《麻省理工报告:2030年先进核反应堆将颠覆当前核能行业》

  • 来源专题:核动力监测服务
  • 编译者: xuwenwhlib
  • 发布时间:2019-02-20
  • 2018年已经过去,世界核能发展态势以小型模块化反应堆最受关注。2019年已经到来,各国核能领域又有怎样的发展趋势?在此献上专题文章“2018年世界核能前沿发展态势及2019年趋势展望”,为读者朋友们提供些许参考。 世界能源领域2018年发展态势 小型模块化反应堆发展势头良好。全球多个核电大国正逐步实践和应用小型模块化反应堆技术(SMR),并将其列入本国核能发展战略。美国已提出小型反应堆是其占领核电技术制高点的新技术,并计划到2025年投入100亿美元来部署小型模块堆产能。俄罗斯首座浮动核电站“罗蒙诺索夫院士号” 由两座小型反应堆组成,发电量达70兆瓦,已首次实现持续链式反应。韩国SAMRT小堆、阿根廷CAREM小型堆等也都由概念设计阶段步入发展实践阶段。 世界能源领域2019年趋势展望 全球能源供应呈多元化趋势。在国际能源格局动荡的背景下,各国都在不断调整能源供应结构,以期能源来源更多元化。法国计划到2035年将核反应堆发电量占比从目前的75%降至50%,以减少对核能的依赖并促进可再生能源发展。日本新“能源基本计划”确定在2030年之前将可再生能源、核能、煤炭、液化天然气的发电比例维持在20%-30%之间。波兰公布2040能源政策草案,计划大幅增加核电和可再生能源在能源结构中的比例,以不断降低对煤炭的依赖。韩国政府将制定利用更多天然气和可再生能源的能源路线图,以期到2030年将可再生能源占比提升至20%。 先进核技术继续成为各国研究热点。麻省理工学院的报告认为,先进、非常规核反应堆将在2030年颠覆当前的核能行业。各国政府对先进核电技术的关注必将加快其投入使用进程。特朗普政府签署的《能源部研究与创新法案》、《核能创新能力法案》等将促进下一代核反应堆技术的发展,并在资金上大力支持新型核电技术的研发。欧盟明确小型堆发展目标,计划2030年前在欧洲投入使用。英国政府为核聚变项目提供资金支持并将开展先进核反应堆燃料关键项目研究。俄罗斯首座浮动核电站“罗蒙诺索夫院士”号将于2019年率先进入发电测试阶段。美国、英国、加拿大、日本等国将继续开展不同层次的小型模块化反应堆技术的研发合作。

相关报告
  • 《麻省理工选出的全球十大突破性技术》

    • 来源专题:科技大数据监测服务平台
    • 编译者:zhoujie
    • 发布时间:2020-10-13
    • 《麻省理工科技评论》每年都会评选出当年的“十大突破性技术”,这份在全球科技领域举足轻重的榜单,曾精准预测了脑机接口、智能手表、癌症基因疗法、深度学习等诸多热门技术的崛起。 正如比尔·盖茨所说,看过这些突破性技术之后,你会觉得“美好的未来,值得我们为之奋斗”。 2019年,《麻省理工科技评论》选出的全球十大突破性技术包括: 1.灵巧机器人 重大意义:机器正在通过自我学习学会应对这个现实世界。有朝一日,机器人学会应对现实世界之际,正是它们真正解放人类双手之时。 主要研究者:OpenAI(人工智能非营利组织)、卡内基梅隆大学、密歇根大学、加州大学伯克利分校 成熟期:3-5年 机器取代人类工作的话题吹了这么多年,但目前工业机器人还是笨得要死。虽然机器人可以在装配线上不厌其烦地重复着同一个动作,同时还能保持超高的精度,但哪怕目标物体被稍微移动了一点,或将其替换成不同的零件,都直接Game Over。 如今,机器人虽然还无法做到和人一样,在看到物体后就明白如何拿起,但现在它可以在虚拟空间里反复训练,最终学会处理眼前的物体。 位于旧金山的非盈利组织 OpenAI 就推出了这样一套 AI 系统 Dactyl,并已成功操控一个机器手灵活地翻转一块魔方: 这套神经网络软件能够通过强化学习,让机器人在模拟的环境中学会抓取并转动魔方后,再让机器手进行实际操作。开始时,软件会进行随机的尝试,并在不断地接近最终目标的过程中,逐渐加强网络内部的连接。 现阶段,让机器人变得更加灵活还有很多困难。但如果研究人员能够很好地利用这种学习方法,未来的机器人将有望能够学会组装电子产品、将餐具放到洗碗机、甚至是能够将卧床的人从床上扶起。 2.核能新浪潮 重大意义:先进的核聚变和核裂变反应堆正在变成现实。在减少碳排放和限制气候变化的路上,核能的作用不可或缺。 主要研究者:陆地能源(Terrestrial Energy)、泰拉能源(TerraPower)、纽斯凯尔(NuScale)、通用核聚变(General Fusion) 成熟期:新型核裂变反应堆到 2020 年代中期有望实现大规模应用;核聚变反应堆仍需至少十年时间。 这个东西多牛逼不用多解释了吧?一旦我们成功突破核聚变,能源问题将得到一劳永逸的解决。这其中,我们中国也扮演着重要的角色。 在过去的一年中,新型核反应堆发展势头强劲,核能的使用将会变得更安全,成本也更低。新型反应堆的发展包括: 颠覆了传统设计的第四代核裂变反应堆 小型模块化反应堆 核聚变反应堆的突破 第四代核裂变反应堆的开发者,比如加拿大的 Terrestrial Energy 和总部位于华盛顿的泰拉能源(TerraPower),已经开始与电力公司建立研发合作关系,力争在 2020 年代之前实现并网发电(这个估计可能有些乐观)。 3.早产预测 重大意义:每年有 1500 万婴儿过早出生,这是 5 岁以下儿童死亡的主要原因 主要研究者:Akna Dx 成熟期:可在 5 年内进入临床测试。 借着早产预测,简单的验血可以预测孕妇是否有过早分娩的风险。 在过去几年中,研究人员开始通过从血液中检测肿瘤细胞的 DNA,以及通过血液检测对孕妇进行唐氏综合症等疾病的产前筛查。这些检测依赖于寻找 DNA 中的基因突变。另一方面,RNA 是调节基因表达的分子物质,能够决定从基因中产生多少蛋白质。 通过对母亲血液中的自由漂浮的 RNA 进行测序,筛选出与早产有关的七种基因表达的波动,可以识别可能过早分娩的女性。一旦警告,医生可以采取措施避免早产,并给予孩子更好的生存机会。 4. 肠道显微胶囊 重大意义:一种小型的、可吞咽的设备,不使用麻醉也可以捕捉到肠道的详细图像,婴儿、儿童也适用。这一设备让肠道疾病的探测和研究变得更为容易,其中包括使贫困地区的数百万儿童发育不良的一种疾病。 主要研究者:麻省总医院 成熟期:目前在成人体内使用;婴儿试验在今年进行。 环境性肠功能障碍(EED)可能是你从未听说过的花费最高昂的疾病之一。以肠道发炎、肠道泄露和营养吸收不良为特征,这一疾病在贫穷国家广泛传播,这也是这些地区许多人营养不良、发育迟缓、未能达到正常身高的原因之一。 没有人知道引起 EED 的具体原因是什么,也没有人知道怎样预防或治疗这一疾病。切实可行的检测手段迫在眉睫。目前唯一的办法是:麻醉患者,并将内窥镜插入喉咙。这种方法昂贵、不舒服,还不一定有用。 因此,麻省总医院(MGH)的病理学家和工程师 Guillermo Tearney 研发了一种小型设备,这种设备能够检测 EED 的表现症状,甚至可以进行组织活检。与内窥镜不同,它在基础保健检测过程中应用简单。 5. 定制癌症疫苗 重大意义: 通过识别各肿瘤的特异性突变,激发人体的天然防御能力,从而对癌细胞进行针对性破坏。传统化学疗法对健康细胞有很大影响,而且对肿瘤的治疗效果并不总是理想。 主要研究者:BioNTech 、Genentech 成熟期:已在临床试验 目前,科学家正处于将首支个性定制疫苗商业化的关键时刻。如果效果真如预期的话,该疫苗就的确能够通过肿瘤独特的突变,触发人体免疫系统对其进行识别,从而有效地阻止多种癌症的发生。 更重要的是,与传统化学疗法不同,疫苗是通过使用人体的天然防御系统来选择性地破坏肿瘤细胞的,对健康细胞的损害较有限。 6. 人造肉汉堡 重大意义:实验室培育的人造肉和植物制成的素肉,能在不破坏环境的情况下接近真实肉类的味道和营养价值。人造肉的出现,可以缓解畜牧业生产造成的毁灭性的森林砍伐、水污染和温室气体排放。 主要研究者:美国人造肉企业Beyond Meat 成熟期:目前已经有成形的植物性素肉;2020年左右可研制成功实验室人造肉。 根据联合国的预测,世界人口数量将在 2050 年达到 98 亿,人口富裕水平也会上升。但这于对气候变化来说可不是什么好事——人类一旦脱贫致富,就往往要吃掉更多肉。 据预测,到 2050 年,人类吃掉的肉会比 2005 年多 70%。事实证明,饲养供人类食用的动物,是对环境的最大伤害之一。根据动物种类的不同,以西方工业化方法生产一磅肉类蛋白要比生产等量植物蛋白多用 4 到 25 倍的水,6 到 17 倍的土地,6 到 20 倍的化石燃料。 而问题在于,人肯定不会马上就戒掉肉类。也就是说,实验室培养的人造肉和植物制成的素肉可能是抑制环境恶化的最好办法。 实验室人造肉的过程,是从动物身上提取肌肉组织,然后放入生物反应器进行培育。虽然最终成品的口感可能有待提高,但外形上已经与我们正常吃的肉差不多了。 7. 捕获二氧化碳 重大意义:实用且经济地从空气中直接捕获二氧化碳的方法,可以吸走超量排放的温室气体。从大气中去除CO2可能是阻止灾难性的气候变化最后的可行方法之一。 主要研究者:Carbon Engineering、Climeworks、Global Thermostat 成熟期:5到10年 即使我们降低目前的二氧化碳排放速度,温室气体造成的变暖效应依然会持续数千年之久。为防止气温攀升至危险范围,联合国气候变化委员会当前得出的结论是,在本世纪,全世界将需要从大气中去除高达 1 万亿吨的二氧化碳。 如今,一种叫做直接空气捕获(Direct Air Capture,DAC)的方法,理论上可以将机器捕集二氧化碳的成本降低到每吨 100 美元以下。 8. 可穿戴心电仪 重大意义: 随着监管机构的批准和相关技术的进步,人们可以轻松通过可穿戴设备持续监测自己的心脏健康。可检测心电图的智能手表可以预警如心房颤动等潜在的危及生命的心脏疾病。 主要研究者:苹果、AliveCor、Withings 成熟期:现在 手上有Apple Watch的富友,这个技术你比我更清楚啦~ 心电监测智能手表已经问世,它具有可穿戴设备的便利性,并且能够提供接近医疗设备的精度。硅谷初创公司 AliveCor 推出了一款与苹果手表兼容的腕带,该腕带可以检测出心房颤动,这是导致血栓和中风的常见原因。 去年,苹果发布了带有心电图 (ECG) 功能的 Apple Watch,并且该功能已经通过 FDA 认证。随后,健康设备公司 Withings 也宣布计划发布一款配有心电图功能的手表。现阶段的可穿戴心电图监测设备仍然只有一个传感器,而真正的心电图设备则有 12 个传感器。 目前还没有任何一种可穿戴设备能够诊断心脏病,但这种情况可能很快就会迎来转机。 9. 无下水道卫生间 重大意义: 节能厕所可以在没有下水道系统的情况下使用,并且可以就地分解粪便。23亿人缺乏安全的卫生设施,并许多人因此死亡 主要研究者:杜克大学、南佛罗里达大学、Biomass Controls、加州理工学院 成熟期:1-2年 全球大约有 23 亿人没有良好的卫生条件。由于缺乏卫生的厕所,人们将粪便倾倒在附近的池塘和溪流中,这会传播细菌、病毒和寄生虫,从而导致腹泻和霍乱。全世界每 9 名儿童中就有 1 名死于腹泻。 现在,研究人员正在努力开发一种新型厕所,这种厕所对发展中国家来说也足够便宜,不仅可以处理粪便,还可以对其进行分解。2011 年,比尔·盖茨提出重新发明厕所挑战,并设立了 X 大奖。 自从挑战开始以来,有几个团队已经将设计的厕所原型投入使用。所有的粪便都是就地处理的,不需要用大量的水把它们送到遥远的处理厂。 所以,现在的挑战是如何让这些厕所更便宜,更能适应不同规模的社区。 10. 真·可以聊天的 AI 助手 重大意义:捕捉单词之间语义关系的新技术正在使机器更好地理解自然语言。人工智能助手现在可以执行基于对话的任务,如预订餐厅或协调行李托运,而不仅仅是服从简单命令。 主要研究者:谷歌、阿里巴巴、亚马逊 成熟期:1-2 年后 我们已经习惯了人工智能助手——智能音箱的语音助手,Siri 在你的手机上为你定闹钟——但它们并没有真正做到所谓的智能,还有点“弱智”。 但这一切正越来越好。OpenAI 、谷歌的团队正加速推进,你也可能联想到,小米手机的AI已经可以和你连续对话了,这都是进步。 这些改进加上更好的语音合成系统,让我们从简单的向人工智能助手下指令转向与它们交谈。它们将能够处理日常琐事,如做会议记录、查找信息或网上购物。 在我们中国,很多人正在习惯阿里巴巴的小蜜,小蜜能通过电话帮你跟快递小哥沟通,还可以与顾客讨价还价。 这十大科技突破,有哪几样震撼到你了呢? 本文来源:广东省创新孵化器运营研究院
  • 《麻省理工:新型太阳能制氢技术效率达40%》

    • 来源专题:新能源汽车
    • 编译者:王晓丽
    • 发布时间:2023-11-28
    • 麻省理工学院(MIT)的工程师们的目标是用一种完全由太阳能驱动的新型组串式反应堆系统生产绿色、无碳的氢燃料。 在今天发表在《太阳能杂志》上的一项研究中,工程师们提出了一个系统的概念设计,该系统可以有效地产生“太阳能热化学氢”。该系统利用太阳的热量直接分解水并产生氢,可以为长途卡车、轮船和飞机提供动力,同时在这个过程中不会排放温室气体。 目前,氢气主要是通过天然气、煤炭和其他化石燃料生产的。相比之下,太阳能热化学氢(STCH)提供了一种完全零排放的替代方案,因为它完全依赖可再生太阳能来驱动氢的生产。但到目前为止,现有的STCH设计效率有限:只有大约7%的入射阳光能量被用来制造氢气,结果是低产量和高成本。 麻省理工学院的研究小组估计,他们的新设计可以利用高达40%的太阳热量来产生更多的氢气,这是实现太阳能燃料的一大步。效率的提高可以降低系统的总体成本,使STCH成为一个潜在的可扩展的、负担得起的选择,以帮助运输行业脱碳。 该研究的主要作者、麻省理工学院罗纳德·C·克兰机械工程教授艾哈迈德·高尼姆表示:“我们认为氢是未来的燃料,我们需要廉价、大规模地生产氢。” “我们正在努力实现能源部的目标,即到2030年以每公斤1美元的价格生产绿色氢。为了提高经济效益,我们必须提高效率,并确保我们收集的大部分太阳能用于生产氢气。” 太阳能电站 与其他提出的设计类似,麻省理工学院的系统将与现有的太阳能热源相结合,比如聚光太阳能发电厂(CSP)——一个由数百面镜子组成的圆形阵列,收集阳光并将其反射到中央接收塔。然后STCH系统吸收接收器的热量并引导其分解水并产生氢气。这个过程与电解非常不同,电解使用电而不是热来分解水。 概念性STCH系统的核心是两步热化学反应。在第一步中,水以蒸汽的形式暴露在金属中。这使得金属从蒸汽中吸收氧,留下氢。这种金属“氧化”类似于铁在水中的生锈,但发生的速度要快得多。一旦氢被分离,氧化(或生锈)的金属在真空中重新加热,这可以逆转生锈过程并使金属再生。除去氧气后,金属可以冷却并再次暴露在蒸汽中以产生更多的氢,这个过程可以重复数百次。 麻省理工学院的系统旨在优化这一过程。整个系统就像一列在圆形轨道上运行的箱形反应堆列车。在实践中,这条轨道将被设置在太阳能热源周围,比如CSP塔。列车上的每个反应堆都将容纳经过氧化还原或可逆生锈过程的金属。 每个反应堆将首先通过一个热站,在那里它将暴露在高达1500摄氏度的太阳热量下。这种极端的高温会有效地将氧从反应堆的金属中抽出。然后,这种金属将处于“还原”状态——准备从蒸汽中吸收氧气。为了实现这一目标,反应堆将转移到一个温度在1000摄氏度左右的较冷的站,在那里它将暴露在蒸汽中产生氢气。 铁锈和铁轨 其他类似的STCH概念遇到了一个共同的障碍:如何处理反应堆在冷却时释放的热量。如果不回收和再利用这些热量,系统的效率太低,无法投入实际应用。 第二个挑战是如何创造一种节能的真空环境,使金属能够除锈再生。一些原型机使用机械泵产生真空,尽管这种泵对大规模氢气生产来说过于耗能和昂贵。 为了应对这些挑战,麻省理工学院的设计结合了几种节能解决方案。为了回收大部分原本会从系统中逸出的热量,环形轨道两侧的反应堆被允许通过热辐射交换热量;热反应堆冷却,而冷反应堆加热。这使热量保持在系统内。研究人员还增加了第二组反应堆,它们将围绕第一列火车,朝相反的方向运动。这种反应堆的外部列车将在通常较低的温度下运行,并将用于从较热的内部列车中抽出氧气,而不需要高耗能的机械泵。 这些外部反应堆将携带第二种金属,这种金属也很容易被氧化。当它们绕圈时,外部反应堆会从内部反应堆中吸收氧气,从而有效地消除原始金属的锈蚀,而无需使用能源密集型真空泵。两组反应堆将连续运行,并产生单独的纯氢和纯氧流。 研究人员对概念设计进行了详细的模拟,发现它将显著提高太阳能热化学制氢的效率,从之前设计的7%提高到40%。 “我们必须考虑系统中的每一点能量,以及如何使用它,以最大限度地降低成本,”高尼姆说。“通过这种设计,我们发现一切都可以通过来自太阳的热量来提供动力。它能够利用40%的太阳热量来产生氢气。” 评价与展望 亚利桑那州立大学化学工程助理教授克里斯托弗·穆希奇(Christopher Muhich)没有参与这项研究,他说:“如果这能实现,它将彻底改变我们的能源未来——也就是说,使氢气生产成为可能。制造氢的能力是利用阳光生产液体燃料的关键。” 明年,该团队将建立一个系统的原型,他们计划在目前资助该项目的能源部实验室的集中太阳能发电设施中进行测试。当完全实施后,这个系统将被安置在太阳能中心的一栋小建筑里。“在这栋建筑里,可能有一列或多列组串,每列组串都有大约50个反应堆。我们认为这可能是一个模块化系统,你可以在传送带上增加反应堆,以扩大氢气的生产。”