風能、太陽能、地熱能、水能、波浪能等等可再生能源是全球能源生產行業中脫碳,以及遏制化石燃料使用計劃的重要支撐。但由于間歇性、位置依賴性、土地要求等很多原因,它們還無法單獨扛起這個大梁。想要完全消除世界能源行業的溫室氣體,需要有一種廉價的、可擴展的零排放能源形式,并能以 24/7/365 全天候可靠地生產電力。
而如果能夠提高和降低輸出功率,以幫助電網應對負荷高峰和可再生能源供應的中斷,那就更好了。目前填補這一角色的最佳人選是先進的核電。雖然沒人希望切爾諾貝利或福島泄漏事件重演,但是核電顯然是最安全的能源生產方式之一。煤炭和石油衍生能源每提供一太瓦的能源分別造成 24.6 和 18.4 人死亡,而核電只造成 0.07 死亡--這還包括導致核電名聲受損的高調災難。
得益于去年 10 月份獲得的 8000 萬美元美國能源部撥款,比爾·蓋茨的 Terrapower 公司正和 GE 日立核能公司的合作啟動了一項新的活動--Natrium。這個單詞在拉丁語意思是“鈉”,該項目將商業展示“具有成本競爭力的鈉快速反應堆和熔鹽儲能系統”。
Natrium 的示范工廠將會在今年年中開始全面投入運行,其快中子反應堆將使用高溫液態鈉作為反應堆冷卻劑,而不是水。鈉的主要優勢之一是其固態和氣態之間 785 開爾文的巨大溫度范圍;水只提供 100 開爾文的溫度范圍,因此它需要加壓才能處理更高的熱能。
液態鈉在正常的大氣壓力下會將大量的熱量從反應堆中轉移出去,還有一個額外的好處就是它不會解離成氫氣和氧氣,所以福島式的氫氣爆炸是不可能發生的。它還具有非腐蝕性,避開了對熔鹽反應堆提出質疑的問題。
與許多正在開發的下一代核反應堆一樣,Natrium 設計將使用高加權低濃縮鈾(HALEU)作為核燃料。天然鈾出土時含有0.7%左右的鈾235同位素,分裂后可產生核能,傳統的低濃鈾(LEU)核反應堆燃料通過離心工藝或氣體擴散的方式濃縮,含有3-5%的鈾235,而HALEU則進一步濃縮,在5%-20%之間。比較而言,核武器需要鈾的濃度達到90%以上。
在安全方面,在停電時,控制棒會因重力作用而自行下降,空氣的自然循環將起到應急冷卻的作用。由于采用了液態鈉設計,電廠不需要像輕水反應堆那樣巨大的安全殼,而且該設計將反應堆置于地下,再次提升了安全系數,同時降低了成本。
Natrium工廠的設計是以100%的輸出率,24/7運行,以熱量的形式持續輸出345 MWe。這些熱量通過一個熔鹽熱能儲存系統運行,類似于世界上許多直接太陽能電站中已經被證明的系統。在這個儲能系統的另一端,是一套蒸汽輪機,它可以把這種恒定的功率,產生足夠的電力,為大約22.5萬戶家庭供電。