球床模块式反应堆：未来能源之路

Dieter Matzner

484CKayAvenue，MenloPark，0081，SouthAfrica

摘要：未来世界是什么样子，将很大程度上取决于气候变化、淡水和一次能源分布不均等因素。一些诸如球床模块式反应堆（PBMR）等以高温气冷实验堆（HTR）为形式的核能将会用于发电、淡化海水、为氢气和氧气的生产过程其提供热量、将煤和焦油砂变成液体燃料，以及大量的其他工业应用。当前在南非开发的一种HTR技术平台催生了各式各样的与能量有关的工业。

发电示范模块有望于2009开始建设。这个装置的电力输出为165MW _e。该电厂将由Eskom公司经营，由南非电力提供设施。Eskom公司还根据价格和性能条件发行了意向书，将从国际装配线上买下第一批24个模块（总共4000MW _e）。该项目的第一个阶段必须要建一个试点燃料厂用来生产所需要的燃料球。

PBMR反应堆芯采用一个高环面的形式，高度是11m，内径和外径分别是2m和3.7m。这个环形空间用450000个燃料球填充，每个燃料球的直径是60mm。这个燃料球看起来感觉很像黑台球，用固体石墨制作而成。每个球的内部分散着9g浓缩的铀。燃料球由核裂变过程来加热并在全功率、温度可达1100℃的条件下运行，由强迫向下流过环形燃料床的高压氦气将裂变能量从燃料球中排出，在位于Cape Town北部28km处的Koeberg建立的示范模块中，裂变过程将氦气从500℃加热到900℃。高温高压的氦气可以用来驱动燃气涡轮机发电，或者提供热量以产生蒸汽或用来维持高温的化工进程。

这个系统很安全，不会出现那种想象中的可能会引起燃料熔化的情况，或其他导致大量放射性泄漏的事故场景。由于受到许可证发放当局批准和被公众接受，因此最终可能将PBMR模块的场址接近工业中心。燃料球的设计和燃料球中的铀粒子有助于彻底清理废燃料。(www.xing528.com)

维修相对比较简单。反应器可以在线添加燃料，可以设计成全功率持续工作许多年。事实上，在直接循环发电的情况下，计划好的维修间隔是6年。

电站建设的耗费急剧上升，不能再乐观地估计发电成本。但是，很显然，当发电单元的容量高达660MW_e左右时，PBMR在市场上还是很有竞争力的，此外，生成的中间热能的费用与当前化石燃料价格相比也很有竞争力。

PBMR工程是一个重要的国际努力的结果。主要部件将由日本、西班牙、德国、英国和美国以及南非生产。南非组织将保留控股权，可能最终将建立在南非的反应器模块的国产化比例增加到至少60%。PBMR企业发展受到了南非政府的大力支持。

该系统能够很好地适应不断发展的国际核现状。第四届国际论坛已经确定了六个首选反应器方案，这些方案大约从2030年开始部署。其中之一是超高温反应器（VHTR），跟PBMR方案非常相似。PBMR也可能变成由美国能源部构想的新一代核工厂（NGNP），用来示范商业规模的制氢。