【专题】用于军事基地的小型核反应堆技术介绍

系统技术交流 2024-10-08 13:38:37

随着全球电力需求的增加,以及 加强减少碳排放的努力,核电是 作为能源生产的可行选择反复提出。而 2011 年日本福岛第一核电站的灾难已经造成了 美联储反对核能的论点,许多国家都在推动新的 核能技术的发展。[1]自 1970 年代以来,核能 工厂已经建造得尽可能大 - 通常在 1000-1400 MW 的电输出功率 (MWe) - 但现在许多新的 设计建议使用更小的核反应堆,产量更低 超过 300 MWe。[2]虽然这些设计很有前途,但它们未经测试 并带来新的扩散风险。使用 用于能源生产的小型反应堆,但 军事 使它们更有可能用于军事目的。这些小 反应堆可以安装在军事设施和前方 运营基地以提高能源安全,减少对燃料的依赖 护航,并确保在国内外的持续运营。

小型核反应堆

适用于小型核反应堆的广泛设计 使得很难概括他们的技术,但有几个 其中的总体主题。这些包括灵活性、 简化、被动冷却和安全功能,以及更低的资本 成本。[2-4] 这些反应器的灵活性通常源于 他们设计的模块化性质。统称为小型模块化 反应器 (SMR),这些可以随着负载的增加而逐渐增加, 理论上,每个额外的反应器都更容易、更便宜 建。[4] 新设计的主要安全功能包括 重力冷却、紧凑性、更少的冷却剂管,以及 地下安装,如图 1 中的示例设计所示。

小型模块化反应器简介

小型核反应堆通常定义为 容量小于 300 兆瓦的反应堆,与 1,000 多兆瓦容量的大型核设施。[1] 这些 反应器通常被称为小型模块化反应器 (SMR)。以 SMR 体积小,大多数通常在场外工厂组装 然后运送到他们的最终目的地。[2] 随着电力需求 增加,可以很容易地安装额外的 SMR,从而使 SMR 设施高度可扩展。这些反应器可以独立运行 已建立的电网,使他们能够在 停电并充当辅助备用电源。[1] 图 1 显示 这些反应器的一个潜在设计,并提供一个高级 解释它们的工作原理。鉴于其潜在优势,SMR 具有 对世界上最大的能源用户之一极具吸引力:美国军队。具体来说,美国军方正在调查 使用 SMR 为国内外军事基地供电。[3] 本报告将讨论相关的潜在好处和风险 在这两个环境中使用 SMR。

为了给国内军事基地供电,美国军队 目前依赖民用电网。事实上,美国军方 设施 99% 的电力来自民用电网。[4]这个电网已经有几十年的历史了,并且存在可靠性问题。这 这个电网的脆弱性在 2003 年的东北部得到了明显的证明 停电,导致美国超过 5000 万人和 加拿大停电长达一周。此外,最近的报告 美国国土安全部 (Department of Homeland Security) 建议对 美国电网可能导致该国三分之一的地区断电; 包括受影响地区的军事基地。[4]虽然这些 装置具有燃气形式的备用电源 发电机,这些解决方案最多只能持续几天。鉴于 这些风险,美国军方一再表示希望 将军事基地转变为能源自给自足的岛屿。行为 这样就可以让他们在电网范围的停电中幸存下来,确保他们的 在这些情况下,运营弹性和分发援助的能力。[4]

因为他们的个体力量相对较轻 需求,美国军事设施可能由单个 SMR,使它们完全独立于民用电网。[5] 此外,如果单个 SMR 不够用,则 SMR 的可扩展性 允许为每个人创建量身定制的解决方案 安装。最后,使用产生能量的 SMR 对环境影响很小,将有助于美国军队减少其 碳足迹,符合其减少温室气体的既定目标 排放。[6]

前线作战基地

SMR 为国内基地提供的许多好处 能源独立、可扩展性、减少排放也适用于 前沿作战基地。重要的是,SMR 的可运输性是 在国外安装核反应堆的关键因素 军事设施。已建成的反应器可以是 运送到最终目的地并更轻松地安装 而不是在现场端到端地建造反应器。[6] SMR 呈现很多 比军队现有的方法更具吸引力的替代方案 为他们的前线作战基地提供动力:燃气燃料发电机。[7] 为了补充这些发电机,军队使用了一支燃料车队 卡车。由于它们的重要性,这些卡车代表了 这些前沿作战基地周围的敌人的高价值目标; 2002 年至 2011 年间,大约有 1,000 名士兵在 与燃料相关的任务。[7] 将发电转向 SMR 将 大大减少甚至可能消除 - 对这些的需求 危险的补给任务,可能挽救 过程。

尽管 SMR 具有许多优点,但 SMR 的使用并非如此 没有缺点。增加额外的核反应堆,这将 可能遍布全国甚至全球, 显著增加管理核废料的难度 处理。对于家用装置上的 SMR,废物将 可能需要长途运输到现有的核废料 存储设施。[6]在前沿作战基地的情况下,这 如果没有简单的现有解决方案,问题变得更加复杂。

不能主张增加核能的使用 反应堆,而不解决对这些反应堆的潜在攻击问题 网站。虽然国内军事设施上的 SMR 无疑会 成为恐怖袭击的潜在目标,他们与 大型设施,同时也只能提供一小部分 破坏。[6] 真正的问题在于 SMR 的安全性 前沿作战基地。许多美国前线作战基地位于, 或附近,是敌对叛乱组织的家园。作为 因此,这些设施经常受到迫击炮攻击, 使位于前沿作战基地的任何 SMR 都处于极度危险之中 和高价值目标。更紧迫的是,这些基地面临 被敌人俘虏。[6]在这种情况下,将 SMR 部署到 前沿作战基地对 核武器。

而小型核反应堆的好处是 有希望,但仍有许多未解决的缺点。来自技术 从的角度来看,新的小型反应器设计还不成熟。当前的 数十年来,大型轻水反应堆舰队已经展示了 以非常高的标准成功运行,以及新的小型反应器 设计需要经过严格的测试以证明其价值。新增功能 控制和安全系统、非传统组件,以及 非常规燃料和冷却材料是设计的例子 这些功能需要多年时间才能发展为商业可行性。

小型核反应堆面临的其他挑战包括 非技术性。首先,市场上太多的竞争设计创造了 混乱和延迟实现标准化的能力,那将 是广泛采用所必需的。另一个挑战是偏见 实现规模经济的大型核电站。[2,3] 和 也许在政治上最重要的是,小 核反应堆意味着恐怖袭击的目标更多 以及由于分散的废物而增加的扩散风险 存储。

军队的理由

美国国防部 (DOD) 是最大的 世界石油的组织用户。[5]2011 年,国防部 消耗了大约 1.17 亿桶石油,并为此支付了 170 亿美元。[5]由于这些巨大的成本 - 财务和其他 - 这 消费,国防部认识到它需要大幅改变 它产生并消耗能量。[3] 对此的一种潜在解决方案 问题是军事基地采用小型核反应堆。能源使用的这种变化可以消除燃料护航的风险,增加 基本能源效率,增强运营能力,降低 碳排放,并减少其他与能源相关的脆弱性。[3]

美国军队有着悠久的历史 参与核电,加强了其重新采用核电的理由 它。美国海军下水了世界上第一艘核动力潜艇 1954 年,从那时起,海军已经运行了数百枚核武器 潜艇成功。[6]此外,美国陆军工程兵团 从 1954 年到 1979 年,他实施了一项实验性核能计划。这 陆军的小型核反应堆为远程设施发电 在格陵兰岛、南极洲、阿拉斯加和其他地方。[6] 该程序 由于多种因素,包括 三哩岛、廉价的化石燃料价格以及整体下降 核电的国家利益。

在美国,军事设施几乎 他们的电力总是依赖民用电网。[3] 这个在全国各地建造了几十年的拼凑网格正在老化, 接近其容量限制,并且不受国防部控制。此外,它是 越来越容易受到 Kinetic 或 Cyber 攻击。一份报告 由国土安全部 (Department of Homeland Security) 发起的 对电网的协同网络攻击可能导致长达数周的 全国三分之一的地区停电。[3] 如果发生此类 攻击,许多军事基地可能会丢失关键情报, 通信和物流能力。缓解这种情况的一种方法 风险是在军事设施上建造微电网,这将 将它们与民用电网隔离开来。因为大多数碱基都有 相对轻的电力需求,位于基地的小型核反应堆 可以提供其所需的所有动力。

当美国军队在海外行动时,他们经常 不能依赖民用电网。在伊拉克的沙漠中, 例如,阿富汗的柴油发电机为电力和 前向作战基地的冷却负载,如图 1 所示。2. 2010 年,据估计,完全负担的燃料成本为 在伊拉克和阿富汗的美军每加仑高达 45 美元, 取决于输送方式和力保护要求。[5] 另一个成本更令人吃惊:从 2002 年到 2010 年,大约有 1,000 名美国人 在伊拉克和阿富汗执行与燃料相关的任务时丧生。[7] 的 国防部正在实施改善建筑物和帐篷隔热性能的计划。提高能源效率,并增加可再生能源的使用 前沿作战基地,但核能可能是一个可行的选择 完全更换柴油发电机,以提供可靠和恒定的 能源。

结论

美国国防部认识到,它有一个明确的 改变其生产和使用能源方式的义务。渴望 环境责任、能源安全和可持续性 向国防部施压,要求其摆脱对化石燃料的依赖,以及 利用小型核反应堆是前进的道路之一。军事 连接到民用电网的装置是 越来越容易受到自然灾害导致的停电影响,或者 攻击,并且当前的备用能源不足。在国外, 在石油上花费了大量的时间、金钱和人力 为前方业务采购是不可持续的,它也将 许多人的生命处于危险之中。小型核反应堆的新设计是 前景光明,但它们未经测试,在到达之前面临许多障碍 商业可行性。如果国防部推动军事应用 这些设计,也许能够证明这些的有效性 领先于民用市场的系统。本报告不涉及 在战区部署核反应堆的潜在缺点 - 这很多 - 但相反,希望为 军事基地是一个值得探索的选择。

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