Расплавы солей как теплоноситель
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Расплавы неорганических солей применяют в качестве теплоносителей в интервале температур от 150 до 550 С. Теплофизические свойства этой смеси солей приведены в табл. 2.8. При температуре 800 С смесь термически разлагается. Нитрит-нитратная смесь является сильным окисляющим агентом, поэтому она не должна соприкасаться с органическими веществами. Расплав солей необходимо также защищать от соприкосновения с воздухом и парами воды. [2]
Расплавы неорганических солей применяют в качестве теплоносителей при нагревании до 550 С. Установки, где применяются расплавы солей, должны отличаться высокой герметичностью и защищаться инертным газом. Смесь применяют при обогреве с принудительной циркуляцией. Нитрит-нитратная смесь является сильным окисляющим агентом, поэтому она не должна соприкасаться с органическими веществами. [3]
Расплавы неорганических солей применяют в качестве теплоносителей в интервале температур от 150 до 550 С. Теплофизические свойства этой смеси солей приведены в табл. 2.8. При температуре 800 С смесь термически разлагается. Нитрит-нитратная смесь является сильным окисляющим агентом, поэтому она не должна соприкасаться с органическими веществами. Расплав солей необходимо также защищать от соприкосновения с воздухом и парами воды. [5]
Неэлектролиты, как правило, плохо растворимы в расплавах неорганических солей с высокой плотностью энергии когезии. [8]
В монографии рассматривается поведение примесного вещества в ходе направленной кристаллизации расплавов неорганических солей на основании кривых распределения примеси по слитку. Обсуждается влияние скорости кристаллизации, концентрации примеси, температурного градиента и других факторов. Приведенные результаты могут быть полезны при использовании направленной кристаллизации в технологии очистки веществ. [9]
Более мягким, но более длительным способом является обработка насосиков горячим гликолем, расплавом неорганических солей или водой под давлением. [10]
Хранение энергии при помощи расплавленной соли выходит на новый уровень
Технология, использующая расплавленную соль в качестве теплоносителя на солнечных термоэлектростанциях, будет реализована в Китае.
Солнечные термоэлектростанции используют расплавленную соль в качестве теплоносителя. Работает система относительно просто: сфокусированные солнечные лучи направляются при помощи зеркал на башню с солью, соль плавится под воздействием температуры, переносит тепло. Его используют для превращения воды в перегретый пар, который вращает турбины, вырабатывающие электричество.
Хранение энергии в расплавленной соли
Зачем запасать энергию, да еще таким странным способом? Дело в том, что «зеленой» энергии с каждым годом вырабатывается все больше, зачастую образуются излишки, которые негде запасать. В Китае в 2017 году было потеряно 17% энергии, полученной при помощи ветровых турбин. Литиевые аккумуляторные системы пока что слишком дорогие, так что их не могут использовать все желающие. Стартап Malta утверждает, что запасать энергию можно при помощи более экономного способа.
О принципе работы системы, заложенной в основу Malta, рассказывалось еще в 2017 году. В основе всего — расплавленная соль, разогретая до высокой температуры и недорогой охлажденный антифриз. Сначала, используя тепловой насос, электричество превращают в тепло, запасая его в расплаве соли. Далее, когда электричество снова потребуется (например, ночью или в безветренный день), расплавленную соль объединяют с холодным антифризом, а тепловой насос преобразует тепло в электричество. Хранить тепло можно неделями.
Cейчас компания решила начать работать с целью получения прибыли, то есть стать коммерческой организацией, а не научно-популярным подразделением Google.
Преимущество Malta в том, что ее системы могут быть размещены где угодно (конечно, имеется в виду регион, где есть необходимость в запасании энергии). Кроме того, такая система получается не особенно дорогой, так что развертывание инфраструктуры такого рода не слишком ударит по карману налогоплательщикам или же какой-либо компании, решившей воспользоваться услугами Malta. Срок службы системы составляет 20-40 лет. В отличие от тех же литиевых аккумуляторов расплав соли не «потеряет емкость» и не испортится. Нет и выделения токсичных веществ.
Стоит отметить, что Malta базируется на разработке Нобелевского лауреата по физике Роберта Лафлина. В апреле этого года компания опубликовала патент своей разработки.
Пилотный проект будет реализован в Китае, правительство которого выразило готовность поддержать проект. Массивную систему сразу создать не получится, авторы развернут относительно небольшую инфраструктуру, которую, впрочем, легко масштабировать. опубликовано econet.ru
Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.
Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:
Проект Malta: хранение энергии при помощи расплавленной соли выходит на новый уровень
Солнечные термоэлектростанции используют расплавленную соль в качестве теплоносителя. Работает система относительно просто: сфокусированные солнечные лучи направляются при помощи зеркал на башню с солью, соль плавится под воздействием температуры, переносит тепло. Его используют для превращения воды в перегретый пар, который вращает турбины, вырабатывающие электричество.
О принципе работы системы, заложенной в основу Malta, рассказывалось еще в 2017 году. В основе всего — расплавленная соль, разогретая до высокой температуры и недорогой охлажденный антифриз. Сначала, используя тепловой насос, электричество превращают в тепло, запасая его в расплаве соли. Далее, когда электричество снова потребуется (например, ночью или в безветренный день), расплавленную соль объединяют с холодным антифризом, а тепловой насос преобразует тепло в электричество. Хранить тепло можно неделями.
Cейчас компания решила начать работать с целью получения прибыли, то есть стать коммерческой организацией, а не научно-популярным подразделением Google.
Преимущество Malta в том, что ее системы могут быть размещены где угодно (конечно, имеется в виду регион, где есть необходимость в запасании энергии). Кроме того, такая система получается не особенно дорогой, так что развертывание инфраструктуры такого рода не слишком ударит по карману налогоплательщикам или же какой-либо компании, решившей воспользоваться услугами Malta. Срок службы системы составляет 20-40 лет. В отличие от тех же литиевых аккумуляторов расплав соли не «потеряет емкость» и не испортится. Нет и выделения токсичных веществ.
Стоит отметить, что Malta базируется на разработке Нобелевского лауреата по физике Роберта Лафлина. В апреле этого года компания опубликовала патент своей разработки.
Пилотный проект будет реализован в Китае, правительство которого выразило готовность поддержать проект. Массивную систему сразу создать не получится, авторы развернут относительно небольшую инфраструктуру, которую, впрочем, легко масштабировать.
Еще одно важное преимущество MSR заключается в том, что они не производят опасных и радиоактивных газов деления, находящихся под давлением, поскольку они естественным образом абсорбируются расплавом соли.
Оценки стоимости MSR неопределенны, но отраслевые прогнозы говорят о том, что она сопоставима с LWR или дешевле. В конкретном случае стабильного солевого реактора (SSR), где радиоактивное топливо содержится в виде расплавленной соли внутри топливных стержней, а первый контур не является радиоактивным, эксплуатационные расходы, вероятно, будут ниже, а проблемы с коррозией легче устранить.
Было предложено множество вариантов конструкции, но есть три основные категории, касающиеся роли расплавленной соли:
MSR предлагают множество преимуществ по сравнению с обычными атомными электростанциями, хотя по историческим причинам они не были развернуты.
СОДЕРЖАНИЕ
История
Эксперимент с реактором на самолете
Пиковая температура эксперимента составляла 860 ° C. В 1954 году он произвел 100 МВтч за девять дней. В этом эксперименте для металлических конструкций и трубопроводов использовался сплав Inconel 600.
Лаборатория Ок-Ридж, MSRE
Национальная лаборатория Ок-Ридж (ORNL) возглавляла исследования MSR на протяжении 1960-х годов. Большая часть их работы завершилась экспериментом с реактором на расплавленной соли (MSRE). MSRE был 7,4 МВт я испытательного реактора имитирующего «нейтронное ядро» типа надтепловой тория расплавленного реактора соли нейтронов называются жидким реакционным фторид тория (LFTR). Большой (дорогой) бланкет для воспроизводства ториевой соли был опущен в пользу нейтронных измерений.
Теоретические разработки Национальной лаборатории Окриджа
Реактор размножения расплавленных солей
С 1968 по 1976 год проект MSBR получил финансирование в размере 66,4 миллиона долларов (в долларах 2019 года).
Официально программу отменили по следующим причинам:
Реактор с денатурированной расплавленной солью
Реактор с денатурированной расплавленной солью (DMSR) был теоретической конструкцией в Ок-Ридже, которая так и не была построена.
Энгель и др. В 1980 году заявили, что проект «исследует [концептуальную осуществимость энергетического реактора на расплаве солей, работающего на денатурированном уране-235 (то есть низкообогащенного урана) и работающего с минимумом химической обработки»). Основным приоритетом дизайна было сопротивление распространению. Хотя DMSR теоретически может частично заправляться торием или плутонием, заправка исключительно низкообогащенным ураном (НОУ) помогает максимизировать сопротивление распространению.
Другие цели DMSR заключались в том, чтобы свести к минимуму исследования и разработки и максимизировать осуществимость. Международный форум «Поколение IV» (GIF) рассматривает «переработку соли» как технологический пробел для реакторов на расплаве соли. Конструкция DMSR теоретически требует минимальной химической обработки, потому что это горелка, а не селекционер.
Развитие в Соединенном Королевстве
Несмотря на различный дизайн, ORNL и AERE в течение этого периода поддерживали контакты, обмениваясь информацией и посещая экспертов. Теоретическая работа над концепцией проводилась в период с 1964 по 1966 год, а экспериментальная работа продолжалась с 1968 по 1973 год. Программа получала ежегодное государственное финансирование в размере около 100 000–200 000 фунтов стерлингов (что эквивалентно 2–3 миллионам фунтов стерлингов в 2005 году). Это финансирование прекратилось в 1974 году, отчасти из-за успеха прототипа быстрого реактора в Даунрее, который считался приоритетным для финансирования, поскольку в том же году он стал критическим.
Развитие в Советском Союзе
Двадцать первый век
Интерес к MSR возобновился в новом тысячелетии из-за продолжающихся задержек в реализации программ термоядерной энергии и других ядерно-энергетических программ, а также увеличения спроса на источники энергии, которые повлекут за собой минимальные выбросы парниковых газов (ПГ).
Коммерческие / национальные / международные проекты
Канада
Компания Terrestrial завершила первую фазу предварительного лицензионного обзора Канадской комиссией по ядерной безопасности в 2017 году, в результате которого было получено заключение регулирующего органа о том, что конструктивные особенности в целом достаточно безопасны, чтобы в конечном итоге получить лицензию на строительство реактора.
Китай
Дания
Франция
Проект EVOL будет продолжен финансируемым ЕС проектом по оценке безопасности быстрого реактора на расплавленных солях (SAMOFAR), в котором сотрудничают несколько европейских исследовательских институтов и университетов.
Германия
Немецкий институт ядерной физики твердого тела в Берлине предложил двухжидкостный реактор в качестве концепции быстродействующего реактора- размножителя со свинцовым охлаждением. Первоначальная концепция MSR использовала жидкую соль для обеспечения материалов деления, а также для отвода тепла. Таким образом, возникли проблемы с необходимой скоростью потока. Использование двух разных жидкостей в разных кругах решает проблему.
Индия
Индонезия
Thorcon разрабатывает реактор на расплавленной соли TMSR-500 для рынка Индонезии.
Япония
Россия
Объединенное Королевство
Соединенные Штаты
В 2021 году Управление долины Теннесси (TVA) и Kairos Power объявили, что в Ок-Ридже, штат Теннесси, будет развернут испытательный реактор мощностью 50 МВт с фторидным солевым охлаждением.
Дизайн
Жидкосолевой сверхвысокотемпературный реактор
(Также упоминается как «высокотемпературный реактор с охлаждением фторидной солью» (FHR).)
Этот подход предполагает использование фторид-соли в качестве охлаждающей жидкости. И традиционный MSR, и высокотемпературный реактор (VHTR) были выбраны в качестве потенциальных проектов для изучения в рамках инициативы « Поколение четвертого» (GEN-IV). Одной из исследуемых версий VHTR был жидкосолевой очень высокотемпературный реактор (LS-VHTR), также обычно называемый усовершенствованным высокотемпературным реактором (AHTR).
Он использует жидкую соль в качестве хладагента в первом контуре, а не в одном гелиевом контуре. Он основан на топливе » TRISO «, диспергированном в графите. Ранние исследования AHTR были сосредоточены на графите в форме графитовых стержней, которые должны были быть вставлены в гексагональные замедляющие графитовые блоки, но текущие исследования сосредоточены в первую очередь на топливе из гальки. LS-VHTR может работать при очень высоких температурах (точка кипения большинства расплавленных солей составляет> 1400 ° C); охлаждение при низком давлении, которое можно использовать в соответствии с условиями производства водорода (для большинства термохимических циклов требуются температуры, превышающие 750 ° C); лучшая эффективность электрического преобразования, чем у VHTR с гелиевым охлаждением, работающего в аналогичных условиях; системы пассивной безопасности и лучшее удержание продуктов деления в случае аварии.
Реактор с жидким фторидом тория
Традиционно эти реакторы были известны как реакторы-размножители с расплавом солей (MSBR) или реакторы с ториевой расплавленной солью (TMSR), но название LFTR было продвинуто как ребрендинг в начале 2000-х годов Кирком Соренсеном.
Стабильный солевой реактор
Охлаждающая жидкость
МСР можно охлаждать различными способами, в том числе с помощью расплавов солей.
Твердотопливные реакторы с жидкосолевым охлаждением по-разному называются «системой реакторов с расплавленной солью» в предложении поколения IV, реакторами конвертера расплавленных солей (MSCR), усовершенствованными высокотемпературными реакторами (AHTR) или фторидными высокотемпературными реакторами (FHR, предпочтительное обозначение DOE ).
Большая часть текущих исследований FHR сосредоточена на небольших, компактных теплообменниках, которые сокращают объемы расплавленной соли и связанные с этим затраты.
Обходной путь, предложенный частным исследователем, заключается в использовании новых бета-титановых сплавов Au, поскольку это также позволит работать при экстремальных температурах, а также повысит запас прочности.
Двухжидкостные реакторы на расплаве солей
Прототипом реактора с двумя жидкостями является реактор, охлаждаемый свинцом, работающий на соленом топливе.
Выбор плавленой соли
Солевые смеси выбираются так, чтобы сделать реактор более безопасным и практичным.
У фтора есть только один стабильный изотоп (F-19), и он не может легко стать радиоактивным при нейтронной бомбардировке. По сравнению с хлором и других галогенидов, фтор также поглощает меньше нейтронов и замедляет ( « умеренные ») нейтроны лучше. Низко валентные фториды кипеть при высоких температурах, хотя многие пентафториды и гексафториды кипят при низких температурах. Они должны быть очень горячими, прежде чем они распадутся на составные части. Такие расплавленные соли являются «химически стабильными», если их температура поддерживается значительно ниже их точек кипения. Соли фторидов плохо растворяются в воде и не образуют выгорающий водород.
Литий
Смеси
Реакторные соли обычно близки к эвтектическим смесям, чтобы снизить их температуру плавления. Низкая температура плавления упрощает плавление соли при запуске и снижает риск замерзания соли при ее охлаждении в теплообменнике.
Из-за высокого « окислительно-восстановительного окна» конденсированных фторидных солей окислительно-восстановительный потенциал системы конденсированных солей может быть изменен. Фтор-литий-бериллий (« FLiBe ») можно использовать с добавками бериллия для снижения окислительно-восстановительного потенциала и почти полного устранения коррозии. Однако, поскольку бериллий чрезвычайно токсичен, в конструкции должны быть предусмотрены специальные меры предосторожности, чтобы предотвратить его выброс в окружающую среду. Многие другие соли могут вызвать коррозию водопровода, особенно если реактор достаточно горячий, чтобы производить высокореактивный водород.
0, если 0,14 эВ
Очистка плавленой соли
Методы приготовления и обращения с расплавом соли были впервые разработаны в ORNL. Целью очистки соли является удаление оксидов, серы и металлических примесей. Оксиды могут привести к осаждению твердых частиц во время работы реактора. Серу необходимо удалять из-за ее коррозионного воздействия на сплавы на основе никеля при рабочей температуре. Металлические элементы конструкции, такие как хром, никель и железо, необходимо удалить для контроля коррозии.
Обработка плавленой соли
Необходимая технология переработки топливной соли продемонстрирована, но только в лабораторном масштабе. Предпосылкой для полномасштабного промышленного проектирования реактора являются НИОКР по разработке экономически конкурентоспособной системы очистки топливной соли.
Переработка топлива
Сравнение с легководными реакторами
Концепции безопасности основываются на отрицательном температурном коэффициенте реактивности и большом возможном повышении температуры для ограничения скачков реактивности. В качестве дополнительного метода остановки может быть включен отдельный пассивно охлаждаемый контейнер под реактором. В случае возникновения проблем и для регулярного технического обслуживания топливо сливают из реактора. Это останавливает ядерную реакцию и действует как вторая система охлаждения. Ускорители, вырабатывающие нейтроны, были предложены для некоторых сверхбезопасных субкритических экспериментальных проектов.
Оценки затрат 1970-х годов были немного ниже, чем для обычных легководных реакторов.
Температуры некоторых предлагаемых конструкций достаточно высоки, чтобы выделять технологическое тепло для производства водорода или других химических реакций. По этой причине они включены в дорожную карту GEN-IV для дальнейшего изучения.
Преимущества
MSR предлагают много потенциальных преимуществ по сравнению с существующими легководными реакторами:
ThorCon: инновационная АЭС на расплаве соли
ThorCon — простой реактор на расплаве соли (жидкосолевой реактор), в котором топливо хранится в жидком виде. Авторы проекта считают, что это самый безопасный и надёжный источник ядерной энергии.
Ядерную установку предполагается размещать на глубине 30 метров под землёй. Между топливным хранилищем и поверхностью располагается четыре газонепроницаемых барьера, три из которых — на глубине более 25 метров. В отличие почти от всех существующих реакторов, ThorCon работает при давлении, которое практически не отличается от атмосферного. При разрыве основного контура не происходит рассеивания энергии. Пролившееся топливо просто течёт в сливной бак, где охлаждается.
Наиболее проблемные продукты расщепления — стронций-90 и цезий-137 — химически связываются с солью, и вместе с ней стекают в сливные баки.
Если по какой-то причине осуществляется перегрев, то ThorCon автоматически отключается, сливает топливо из основного контура и пассивно поглощает тепло от распада. Нет необходимости во вмешательстве оператора. Более того, оператор не может никоим образом помешать процессу слива топлива и охлаждения, что обеспечивает «защиту от дурака».
Разработчики подчёркивают, что в ThorCon не применяется никаких экспериментальных и новых технологий, всё давно изучено. ThorCon — это просто увеличенная копия проверенного и хорошо зарекомендовавшего себя реактора Molten Salt Reactor Experiment (MSRE). Поскольку пилотный проект был успешный, то логично было бы проверить конструкцию в полном размере. Авторы считают, что в течение четырёх лет можно ввести в строй прототип на 250 MWe и нет никаких причин, почему бы он не заработал.
Проверка прототипа завершится в ближайшие годы, и после разрешения регулирующих органов станет возможным сооружение АЭС нового типа в США.
Модульный реактор предполагает быструю сборку.
Раскопка, установка оборудования и запуск реактора на 1 GWe займёт не более года. Для установки нужна территория от 10 гектаров.
Стоимость экологически чистого электричества в ThorCon оценивается примерно в 3-5 центов за kWh, в зависимости от мощности реактора.