一體化熔鹽堆（IMSR）代表了一類可替代燃燒化石燃料提供工業(yè)熱的清潔能源，IMSR結(jié)構(gòu)緊湊、高效，成本可與化石燃料競爭。IMSR是第四代反應(yīng)堆系統(tǒng)，是橡樹嶺國家實驗的熔鹽堆實驗工作一個有力的后繼者。

 

地球能源美國公司目前正在與愛達荷國家實驗室合作，致力于將IMSR與先進的工業(yè)系統(tǒng)整合，而且已經(jīng)設(shè)計和提出了幾種工業(yè)系統(tǒng)，這些工業(yè)系統(tǒng)可為能源密集型企業(yè)的氫氣、氧氣以及氨氣、甲醇的生產(chǎn)制造提供穩(wěn)定的熱能和動力。

 

海水淡化也是一個可以應(yīng)用IMSR熱能的重點產(chǎn)業(yè)。

 

IMSR具有成為一種變革性技術(shù)的潛力，可與先進的工業(yè)系統(tǒng)相結(jié)合，成為一項新型的、革命性清潔工業(yè)產(chǎn)業(yè)。

 

 

IMSR核電站可快速并入電網(wǎng)，以滿足用電需求。圖片來源：美國地球能源

 

一體化熔鹽堆工作原理

 

一體化是公司的專有設(shè)計，為堆芯的主要部件（泵、主要的HX）都緊湊地密封在可更換的組件中，即IMSR堆芯組件中；

 

堆芯組件的更換周期為7年，舊的組件可以原地存儲；

 

IMSR是一種“池式”反應(yīng)堆，不會泄露到反應(yīng)堆容器中；

 

IMSR燃料——熔鹽是一種液態(tài)、高溫氟化物鹽，運行溫度為700攝氏度；

 

熔鹽具有很高的熱穩(wěn)定性，而且是優(yōu)良的導(dǎo)熱載體；

 

IMSR燃料鹽可以通過現(xiàn)有的方法和規(guī)定進行生產(chǎn)；

 

載有核燃料的燃料鹽在反應(yīng)堆運行期間不會離開反應(yīng)堆堆芯容器；

 

燃料鹽可在石墨堆芯的閉合環(huán)路中循環(huán)，燃料在熱中子能譜進行裂變生成的熱通過熱交換器進行熱交換，將熱傳遞到二回路，之后燃料鹽通過回路循環(huán)到堆芯中；

 

反應(yīng)堆堆芯中有石墨慢化劑——在慢化區(qū)域外，熔鹽無反應(yīng)活性；

 

二回路熱交換器將二回路鹽的熱量傳遞到溫度約為600度的三回路工業(yè)鹽中，這些鹽可以將熱傳遞大約5公里；

 

IMSR生成的氚的很少，此外IMSR的三回路設(shè)計將進一步確保氚不會擴散出核島之外；

 

IMSR可以使用濃縮低于5%的鈾，隨著IMSR技術(shù)未來的更新?lián)Q代，IMSR還可以使用其他各種形式的燃料，包括釷基燃料以及來自現(xiàn)有反應(yīng)堆的乏燃料；

 

IMSR反應(yīng)堆可以快速的并入電網(wǎng)，以滿足用電需求；

 

IMSR的發(fā)電成本低于50美元/MWh，相比燃燒化石能源的火電有很強的競爭力。

 

 

這種類型的高溫?zé)岱磻?yīng)堆不僅僅可生產(chǎn)電力，IMSR核電可以通過液態(tài)鹽向工業(yè)能源區(qū)提供600度的熱量，區(qū)域范圍為5公里，這使得IMSR可以很容易在非用電高峰區(qū)將電力供應(yīng)切換至非電力供應(yīng)（熱能），這樣將最大程度的利用IMSR的生成熱，并使的IMSR可以以最有效的方式運行。

 

IMSR堆芯的主要部件（泵、主要的HX）都緊湊地密封在可更換的組件中，即IMSR堆芯組件中。

 

儲熱/海水淡化

 

全球?qū)τ诎踩娘嬘盟男枨笳诳焖僭鲩L，其增長速度比天然的、源源不斷的淡水資源供給速度的還要快，此外，預(yù)計全球電力需求也將大幅增長。

 

海水/咸水的淡化極其耗能，IMSR可以以極具有成本競爭力的價格為工業(yè)規(guī)模的海水淡化工業(yè)提供清潔電力，以便在將來進一步部署海水脫鹽技術(shù)。

 

除了可以利用熱能進行海水淡化外，高溫工業(yè)鹽還可以用于大規(guī)模儲能，這項技術(shù)目前已經(jīng)開始利用?；贗MSR的熱鹽可以用于存儲電網(wǎng)中風(fēng)能和太陽能產(chǎn)生過剩的電力，該系統(tǒng)將不再需要基于電網(wǎng)的電力存儲，而且可以與風(fēng)能和太陽能發(fā)電互為補充。廉價和有效的基于熔鹽的熱存儲將來可以用作燃料電池，可以在不對電網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生危害的情況下，在適當(dāng)?shù)姆?wù)水平下，在一定需求曲線下進行服務(wù)。

 

地球能源（美國）和愛達荷國家實驗室（INL）的研究表明，IMSR核電是一個非常有效的能源系統(tǒng)，相對于其他正在審核中的核電系統(tǒng)而言，可以提供不斷增長的水資源供應(yīng)，為電網(wǎng)提供穩(wěn)定的電力。即，不斷增長的電力和水的需求，可以通過IMSR滿足。

 

高溫制氫

 

使用天然氣制氫是現(xiàn)在制氫的主要方式，但這種方法對于天然氣的價格高度敏感。IMSR可以提供一種可靠且安全的制氫方式，該種方法甚至可以忽略原產(chǎn)品價格波動的影響，IMSR在發(fā)電的同時可以為制氫和制氧過程提供其所需要600攝氏度的高溫。

 

地球能源（美國）和愛達荷國家實驗室已經(jīng)表明，IMSR是審查的核能系統(tǒng)中迄今為止最為有效的能源系統(tǒng)，是具有成本競爭力制氫的最佳方法。

 

地球能源（美國）和愛達荷國家實驗室的分析表明，IMSR非常適合與使用高溫蒸汽電解進行氫氣生產(chǎn)的工業(yè)設(shè)備的耦合，結(jié)果表明，還可以針對大型氫氣、氧氣、氨氣的工業(yè)生產(chǎn)制造應(yīng)用設(shè)計定制相應(yīng)的系統(tǒng)。

 

合成運輸用燃料

 

用于IMSR運輸?shù)娜剂希约疤烊粴獾绕溥^程熱以及發(fā)電等與化石燃料有一定的競爭優(yōu)勢，這代表了液體燃料合成技術(shù)經(jīng)濟的巨大轉(zhuǎn)變，這種轉(zhuǎn)變可能會對我們工業(yè)社會使用的各種有價值的化學(xué)品以及燃料的生產(chǎn)制造產(chǎn)生深遠的影響。若是使用IMSR過程熱示范石油合成成功的話，其后會伴隨著一系列燃料，例如航空汽油、液化石油氣以及柴油的生產(chǎn)示范。

 

石油是人們熟悉的一種燃料，它的工程熱示范將會是一個明確的信號，表明利用核能產(chǎn)生的過程熱來合成衍生燃料的巨大機會，即：穩(wěn)定的能源投入成本，對大氣中二氧化碳排放的限制、以及化石燃料的經(jīng)濟替代品。所有的這些機會都顯示了IMSR作為一種革命性技術(shù)的巨大潛力，并且還可以實現(xiàn)許多創(chuàng)新的有競爭力的清潔工業(yè)技術(shù)，以促進經(jīng)濟增長和抑制能源系統(tǒng)的碳排放。

 

IMSR的氨氣生產(chǎn)

 

2016年期間，30家工廠基于Haber-Bosch反應(yīng)過程共生產(chǎn)了940萬噸氨氣，這些工廠的主要原料是天然氣，將蒸汽按照化學(xué)計量比生成二氧化碳、氮氣和氫氣，使用吸附劑在合成氨氣前除去二氧化碳和其他雜質(zhì)。氨氣主要可以用于制造農(nóng)業(yè)用化肥、硝酸、燃料以及胺類化學(xué)品等。

 

以下是IMSR如何使得大型的且不斷增長的制氨業(yè)不斷收益的例子，可以通過高溫蒸汽電解（HTSE）法生產(chǎn)氫氣來取代化石燃料密集型的蒸汽甲烷重整技術(shù)，這樣可以避免當(dāng)今與制氫有關(guān)的二氧化碳排放，HTSE方法制氫相對于化石燃料制氫更具有經(jīng)濟性，這是因為前者避免了溫室氣體（GHG）的排放，以及生成的工業(yè)用氧氣存在的市場價值，后者是HTSE技術(shù)另外一項有價值的副產(chǎn)品。IMSR另外一個可能應(yīng)用是作為傳統(tǒng)或者整改過的蒸汽甲烷工廠的接口——一個與現(xiàn)在甲醇生產(chǎn)相似的系統(tǒng)。通過IMSR過程熱與大規(guī)模制造氨生產(chǎn)的混合耦合，可以快速提升氨氣制造的經(jīng)濟性。

 

IMSR技術(shù)與氫氣直接還原鋼過程耦合