои корни» действительно имеют одинаковое видение.

• (Данная статья является лишь личным мнением автора и не отражает позицию данной газеты)

У Сюй

Главный редактор Чэнь Бинь