最近，在英國的Whetstone舉行了U型電池小型模塊高溫堆全尺寸模型的竣工式。

U型電池全尺寸模型，紅線代表地面。(圖源：網絡)

核電站設計師很少能看到、觸摸和參觀他們設計電站的全尺寸模型，但目前英國Urenco公司領導的U型電池微反應堆項目卻有些不同。

最近完成的U型電池(一種高溫氦冷堆)全尺寸模型位于英國萊斯特郡(Leicestershire)卡文迪什(Cavendish)核電站Whetstone工廠的高灣。

幾十年來，這個地方在英國核工業(yè)中發(fā)揮了重要作用。20世紀50年代，英國電氣公司的反應堆工程部門成立，后續(xù)主要在此處進行相關工作。

在高灣，有一臺起重機可承受50噸荷載，這對于U型電池模型安裝來說是非常重要。

2.獨特的生產

實體模型模塊：左側，中間熱交換器，頂部帶有一回路循環(huán)器;右側，反應堆壓力容器。(圖源：網絡)

在Whetstone的全尺寸模型，包括10MWt/4Mwe的U型電池主容器、反應堆壓力容器和中間氣/氣熱交換器容器，以及連接它們的重要跨容器管道。

該模型項目由U型電池(U-Battery)公司和卡文迪什核能公司(Cavendish Nuclear)實施，從最初構思到完工用了大約18個月時間，是英國政府商業(yè)、能源和工業(yè)戰(zhàn)略部(BEIS)根據其先進制造和材料(AMM)計劃推進的結果。

U-Battery的總經理Steve Threlfall在9月于Whetstone舉行的典禮上指出，U-Battery/卡文迪什核能團隊成功地克服了“一系列挑戰(zhàn)，將這種獨特的制造工藝變?yōu)楝F實”，尤其是在新冠疫情爆發(fā)以來，頂住了各種壓力和挑戰(zhàn)。

他說：“通過建造一個全尺寸模型，人們可以真正了解AMR(先進模塊堆)的外觀以及建造方式。它還使我們能夠確定概念設計的要求，并證明核電廠的運行安全情況。這就是為什么模型對于交付我們的第一座核電廠至關重要的原因。”

“我們的目標是，利用先進制造和模塊化設置，以及生產線組裝技術中使用規(guī)模經濟來生產這一新一代AMR技術……我們目前正在努力建立新的合作伙伴關系，以支持U-Battery的下一階段設計和開發(fā)。”

一回路循環(huán)器、中間熱交換器和跨容器管道，通過模擬操作臺的觀察窗觀察。

Urenco的首席技術官Chris Chater表示，他將全尺寸模型視為“還原和答案”一些關鍵問題的一種手段，例如：“我們將如何將其組合在一起?我們將如何運輸它?它有多簡單?”

他認為，到目前為止，該項目確實表明“核能不一定要很復雜，也不一定要很龐大”。

James Ewence，卡文迪什核電公司(巴布科克國際集團的全資子公司)新建和先進核技術業(yè)務總監(jiān)，他說，在U型電池開發(fā)的這一階段的工作，讓“我們的團隊……展示了他們從支持英國先進氣體反應堆機組中獲得的豐富經驗，以及最新的模塊化技術，這些技術最近已在退役項目中使用。”

該模型生動地展示了這種模塊化，U型電池由工廠制造、預先測試，模塊運輸到現場，只需最少的現場工作即可安裝。

3.設計發(fā)展

模型中的跨容器導管(圖源：網絡)

U型電池的另一個顯著特征是跨容器導管的創(chuàng)新設計，其形式為U型管，類似于傘柄，而不是通常在小型模塊化高溫反應堆設計中發(fā)現的直管。

跨容器管道是一個同軸逆流管，用于連接反應堆壓力容器模塊和中間熱交換器模塊，將熱氦從反應堆輸送到熱交換器，并將冷卻的氦返回反應堆。

繁重的操作條件，包括高溫，意味著導管需要經常更換，可能在U型電池裝置的中期。

卡文迪什核電公司交付U型電池AMM項目的技術負責人湯姆·阿諾德(Tom Arnold)指出：“U型管道雖然乍看起來過于簡單和非傳統(tǒng)，但實際上比傳統(tǒng)的直線設計具有顯著優(yōu)勢。”

“這種外形的主要優(yōu)點是，它可以從單側安裝，而無需移動兩個容器或其支撐模塊，從而簡化并實現模塊化安裝方式。”

“其他優(yōu)點，與更傳統(tǒng)的直管連接相比，熱膨脹和由此產生的應力將出現在單個方向上，熱荷載或地震荷載下容器之間的分離力將顯著降低。”

除了先進制造和材料計劃外，U-Battery還參與了英國政府先進模塊堆競賽的第2階段。

2020年7月,，該公司是從競賽第一階段進入第二階段的三家供應商之一——其他供應商是托卡馬克能源公司(采用高溫超導磁體球形托卡馬克聚變裝置)和西屋公司(450MWe鉛冷快堆)——并獲得1000萬英鎊的資金，用于啟動設計和開發(fā)工作。

對于U-Battery來說，通過該AMR競賽獎資助，最終確定未來的一個關鍵里程碑工作，目標日期為2022年6月底。

這將為U-Battery提供經驗證的概念設計，意味著它將準備好開始前端工程設計。

在英國，根據ONR/EA的建議，希望它能夠進入通用設計評估過程，設計工作正在繼續(xù)發(fā)展。

例如，目前正在考慮的一個方案是在二次回路中使用氦氣(在布雷頓循環(huán)中，直接驅動勞斯萊斯設計的燃氣輪機)。

目前的設計設想在一次回路中使用氦氣，在二次回路中使用氮氣。

4.潛在市場

由于其高輸出溫度(超過700℃)，U型電池可能是脫碳能源發(fā)展的重要方向，其開發(fā)人員設想的一個重要潛在應用市場，主要是是難以進行產業(yè)脫碳的“基礎工業(yè)”，例如水泥、金屬和紙張行業(yè)。

“我們認為，這對我們來說非常重要。”史蒂夫·瑟雷法爾說。

在英國(U-Battery可用于為重工業(yè)現場供電)和加拿大(可在采掘業(yè)/采礦現場和離網偏遠社區(qū)部署)已經確定了“相當大的潛在市場”。

在英國和加拿大設想的潛在應用，也存在于世界其他地方，例如日本、波蘭和印度。

高溫反應器有望成為低碳氫氣生產的有效途徑，這正吸引著全世界的關注。