Реакторы на расплавах солей могут стать будущим безуглеродной зеленой энергии, и они уже стоят дешевле, чем угольные электростанции.
Реакторы на расплавах солей, впервые построенные и введенные в эксплуатацию в 1960-х годах, представляют собой интересную и многообещающую энергетическую технологию. Существует множество различных конструкций этих реакторов, по сути, все они в основном используют расплавленные фторидные соли, находящиеся под низким давлением, в качестве хладагента для реактора.
Существует большое количество различных конструкций реакторов на расплавленных солях (МСР). Обычно они используют расплавленное топливо, которое представляет собой смесь солей фторидов лития и бериллия, растворенных в обогащенных фторидах урана, а не твердое топливо, используемое в большинстве реакторов. Затем в активной зоне реактора используется графит для направления потока соли при температуре около 700 C. Тепло, производимое топливом, затем используется для производства пара для реактора, который приводит в действие турбины, вырабатывающие электричество.
Один из самых обсуждаемых реакторов MSR - это реактор с жидким фторидом и торием (LFTR), в котором используются торий и уран, растворенные во фторидной соли.
Производство энергии реакторами на расплаве солей
Одним из способов измерения возможностей производства энергии в данном процессе является использование показателя ERoEI , также известного как энергия, возвращаемая на вложенную энергию. По сути, это отношение энергии, которую мы можем извлечь из чего-либо, к количеству энергии, которое мы должны вложить в систему, чтобы получить эту энергию.
Солнечные панели имеют ERoEI около 10, что означает, что вы получаете в 10 раз больше вложенной энергии. Для ископаемого топлива, такого как уголь, это число находится где-то между 18 и 43. Но как насчет реакторов на расплавленной соли? Их ERoEI оценивается примерно в 1200.
Выход энергии из одного реактора с расплавом солей является значительным и очень эффективным, что является веским аргументом в пользу использования этих типов реакторов.
Но ERoEI - не единственный способ оценить преимущества конкретного источника энергии. Вы также можете посмотреть, сколько сырья необходимо для производства определенного количества энергии. По сравнению с углем здесь пока мало конкуренции. Чтобы производить один гигаватт в год электроэнергии, угольной электростанции потребуется переработать более пятисот семидесяти километров составов, заполненных углем, в то время как реактор на расплавленной соли требует всего 1000 килограммов топлива, которым обычно является торий или уран.
Однако при любом ответвлении производства ядерной энергии обычно возникает много возражений, учитывая потенциальный ущерб окружающей среде и проблему утилизации ядерных отходов, которую необходимо решить.
Отходы расплавленных солевых реакторов
Реакторы на расплаве соли на самом деле являются одной из лучших конструкций электростанций с точки зрения образования отходов, даже по сравнению с традиционными угольными электростанциями. Когда уголь сжигается для производства энергии, в результате образуется значительное количество золы. Конечно, угольные заводы также производят значительное количество углекислого газа в качестве побочного продукта.
По сравнению с реакторами на расплаве солей угольные электростанции значительно менее эффективны. MSR производят около 1 тонны отходов на каждый гигаватт электроэнергии в год. Сравните это с примерно 9 миллионами тонн углекислого газа для угольной электростанции, производящей такое же количество энергии.
Однако следует отметить качественную разницу в видах отходов. Отходы реакторов с расплавом солей радиоактивны и должны храниться не менее 300 лет, прежде чем их можно будет сбросить обратно в землю.
Реакторы на расплаве соли - это лишь один из высокоэффективных вариантов традиционных атомных электростанций, и в последнее время ядерная энергия стала более безопасным источником энергии. Сравнение с традиционными ядерными реакторами на самом деле делает эффективность МСР намного более очевидной. Как упоминалось ранее, для типичного MSR требуется около 1000 кг соленого топлива на 1 гигаватт в год произведенной электроэнергии. Традиционному твердотопливному ядерному реактору для выполнения той же работы требуется около 250 тонн обогащенного урана, а большая часть отходов должна храниться более 100 000 лет, прежде чем их можно будет выбросить обратно на Землю.
Значительное количество отходов современных ядерных реакторов представляет собой проблему, но реакторы на расплавленных солях представляют собой потенциальное решение. Многие конструкции MSR также позволяют использовать большую часть отходов традиционных реакторов в качестве топлива. Это также делается эффективно, так как годовые отходы нормального реактора могут приводить в действие МСР около 250 лет.
Эффективность этих реакторов на расплаве соли очевидна, более того, они также являются относительно более безопасными альтернативами традиционной ядерной энергии.
MSR безопасны
Ядерный кризис. Два самых страшных слова о ядерной энергии. Обычные твердотопливные ядерные реакторы могут быть подвержены риску расплавления, если тепло от активной зоны не управляется должным образом. Поскольку в реакторах на расплавленной соли активная зона уже расплавлена, риск расплавления практически отсутствует.
Возможно, самое главное, поскольку сердечники MSR не находятся под давлением, взрыв не представляет потенциальной опасности. Тот факт, что MSR может работать при атмосферном давлении, означает, что утечка в трубке не приводит автоматически к вытеснению связки топлива и охлаждающей жидкости. Это главное преимущество безопасности, которое обеспечивает пассивный отвод остаточного тепла, что предотвратит такие события, как Фукусима. Это также означает, что для таких сценариев не требуется дорогая зона сдерживания.
Лучший способ понять, как работает MSR, - это представить его как горшок, в котором хранятся горячие вязкие жидкости . Посредством ядерных реакций в этих жидкостях горшок нагревается сам по себе. Если вы пропустите воду вокруг кастрюли, она превратится в пар, производящий электричество, но это также охладит кастрюлю. Однако по мере того, как горшок охлаждается, ядра атомов в вязкой жидкости внутри, солей, сближаются, в результате чего скорость ядерной реакции ускоряется, быстрее выделяется больше тепла. Это саморегулирующаяся система. Это означает, что MSR относительно просты в эксплуатации и часто не требуют управляющих стержней для управления ядерными реакциями.
После начала деления в реакторе с расплавом соли вредные продукты деления автоматически связываются с расплавом соли , безопасно удаляя эти опасные побочные продукты. Обычная ядерная энергетика так не справляется.
В этих реакторах тоже есть последняя мера безопасности. На дне «горшка», в котором находится расплавленная соль, есть сливная труба для соли. В нормальных условиях есть электрический вентилятор, который охлаждает и отверждает соль, создавая твердую соляную пробку, не позволяющую остальной соли стекать по трубе. При отключении электричества или в чем-то другом, вентилятор автоматически отключается. Затем пробка плавится, и расплавленная соль стекает по трубе в большие резервуары. Затем тепло расплавленной соли рассеивается по всей земле, находясь в этих резервуарах за счет естественной конвекции, что является относительно безопасным способом решения проблемы.
Помимо предотвращения расплавления, другой основной показатель безопасности, который следует учитывать при работе с ядерными реакторами, - это вероятность того, что топливо будет украдено и использовано для изготовления ядерных бомб и других устройств злоумышленниками. Обычные ядерные электростанции требуют, чтобы значительное количество твердого топлива оставалось на месте, чтобы поддерживать реакторы в рабочем состоянии просто из-за скорости горения.
Реакторы на расплавленных солях требуют дозаправки очень спорадически, что означает, что в большинстве случаев эти реакторы не требуют хранения избыточного топлива на месте, что снижает вероятность попадания любого из этого ядерного топлива в чужие руки.
На сегодняшний день реакторы на расплавленных солях все больше и больше становятся предметом внимания производства энергии . Несколько частных компаний строят свой собственный реактор на расплавленной соли, который, как мы надеемся, может заменить ископаемое топливо. Хотя ядерная энергия не является золотым дитем возобновляемых источников энергии, реакторы на расплавленной соли обеспечивают достаточно преимуществ с небольшими компромиссами, чтобы потенциально служить безуглеродным методом производства энергии будущего, конечно, в сочетании с традиционными возобновляемыми источниками энергии.
