FLEX型穩定熔鹽熱譜堆概述

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圖1:藝術家印象中32個FLEX型安穩熔鹽熱譜堆模塊陣列(512 MWe)+GridReserve©+汽輪發電機廠房，

整個現場“可調度”裝機總量1.536 GWe。

1.核心技能

FLEX型安穩熔鹽堆(SSR)是Moltex動力公司全球專利安穩熔鹽堆技能的熱譜(慢化)版，與其姊妹公司Moltex Energy Canada同享這種技能。後者正在開發快譜版的安穩熔鹽堆。

SSR與世界各地正在開發的全部其他熔鹽堆(MSR)有本質區別。由於它們與傳統反響堆的燃料組件類似
，把強放射性的燃料鹽限製在燃料細棒內。獨立的
、非放射性的熔鹽冷卻劑把熱能從反響堆堆芯傳輸給主熱交換器。

在其他MSR內，核燃料鹽也是冷卻劑。複雜的燃料鹽循環體係，包括泵、過濾器、調理設備和熱交換器，與強放射性的核燃料鹽觸摸，對這些部件提出了嚴峻的要求，使監控和維護非常有應戰性。圖2說明MSR類型之間的關鍵區別。

圖2:傳統熔鹽堆與安穩熔鹽堆的差異

2.規劃理念

簡略

FLEX型SSRzaiguihuashizhezhongjianlvexing。tashixiaoxinghemokuaihuade
，yunxudaduoshubujianzaizhuanyezhizaochangshengchan，bianyuyunshu，jianshaoxianchangdezuoye
，suoduangongqi。quanbuzhexiedouzuidajixiandijiangdilezongbenqian。FLEX型SSR在任何或許的情況下，運用已經在核工業中得到驗證的、老練的材料和技能，消除許多研討項目的需求，使安全和規劃驗證更快、更簡單。MoltexFLEX公司的方針是，讓清潔動力比化石燃料更廉價，迅速把FLEX反響堆推向市場，盡早在全球部署這種“堆群”。

低本錢

傳統核電機組的製作和運營本錢已變得越來越貴重，首要由於需求安全辦理體係和程序的風險。相比之下，FLEX反響堆是“固有安全”的。選用低壓體係，大大降低了安全密封的本錢。它的運轉安全是由“固有”(Inherently)和“非能動”(Passive)[3]安全體係供應的，大大降低了基建和運轉本錢。FLEX反響堆的規模僅僅傳統核電站的一小部分，其規劃本錢與焚燒化石燃料適當。此外
，FLEX反響堆的出口溫度高，有潛力進步動力轉化效率。

輔佐可再生動力

FLEX反響堆的特征是對需求改變呼應速度快
，支撐間歇性可再生動力的能力強。FLEX反響堆的規劃目的便是供應可調度電力
，解決可再生動力供應間歇性難題。由於技能和經濟原因
，傳統的二/三代核電機組不適宜供應這種靈活性
，由此發生的供應缺口通常由燃氣發電機組填補。

FLEX反響堆輸出溫度高，可用GridReserve©[4]體係
，運用熔鹽(已用於太陽能行業)儲熱幾小時或幾天
，進步本錢效益。外部需求超越供應時，可當即開釋貯存的熱能。

許多可再生動力長期發電期間，FLEX反響堆隻需非能動地處於“空載”模式，發生的熱能恰好使反響堆堅持運轉溫度。這種反響堆規劃，基建本錢低
，使之經濟可行。

固有安全

FLEX公(gong)司(si)的(de)安(an)全(quan)理(li)念(nian)是(shi)，憑(ping)仗(zhang)這(zhe)種(zhong)技(ji)能(neng)的(de)根(gen)本(ben)特(te)性(xing)，要(yao)點(dian)在(zai)於(yu)減(jian)少(shao)或(huo)消(xiao)除(chu)多(duo)重(zhong)的(de)嚴(yan)峻(jun)損(sun)害(hai)
，並(bing)與(yu)各(ge)種(zhong)非(fei)能(neng)動(dong)安(an)全(quan)措(cuo)施(shi)一(yi)起(qi)管(guan)控(kong)剩(sheng)下(xia)的(de)風(feng)險(xian)。在(zai)正(zheng)常(chang)運(yun)轉(zhuan)期(qi)間(jian)
，FLEX反響堆不需求任何“能動”措施堅持核安全。與其他反響堆技能比較
，這種辦法有很大的安全優勢，由於後者高度依靠能動的安全體係處於正常後備
、維護並堅持運轉狀況。

FLEX反響堆概念規劃排除了許多損害，消除了各種風險
，無需增加工程解決方案，予以控製或緩解。因而FLEX反響堆靠規劃保證根本安全。

多用途的熱能

FLEX反響堆出口熔鹽冷卻劑溫度高達750°C，可直接用於聯網和離網發電
，也可有以下其他運用，包括：

•工業進程或區域供暖的直接輸入熱源(歐洲工業運用的全部熱能溫度，2/3低於700°C)。

•高溫電解熱源，合理高效的清潔製氫氣;也支撐更有用的熱化學製氫，而且氫本身就可用作：

o工業上天然氣的直接替代品

o重型卡車的燃料電池

o合成燃料的質料，包括航運中燃油替代品的氨

•海水淡化設備的動力。

此外
，還可把FLEX反響堆用於海航業，首要是船隻推動。

3.FLEX型反響堆的現場裝備

典型的現場可包括任何數量模塊化的FLEX反響堆裝備。每個堆熱功率為40 MW
，適當於16 MWe。例如，16個機組的陣列可與GridReserve©儲熱設備耦合，在每天網絡(電/熱網)最艱難的8小時期間供應768 MWe的熱能。

FLEX反響堆的熱輸出，經過管道體係內的熔鹽傳輸給核島外側的GridReserve©儲罐。貯存的熔鹽可用來發生超熱蒸汽，驅動傳統的汽輪機發電。這是或許的裝備，由於與傳統的反響堆規劃比較，FLEX反響堆的安全性與儲熱和發電機組供應的“熱阱”是徹底別離的。衰變散熱體係是徹底“非能動”的，運用“天然對流”，無需“機動”部件。此外
，由於不需求與安全相關的幹涉和維護
，典型FLEX型反響堆廠址的接入點數量比傳統核電站更少
，減少了核安全保證的風險。

4.反響堆

FLEX型反響堆在概念
、jiegouheyunzhuanfangmian，yuchuantongderongyanduiguihuayouxuduobutong。liangzhederanliaohezhulengquejidoushirongyan
，jingguoxixintiaoxuanrongyandehuaxuechengfen
，kongzhifushi，bimianyanghuahejinxi。danFLEX反fan響xiang堆dui的de燃ran料liao鹽yan裝zhuang細xi鋼gang管guan內nei，每mei根gen細xi鋼gang管guan插cha入ru獨du自zi的de石shi墨mo基ji質zhi慢man化hua劑ji孔kong道dao中zhong，構gou成cheng反fan響xiang堆dui堆dui芯xin。堆dui芯xin坐zuo落luo在zai充chong溢yi主zhu冷leng卻que劑ji熔rong鹽yan的de反fan響xiang堆dui箱xiang型xing容rong器qi內nei。反fan響xiang堆dui箱xiang型xing容rong器qi置zhi於yu地di下xia混hun凝ning土tu井jing內nei，上shang有you混hun凝ning土tu防fang護hu塊kuai覆fu蓋gai。

初裝入堆的核燃料運轉16-25年，或許還有兩次換料
，使反響堆總壽數長達75年nian。正zheng常chang運yun轉zhuan期qi間jian
，核he燃ran料liao發fa生sheng的de熱re能neng，經jing過guo充chong溢yi反fan響xiang堆dui箱xiang型xing容rong器qi的de主zhu冷leng卻que劑ji熔rong鹽yan天tian然ran對dui流liu循xun環huan，從cong堆dui芯xin傳chuan輸shu出chu去qu。剩sheng下xia的de衰shuai變bian熱re，經jing過guo反fan響xiang堆dui箱xiang體ti周zhou圍wei的de空kong氣qi天tian然ran循xun環huan
，接jie連lian排pai出chu。這zhe些xie非fei能neng動dong的de熱re傳chuan輸shu機ji製zhi，保bao證zheng不bu需xu求qiu能neng動dong體ti係xi或huo泵beng，就jiu能neng排pai出chu熱re能neng或huo停ting關guan閉bi反fan響xiang堆dui。

圖3：FLEX反響堆剖視圖

5.核燃料

反fan響xiang堆dui堆dui芯xin由you石shi墨mo砌qi體ti中zhong的de核he燃ran料liao細xi棒bang陣zhen列lie組zu成cheng

，而er石shi墨mo塊kuai占zhan有you箱xiang體ti容rong器qi的de大da部bu分fen。每mei根gen燃ran料liao細xi棒bang插cha在zai獨du自zi的de石shi墨mo砌qi塊kuai孔kong道dao中zhong，熔rong鹽yan主zhu冷leng卻que劑ji就jiu在zai燃ran料liao細xi棒bang與yu石shi墨mo孔kong道dao間jian流liu過guo。

燃料鹽

FLEX反響堆的核燃料是液態低濃縮鈾(濃縮度6%)氟化物鹽
，裝在專利的
、帶dai排pai氣qi的de燃ran料liao細xi管guan內nei。熔rong鹽yan燃ran料liao經jing過guo天tian然ran對dui流liu在zai燃ran料liao管guan內nei循xun環huan，有you利li於yu熱re量liang經jing過guo管guan壁bi傳chuan遞di給gei細xi管guan外wai圍wei的de熔rong鹽yan冷leng卻que劑ji。燃ran料liao鹽yan的de化hua學xue性xing能neng是shi經jing過guo鈾you氧yang化hua態tai組zu合he安an穩wen氧yang化hua複fu原yuan的de

，在zai與yu氟fu化hua鈉na稀xi釋shi劑ji共gong晶jing混hun合he物wu中zhong充chong當dang氧yang化hua複fu原yuan緩huan衝chong劑ji，能neng堅jian持chi氧yang化hua複fu原yuan電dian位wei
，中zhong和he整zheng個ge反fan響xiang堆dui壽shou期qi內nei發fa生sheng的de潛qian在zai腐fu蝕shi性xing的de裂lie變bian產chan品pin。

核燃料鹽不與周邊的石墨觸摸，也不需求強製從反響堆堆芯進入熱交換器。

燃ran料liao鹽yan一yi直zhi與yu冷leng卻que劑ji鹽yan堅jian持chi別bie離li。冷leng卻que劑ji鹽yan是shi另ling一yi種zhong氟fu化hua物wu鹽yan
，用yong來lai傳chuan輸shu反fan響xiang堆dui發fa生sheng的de熱re能neng。但dan是shi
，它ta們men有you或huo許xu互hu熔rong
，並bing從cong根gen本ben上shang改gai動dong堆dui芯xin損sun害hai的de效xiao應ying。在zai傳chuan統tong反fan響xiang堆dui內nei，堆dui芯xin損sun壞huai導dao致zhi反fan響xiang堆dui進jin入ru非fei常chang風feng險xian的de狀zhuang況kuang。但dan在zaiFLEX反fan響xiang堆dui內nei，即ji便bian嚴yan峻jun的de堆dui芯xin損sun壞huai，仍reng然ran會hui使shi反fan響xiang堆dui轉zhuan入ru安an全quan狀zhuang況kuang。例li如ru
，核he燃ran料liao細xi管guan的de缺que陷xian會hui引yin起qi管guan壁bi破po裂lie
，由you於yu燃ran料liao鹽yan將jiang稀xi釋shi在zai大da體ti積ji的de冷leng卻que劑ji熔rong鹽yan內nei，導dao致zhi堆dui芯xin反fan響xiang性xing降jiang低di。因yin而er
，堆dui芯xin損sun壞huai不bu會hui增zeng加jia核he電dian站zhan作zuo業ye人ren員yuan或huo周zhou邊bian大da眾zhong受shou到dao照zhao耀yao的de或huo許xu性xing。

圖4：堆芯石墨砌體與和燃料細棒

裂變氣體排出

在FLEX反(fan)響(xiang)堆(dui)內(nei)，大(da)部(bu)分(fen)裂(lie)變(bian)產(chan)品(pin)當(dang)即(ji)被(bei)捕(bu)獲(huo)

，成(cheng)為(wei)不(bu)蒸(zheng)發(fa)的(de)鹽(yan)，並(bing)保(bao)留(liu)在(zai)燃(ran)料(liao)細(xi)管(guan)內(nei)的(de)燃(ran)料(liao)鹽(yan)內(nei)。蒸(zheng)發(fa)性(xing)的(de)裂(lie)變(bian)氣(qi)體(ti)沒(mei)有(you)當(dang)即(ji)被(bei)燃(ran)料(liao)鹽(yan)捕(bu)獲(huo)，會(hui)經(jing)過(guo)一(yi)係(xi)列(lie)氣(qi)泡(pao)捕(bu)集(ji)器(qi)
，壽(shou)數(shu)較(jiao)短(duan)的(de)放(fang)射(she)性(xing)同(tong)位(wei)素(su)會(hui)在(zai)捕(bu)集(ji)器(qi)內(nei)衰(shuai)變(bian)，它(ta)們(men)的(de)衰(shuai)變(bian)產(chan)品(pin)會(hui)困(kun)在(zai)燃(ran)料(liao)鹽(yan)內(nei)。最(zui)風(feng)險(xian)的(de)放(fang)射(she)性(xing)裂(lie)變(bian)氣(qi)體(ti)(氙-137衰變為有害的銫-137)
，簡直徹底包括在氣泡捕集器內。

氣泡器內呈現的首要放射性氣體是氪-85。在反響堆換料周期內，這些氣體會積累在反響堆氣體空間。由於它的半衰期為10年
，停役時許多仍會存在。由於是惰性氣體，沒有生物積累，一般的做法是把氪-85稀釋到微不足道的濃度，排入大氣。

但是，MoltexFLEX公司更傾向於捕獲並貯存這種氣體

，直到簡直徹底衰變，大概需求50年。

圖5：核燃料細棒組件

6.非能動控製體係

換料後，堆內後備反響性過大，要當即憑借另外的中子吸收劑“中和”。這zhe種zhong吸xi收shou劑ji可ke熔rong於yu熔rong鹽yan冷leng卻que劑ji，並bing經jing過guo定ding時shi注zhu入ru體ti係xi增zeng加jia到dao主zhu冷leng卻que劑ji內nei。這zhe種zhong中zhong子zi吸xi收shou劑ji焚fen燒shao得de很hen慢man，要yao每mei隔ge幾ji周zhou或huo幾ji個ge月yue補bu充chong一yi次ci。

為呼應電力需求的改變

，憑借類似於普通水銀溫度計
、內nei充chong液ye態tai中zhong子zi吸xi收shou劑ji的de新xin穎ying專zhuan利li機ji製zhi，供gong應ying反fan響xiang性xing改gai變bian的de精jing密mi控kong製zhi。冷leng卻que劑ji溫wen度du上shang升sheng
，這zhe種zhong機ji製zhi會hui非fei能neng動dong地di降jiang低di堆dui芯xin反fan響xiang性xing
，使shi反fan響xiang堆dui能neng在zai不bu需xu求qiu運yun轉zhuan人ren員yuan任ren何he幹gan涉she的de情qing況kuang下xia，安an全quan地di呼hu應ying反fan響xiang堆dui傳chuan輸shu給gei熱re交jiao換huan器qi熱re量liang的de改gai變bian。

7.餘熱排出體係

核燃料細管便於燃料鹽與外圍冷卻劑鹽之間熱傳遞，冷卻劑鹽作業溫度高達770°C。加熱時
，經過石墨砌體通道
，天然對流上升到反響堆頂部。熱的主冷卻劑進入熱交換器，冷卻後返回堆芯底部
，徹底靠非能動地“天然對流”。

FLEX反響堆的高溫輸出
，可與GridReserve©相結合。GridReserve©bianshigechuretixi，bafanxiangduishuchuderenengzhucunzaidaxingrongyanguannei。zhexieyanyihoukeyonglaifashengzhengqi，congerjingguochuantongdefadianshebei
，anzhaozhengchanggongyeanquanguifanfadian。meitiandianlixuqiugaoshi，GridReserve©可使發電設備輸出反響堆額定功率幾倍的電力。

這(zhe)個(ge)體(ti)係(xi)的(de)眾(zhong)多(duo)長(chang)處(chu)之(zhi)一(yi)是(shi)
，貯(zhu)存(cun)熔(rong)鹽(yan)的(de)流(liu)動(dong)無(wu)需(xu)反(fan)響(xiang)堆(dui)操(cao)縱(zong)員(yuan)控(kong)製(zhi)。由(you)於(yu)反(fan)響(xiang)堆(dui)非(fei)能(neng)動(dong)地(di)調(tiao)理(li)出(chu)力(li)
，發(fa)電(dian)設(she)備(bei)的(de)運(yun)轉(zhuan)人(ren)員(yuan)不(bu)必(bi)擔(dan)心(xin)改(gai)動(dong)或(huo)中(zhong)止(zhi)發(fa)電(dian)設(she)備(bei)，對(dui)核(he)反(fan)響(xiang)堆(dui)運(yun)轉(zhuan)有(you)什(shen)麼(me)影(ying)響(xiang)。

冷卻劑鹽

傳統核反響堆運用的冷卻劑存在嚴峻的安全隱患。例如，因部件故障壓力下降，水可“閃蒸”chengzhengqi。yongnazuolengquejideguihuazengyinqihuozai。renhegaoyaqilengduibixuyouanquantixi，yiguankongyalihonggouchengxianpokou
，congerdaozhiduixinshilengdejieguo。yiner

，congxianyoufanxiangduixuedaodeshouyaojingyanshi，yunyonghuaxuehewulishanganwendechangyalengqueji，rurongyan。

FLEX反fan響xiang堆dui運yun用yong專zhuan利li的de鋁lv氟fu化hua物wu和he鈉na氟fu化hua物wu共gong晶jing混hun合he物wu作zuo為wei主zhu冷leng卻que劑ji。類lei似si的de鹽yan混hun合he物wu已yi在zai鋁lv冶ye煉lian行xing業ye用yong了le幾ji十shi年nian，堅jian信xin它ta與yu石shi墨mo慢man化hua劑ji沒mei有you相xiang互hu作zuo用yong。

熔鹽對金屬的腐蝕是業界長期存在的難題。在冷卻劑鹽內熔入少數的鋁，鏟除任何或許泄入堆內的氧氣
，可防腐蝕。

剩下發熱

非能動排出餘熱體係(RHRS)接連運轉，排出的熱量占反響堆額定功率的0.5%。為完成體係徹底“非能動”，值得接受這點丟失。它運用空氣天然對流
，冷卻反響堆箱體外層的底部

、兩側和頂部。部分溫度限製在300~400°C。反響堆箱體外側與堆坑壁之間的空間
，分為內部和外部風管
，作為冷空氣發生的進、出口。然後
，空氣排入反響堆廠房(見圖6)。

圖6：餘熱排出體係

假如反響堆額定功率運轉時徹底中止“散熱”，最初的高衰變熱會使反響堆升溫
，比正常運轉溫度高約50°C。爾後，經過RHRS接連排出0.5%的額定熱能，直到溫度足夠低，相對運轉溫度下降的反響性溫度，足以重返臨界狀況。之後反響堆安穩在滿功率的0.5%，直到電廠運營者需求更多的熱量停止。

見地與思考

安穩熔鹽堆(SSR)是英國化學家、Moltex動力公司董事會主席伊恩·斯科特(Ian Scott)的創造，方針是“讓清潔動力比化石燃料更廉價”。SSR有熔鹽堆的全部優勢，是典型的先進堆;但把熔鹽燃料的發熱與冷卻功用“別離”
，僅用來替代水冷堆燃料組件的固態燃料芯塊，避開了熔鹽堆最棘手的應戰，看起來就像傳統水冷堆(PWR
、BWR)那麼熟悉……

FLEX型安穩熔鹽堆是Moltex動力公司安穩熔鹽熱譜堆(SSR-U)規劃[5]的簡化和改善。它簡化到極致，隻剩下“核島”部分，僅靠固有、非能動規劃體係“天然循環”運轉。凡有或許發生放射性反常的體係，均無“運動”部件;與核控製區外的儲熱與慣例發電部分“耦合”，致使整個現場成為比規劃核容量高數倍、可調度的“儲能”設備。

FLEX型SSR有幾個專利規劃，還沒有給出詳細的規劃參數。但幾個參數令人印象深刻：

—初裝核燃料為低濃鈾(6%)氟化物鹽，簡直與傳統輕水堆的核燃料濃縮度相同;

—換料周期20-25年
，電廠壽數75年;

—石墨慢化劑;

—可供應750℃的熱能;

—募集私有資金製作，不靠國家讚助

……

在國際上
，水冷PWR/BWR小型模塊式反響堆(SMR)，NRC已給NuScale和BWRX-300型規劃頒布答應
，第四代核能和先進SMR開發已會集在高溫冶金後處理工藝和熔鹽堆，再花費時刻和資源開發其他類型的先進堆
，價值不高。研討、開發SSR型熱譜和快譜堆是開展先進SMR的捷徑，值得組織核能界深入探討、研討。

資料與注釋

[1]MoltexFLEX,New UK nuclear reactor offers lifeline amid energy crisis,September 29,2022.

[2]MoltexFLEX,The FLEX reactor:A technical description,September 2022.

[3]固有安全，inherently safe：依托物質/物體固有賦性等天然規律保證安全，如水往低處流
，冷熱空氣對流……

非能動安全，passive safety：毋需依靠外部輸入而執行功用的;其功用的執行是在感受到某種參數
，如壓力、溫度、流量的改變後完成的;基於不可逆動作或改變又非常可靠的，也屬此類。

[4]GridReserve©，Moltexn動力公司規劃的電(熱)網儲能設備，特指熔鹽(太陽鹽)儲熱罐及隸屬的管網設備(泵

、閥等)。

[5]IAEA,Advances in Small Modular Reactor Technology Developments:A Supplement to:IAEA Advanced Reactors Information System(ARIS)p.221-224,Stable Salt Reactor–Thermal Spectrum(Moltex Energy,UK),2018 Edition.