挑战者:值得关注的新型核能技术创业公司

王进        
核能产业的拐点正在出现,上述因素的结合也加快了开发新型核技术的努力。这些新技术的开发者旨在减轻核技术最紧迫的挑战,同时保持其优势。

核能的优势自不待言。通过利用原子裂变技术,核能可以从工业过程到家庭用电,为之提供可靠而丰富的低碳能源供应,也是对抗全球变暖的福音。

但众所周知,这项技术也面临许多障碍:高昂的资本成本、公众对安全的担忧、对核废料长期管理的质疑,以及武器级裂变材料扩散的可能性都是核能产业不得不面临的重要问题。

即使是能源巨头,也难以避免发展核能之痛。要知道,拥有100多年历史的工业集团西屋电气(Westinghouse)就是在失败的核项目中投入近90亿美元,而后饱受成本超支困扰,并负债高昂而在2017年申请破产。

但是,核能产业的拐点正在出现,上述因素的结合也加快了开发新型核技术的努力。这些新技术的开发者旨在减轻核技术最紧迫的挑战,同时保持其优势。

在此过程中,创业公司正在成为重要的参与者。这些公司旨在降低核能技术开发的成本与风险,更好地满足日益增长的低碳能源需求,以振兴发展缓慢的核工业(目前大多数核反应堆的设计都基于70年代的设计)。

从技术路径来看,创业公司主要涵盖三种新型核反应堆的设计和应用:熔盐反应堆、行波反应堆和小型模块化反应堆。

1.熔盐反应堆有望提高安全性

在上述三个领域中,从事熔盐反应堆(Molten salt reactor,MSR)研发的公司吸收了大部分风险投资。据CB Insights统计,该领域目前有6家创业公司得到风险资本的支持,总融资额为6400万美元。

在当前的核能行业,轻水反应堆(light water reactor, LWR)是目前核电站的典型反应堆设计方式。与这项传统技术相比,熔盐反应堆在安全和效率方面拥有多种优势:

与轻水堆设计中的加压水相比,熔盐堆设计依赖于液体燃料和熔盐冷却剂的组合。熔盐冷却剂允许反应堆在相对较低的压力下运行,可降低发生事故的风险。此外,许多熔盐反应堆在设计上有助于减轻扩散和安全风险。

Terrestrial Energy是该领域融资最多的公司,致力于将熔盐反应堆技术推向市场。公司成立于2013年,借助美国能源部研发部门ARPA-E提供的3900万美元资金和支持,已经实现了几个重要的里程碑。

例如,2019年2月,该公司与加拿大核实验室完成了一项可行性研究,以确定商业核电站的选址。此外,公司预计采用其“整体熔盐反应堆(Integral Molten Salt Reactors)”技术的首座商业发电厂将在2020年代建成并投入使用;通过与其工业伙伴的合作,还可以部署数百个这样的发电厂。

值得注意的是,其反应堆设计主要用于消费性发电和工业供热。许多工业过程,如金属冶炼,需要非常高的热量,而包括传统核能在内的大多数低碳能源都无法提供这种热量。据该公司称,它的反应堆能够在5公里的距离内输送高达600摄氏度的温度,这一能力将使它比许多其他形式的能源生产更具优势。

然而,一家创业公司能否具备建造一个原型反应堆的能力,更不用说将其推向市场,目前还没有得到证实,而相关公司已经在前进的道路上“折戟沉沙”。例如,最知名的熔盐反应堆技术创业公司,Transatomic Power在未能于合理时间内确定建造反应堆的方法后,于2018年9月暂停运营。该公司曾获得著名风投Founders Fund的融资。

2.行波反应堆将乏燃料循环成新能源

TerraPower是一家建立在美国国家实验室相关设计基础上的创业公司。这家公司曾在2010年获得3500万美元B轮融资,投资者包括科斯拉风投(Khosla Ventures)和比尔·盖茨等。

TerraPower聚焦于行波反应堆(traveling wave reactor,TWR)研发,一种使用贫化铀作为燃料的设计方法。

这种技术使用贫化铀和浓缩铀的组合来驱动一种反应,通过将贫化铀转化为可用的钚,从而为反应堆添加额外的燃料。通过消耗贫化铀,行波反应堆有助于减少全球核废料库存,并减轻核废料会带来的环境污染与扩散风险。

据悉,在2019年8月,该公司的熔融氯化物快速反应堆(MCFR)项目实现了重要突破:在该公司位于华盛顿贝尔维尤的实验室进行了超过1000小时的等温循环泵送操作。

3.小型模块化反应堆降低成本

小型模块化反应堆(Small modular reactors,SMR)由传统的轻水反应堆技术提供动力,其规模缩小到远小于典型的核电项目,而如今的核电项目通常需要建设大量的基础设施。

更小、更灵活的小型模块化反应堆设计可以超越传统、大型集中设备能够覆盖的能源供给范围。同时,该领域的设计在规模和安全性方面提供了创新,其目标是允许安全、廉价的反应堆用于工业和住宅用途。

目前,小型模块化反应堆已经被部署在航空母舰和潜艇等军事环境,但还没有被用于提供商业能源。

Nuscale是一家致力于将该项技术引入商业市场的创业公司。公司在工厂制造小型模块化反应堆并在现场组装,其目的是提高传统组装方法的效率,并扩大其应用范围。

公司正在开发一种新型模块化轻水反应堆,使用更安全、更小、可扩展的压水反应堆技术,每个反应堆可产生60兆瓦的电力。一个发电厂可容纳12个反应堆,总发电量可达720兆瓦。

据公司称,其模块化反应堆适合各种平台,包括基本负荷电力、对可再生能源的负荷跟踪支持、高可靠性的微电网,以及区域供热、海水淡化和其他工业用途的工艺用热或蒸汽等用途。

公司目前正与美国犹他州市政电力系统合作,将在2026年前安装一个SMR电厂。此外,Nuscale还得到了核能工程和技术服务提供商Enercon的支持,以更好地将其设计与产品推向市场。

总体而言,上述公司进入了一个技术、市场都尚在验证的领域,而这些公司的融资与传统核能技术项目的投入相比,也只是“九牛一毛”。但是,这些公司从大的方向上来说,开辟的是更为灵活、安全、环保的核能市场,他们的未来表现值得长期关注。

(参考信息:CB Insights,Terrestrial Energy,TerraPower,Nuscale)

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