人类能源利用的历史及现状人类能源利用经历了三个时代。
第一个是柴草时代,人类用火结束了茹毛饮血的生活。
第二个是化学能源时代,发明了蒸汽机和发电机,能源消费转变到煤、石油、天然气。
第三个是多能源时代,就是即将到来的新能源时代,核能、太阳能、氢能将成为主角。
国际能源署的数据显示,化石燃料占世界能源生产总量的86%,其中,石油占36.8%,煤炭占26.6%,天然气占22.9%。
巨大的化石能源消费导致地球变暖,大型自然气候灾害发生频率和严重程度增加,直接威胁到人类的生存。
利用可再生能源取代化石能源已经成为国际共识。
近几年以光伏发电和风电为代表的的新能源发展进入加速轨道,但是相对较低的能量密度以及发电的不稳定性仍然是二者天生的无法逆转的缺陷。
光伏发电核能的重要意义国与国之间的竞争,首先是能源竞争,没有能源安全,没有较低的能源本,所有的优势都不成其为优势,正在持续的俄乌冲突就是最典型历史性证明。
俄罗斯依靠的就是其得天独厚的化石能源优势。
但是,这种优势必将随着新能源的崛起而逐渐消失。
中国提出2030“碳达峰”、2060“碳中和”的双碳目标,将代表化石能源在未来的30-50年后越来越快地退出历史舞台,并且,这种退出,已经在蔓延,且不可逆转。
站在21世纪人类科学技术的视距范围,化石能源的终结者,一定是核能。
核能是通过原子核裂变或聚变产生巨大能量。
地球上所有生物赖以生存的能量,所有以碳氢化合物(煤炭、石油、天然气)形式储存的能量,无不是来自阳光,来自太阳内部日夜不息的核聚变所产生的能量。
核裂变通常采用铀为核燃料。
但是已发现的铀仅可以维持几十年。
所以用元素钍建立钍基熔盐堆核能系统(TMSR),具有高固有安全性、核废料少、防扩散性能和经济性更好等特点。
目前全世界430多座核反应堆只提供了人类2.6%的能源。
如果钍反应堆能大规模推广,这个数据将提升到40%-50%的水平。
科学家们正在利用氢的同位素氘通过核聚变来产生能源。
然而,核聚变仍处于起步阶段,该技术一旦成功商业化,那么必将颠覆全球的能源格局。
核聚变过程无二氧化碳排放低,能量密度最高,且生产原料接近于“取之不尽,用之不竭”,将成为人类能源的当之无愧的终结者。
但是因为其商业化的时间还无法在一二十年内达成,因此以核裂变为主的核能技术仍然是当前需要发展的的重点。
来自网络截至2021年,全球可运行的核反应堆443座,总装机容量394GW。
国际原子能机构 (IAEA) 预计,到 2030 年,全球核能发电能力将从目前的372GW 增加到 473-748 GW。
但是,这个发展速度,与全球减排的压力并不匹配,人类急需在核能技术上实现节点性突破,在安全可控的前提下,形成核能利用的高速发展,为人类提供更低成本更稳定的能源,在全球经济受疫情影响而形成的滞胀局面下,形成一个经济的爆点,为全球减排提供关键支撑。
小型模块化反应堆(SMR)全球目前在用或在建的核裂变反应堆还是以大型核电项目为主。
大型核反应堆建造费用高,周期长,尤其是其安全问题以及核废料问题,导致大型核电的发展和推广受到限制,甚至排斥。
随着小型堆技术的发展和成熟,小型模块化反应堆(SMR)成为当前大国竞争的焦点。
小型模块化反应堆(SMR)是由比尔·盖茨于2006年出资设立的泰拉能源开发的新一代小型核电站。
小型模块化反应堆 (SMR) 是先进的核反应堆,其功率一般小于 300 兆瓦,约为传统核动力反应堆发电容量的三分之一。
小型模块化反应堆 可以在工厂组装并运输到安装地点,从而缩短建设周期。
2020年8月27日,美国泰拉能源公司(Terra Power)和通用日立核能公司(GEH)发布声明称,双方已扩大合作范围,并开发了一套融合钠冷快堆和熔盐热能储存装置的核电厂系统,计划于2028年前在美国俄明州凯默勒市建设首座示范核电厂。
项目投资40亿美元,计划2024年动工。
来自网络2017年比尔·盖茨被推选为中国工程院院士(外籍),比尔·盖茨的三个理想之一就是“让穷人能够用上清洁经济的电”,泰拉能源正是实践他的理想的重要平台。
作为曾经的世界首富,以及对全球计算机技术做出巨大贡献的杰出人物,比尔·盖茨对SMR的重视,应被认为是站在全球技术前沿并基于大数据的背景下做出的判断,此种判断对任何一个国家,尤其是对中国具有极其重要的参考价值。
中美全方位博弈的格局已经形成,包括政治、经济、军事、科技、文化各个方面,并将持续几十年甚至百年以上。
保证能源稳定供应、低成本、清洁化则是在中美博弈格局中维持均衡态势的压舱石。
当然,竞争对手能看到的,中国也能看到。
中国一直在小型堆技术方面默默地追赶,甚至在局部领域走在前列。
中国的玲龙一号(ACP100),为全球首个陆上商用模块化小堆,是中国核工业集团有限公司具有自主知识产权的多功能模块化小型压水堆堆型。
玲龙一号具有一体化反应堆技术、高效直流蒸汽发生器技术、屏蔽主泵技术、固有安全加非能动安全技术、模块化技术等特征;具有多用途、部署灵活、工程可实施性好等突出优势。
可以作为分布式电源建在接近工业区和人口密集区的地点,实现城市区域供热和工业供热,可以为偏远地区的中小型电网供电,可以作为移动电源为海洋资源开发供电,并可以用于海水淡化等,具有大型核电机组无法取代的功能。
SMR还可以取代即将退出的煤电厂, 既不增加建设用地,还可以利用原有电网系统降低初期投资,并为原先的煤电从业人员保留部分就业岗位。
SMR另外一个明显的优势,就是可以根据地方电力需求,从1到N分阶段建设,多个小堆并联入网就变成大型核电,为电网提供稳定充足的电力供应。
世界各地正在开发的70 多种商业SMR设计,阿根廷、加拿大、中国、俄罗斯、韩国和美国的SMR都处于筹划或建造阶段。
欧盟也倾向于把核能视为绿色能源,以此替代化石能源。
结语原子是化学反应中不可再分的基本微粒。
化石能源主要