什么是釷基熔鹽堆?
釷基熔鹽堆核能系統(Thorium Molten Salt Reactor Nuclear Energy System,TMSR),是第四代(GEN-Ⅳ)先進核能系統的候選路線之一,它包括釷基核燃料、熔鹽堆、核能綜合利用等三大子系統,具有高固有安全性、核廢料少、防擴散性能和經濟性更好等特點。
核心技術特點:1、用稀土元素釷作為核燃料,其好處是資源豐富、供應充足、還能消納一部分乏燃料甚至核廢料;2、用熔鹽作為換熱介質,對水資源的消耗很少;3、熔鹽堆在運行過程中本身不帶壓,出現事故能自動停止聚變反應,安全性好,發生核泄漏等重大安全事故的概率很低。即使發生事故,熔鹽也會自動流入儲罐封存。冷卻后凝固成固體,不會四處擴散。熔鹽本身的放射性很弱,對人體的危害很小。技術原理參照下圖:
以釷基熔鹽堆為代表的第四代核電站的主要優勢在哪里?
首先是該系統的耗水量很少,適合在內陸干旱地區建設。而傳統的核電站要么建在沿海地區,要么建在水資源豐富的河流沿線。一旦出現核事故,含有核污染的廢水很可能流入江河湖海,對人類生產生活帶來巨大威脅。與人員密集的東部地區相反,西部內陸地區缺水且人口密度小,顯然更適合建設新一代核電站,通過特高壓電網等方式向東部地區輸送能源。
其次是造價和運維成本更便宜,能大幅度降低上網電價。有助于減少人類對石油、煤炭等化石能源的依賴。釷基熔鹽堆核電站,既可以輸出電力(布雷頓循環發電),也可以輸出氫氣(高溫電解制氫),或聯產甲醇(二氧化碳與氫,經過催化合成)等大宗化工產品。
雖然由中科院等牽頭的釷基熔鹽堆核能系統試驗堆從2018年起,已經在甘肅省武威市民勤縣紅砂崗工業集聚區開工建設,預計2020年底建成并展開測試。在試驗堆成功的基礎上,進一步開展百萬千瓦級商業堆的研發與推廣,預計還要花費十年左右的時間才能大規模商用。
對比一下泰拉能源(比爾蓋茨投資并擔任董事長)的行波堆技術是一種滿足四代核能技術要求和安全標準的金屬燃料鈉冷快堆,它采用鈾鋯合金燃料,換料周期長并可以大量使用貧鈾,機組可利用率設計值高于90%,具有高效利用鈾資源、減少乏燃料卸出量等優勢。其換熱介質是金屬鈉(升溫后以液體金屬的方式參與核燃料冷卻并帶走熱量)。核燃料是鈾鋯合金。技術特點是可以充分利用貧鈾,提高核燃料的轉化率。雖然比爾蓋茨一直在推動中美合作共同研發,但由于受到美國政府阻擾,泰拉能源與中國核能的合作已經終止。該技術路線的商業化也已經變得遙遙無期了。
那么,釷基熔鹽堆商業化的直接受益企業有哪些呢?例舉如下:
$包鋼股份(SH600010)$——包鋼白云鄂博礦區中“釷”儲量約22萬噸,占全國釷資源儲量的77.3%,其中7萬噸殘留在尾礦廢渣中,因找不到市場需求而長期露天堆存,形成巨大的安全隱患。一旦釷基熔鹽堆實現商業化,這些廢渣立刻變廢為寶;
鹽湖鉀肥,雖然已經從A股退市。但公司還在正常運營。鹽湖集團的電解鎂等屬于高耗能項目,如能獲得釷基熔鹽堆的廉價電力,生產成本有望大幅度下降,從而推動金屬鎂的市場競爭力的提升,為青海鹽湖的氯化鎂資源的有效利用打開了大門;
$中國鋁業(SH601600)$:電解鋁屬于高耗能產業,急需廉價的電力資源,實現降本增效;
$中煤能源(SH601898)$、中國神華:有助于煤炭資源深加工。譬如回收燃煤電廠的二氧化碳,用于生產甲醇等。極大的促進以甲醇為原料的系列產品的產業化價值(如醋酐、醋酸、乙二醇、草酸、甲醇制烯烴等)。
小參考:核電站的一、二、三、四代技術
第一代(GEN-I)核電站是早期的原型堆電站,即1950年至1960年前期開發的輕水堆(light water reactors, LWR)核電站,如美國的希平港壓水堆(pressurized-water reactor, PWR)、德累斯頓沸水堆(boiling water reactor, BWR)以及英國的鎂諾克斯(Magnox)石墨氣冷堆等;
第二代(GEN-Ⅱ)核電站是1960-1990年在第一代核電站基礎上開發建設的大型商用核電站,如LWR(PWR,BWR)、加拿大坎度堆(CANDU)、蘇聯的壓水堆VVER/RBMK等。到21世紀10年代初,世界上的大多數核電站都屬于第二代核電站;
第三代(GEN-Ⅲ)是指先進的輕水堆核電站,即1990年后期到2010年開始運行的核電站。第三代核電站采用標準化、最佳化設計和安全性更高的非能動安全系統,如先進的沸水堆(advanced boiling water reactors, ABWR)、系統80+、AP600、歐洲壓水堆(European pressurized reactor, EPR),以及我國自主研發的華龍一號(百萬千瓦級壓水堆核電技術)等;
第四代(GEN-Ⅳ)是現階段正在開發的核電站,其目標是到2030年達到實用化的程度,主要特征是經濟性高、安全性好、廢物產生量小,并能防止核擴散,無疑會更符合聯合國五常的利益。