比尔·盖茨投资美国首座四代核电站开建

界面新闻记者 | 戴晶晶

美国首个第四代核电项目启动建设。

当地时间6月10日，微软创始人比尔·盖茨在个人网站 “盖茨笔记”(GatesNotes)上宣布，美国首个“下一代“(next-generation)核电站当日在怀俄明州的凯默勒市破土动工，启动非核部分建设。

该核电站为核能公司TerraPower所研发的钠冷反应堆Natrium的示范项目。2008年，比尔·盖茨创立了TerraPower，旨在开发安全、具有成本效益的核反应堆。

在经过15年多的筹备后，Natrium示范项目成为了西半球第一个启动建设的先进核反应堆项目，并有望作为美国首个商用先进反应堆，预计在2030年投运。

“这对怀俄明州当地经济、美国的能源独立和应对气候变化都是一个巨大的里程碑。”比尔·盖茨在文章中写道。

Natrium反应堆示范项目是一个345兆瓦的钠冷快堆，属于第四代核电堆型，特点是配有熔盐储能系统，能在电网需要时将输出功率提高至500兆瓦。

下一代核电即第四代核电堆型，为美国核管理委员会(NRC)定义范畴中的先进反应堆。NRC将非轻水反应堆(non-LWR)设计称为先进反应堆。这些反应堆将采用不同于美国现有运行反应堆的技术，如具有被动安全特性，使用不同的燃料或冷却剂，或将整个反应堆缩小。

钠冷快堆使用液态钠代替水作为冷却剂。比尔·盖茨在博客中描述了采用这一技术方案的优势：

液态钠的沸点比水高八倍以上，可以吸收反应堆堆芯中产生的所有额外热量。与水不同，钠会随着加热而上升，并随着上升而冷却，因此不需要泵送。即使电站失去动力，钠也会继续吸收热量，而不会达到导致熔毁的危险温度。

今年5月，美国核管理委员会发出信函通知TerraPower，已接受Natrium反应堆在凯默勒市的建设许可申请，并提交审查。

这是40多年来，美国首个走到该步骤的商业非轻水反应堆。一旦获得批准，也将是美国核管理委员会有史以来第一次为商业非轻水动力反应堆颁发建设许可证。

“审查过程将需要几年时间。在此期间，TerraPower将建设该设施的非核部分。”比尔·盖茨表示。该项目主要由“能源岛”(Energy Island)和核岛两部分组成。其中，“能源岛”将于明年开始建设，蒸汽涡轮机和其他实际发电的机械将在此地安装。

这座钠冷快堆的功率超过了小型先进模块化多用途反应堆(SMR)的300兆瓦门槛，但相对传统压水堆仍较小，工程面积和建造时间有所缩减。传统压水堆的装机容量通常在600兆瓦以上。

TerraPower团队希望Natrium示范项目能在2026年正式开启核岛的建设，并在2030年实现投产。

Natrium示范项目，左边为能源岛，右边为核岛。图片来源：TerraPower

Natrium示范项目预计耗资高达40亿美元(约合290亿元人民币)，美国能源部(DOE)的先进反应堆示范项目(ARDP)已授权分担其中20亿美元的成本，TerraPower及其合作伙伴将进行对等的投资。

2022年，TerraPower完成了8.3亿美元的股权融资，投资方包括韩国SK集团和现代重工集团，以及钢铁集团安赛乐米塔尔(ArcelorMittal)等。

随着今年4月佐治亚州沃格特勒核电站(Vogtle)4号机组正式投入商业运行，美国已无任何在建的新核电站。当前，美国政府传达出加速复兴核电的信号，并聚焦于推动SMR和其他先进核反应堆发展。

今年5月，白宫发布的事实说明文件提及，拜登签署了一项国会拨款计划，将提供8亿美元(约合58亿元人民币)资助最多两个先进三代(Gen III+)SMR示范项目。

去年12月，美国核管理委员会核准了首座四代核电堆——Hermes非动力示范反应堆。但该反应堆仅用于提供运行数据，以支持开发用于商业发电的大型反应堆，不进行实际发电。

美国也在部署先进核燃料，以突破该国先进核反应堆发展的瓶颈。

高丰度低浓铀(HALEU)是铀-235丰度大于5%且小于20%的浓缩铀，能够允许更小的堆型设计，更高的燃烧效率并减少废物量，为先进核反应堆所需的关键材料。

Natrium示范项目所需的燃料也是HALEU。但目前仅有俄罗斯和中国拥有大规模生产HALEU的基础设施。

美国能源部预测，到2030年美国可能需要超过40吨的HALEU，且每年还需要更多的这种燃料以便及时部署一批新的先进反应堆。

今年5月，TerraPower和Framatome宣布了一项协议，将合作在华盛顿州里奇兰的Framatome核燃料制造工厂设计和开发HALEU的冶制试点生产线。

作为GIF的成员国，中国主要参与了气冷快堆外的另五种堆型的合作研发，全球首座四代核电石岛湾高温气冷堆已于去年12月6日投入商运。

钠冷快堆是目前运行经验最丰富的先进核能系统，全球范围内运行时间累计达到400堆年。2022年12月，中国小型钠冷快堆核电源研发工作取得重要突破，在国际上首次实现耦合斯特林发电系统的小型钠冷快堆核电源非核集成测试装置“一键启停堆”验证试验。