NuScale совершенствует опреснение морской воды и производство водорода с помощью технологии SMR с интегрированной стратегией повторного использования рассола
Разработчик технологии малых модульных реакторов (SMR) NuScale Power представил исследовательские программы, которые могут способствовать созданию энергетической системы, объединяющей ядерные технологии для производства опресненной воды и водорода, а также для повторного использования отходов рассола в качестве промышленного сырья.
Исследование, разработанное в сотрудничестве с Тихоокеанской северо-западной национальной лабораторией (PNNL) Министерства энергетики США и представленное на Всемирной нефтехимической конференции в марте 2025 года , рассмотрит, как 77-мегаваттный энергетический модуль (NPM) компании NuScale может управлять несколькими процессами, включая опреснение методом обратного осмоса и неэлектролитический метод производства водорода, основанный на химическом преобразовании солей, полученных из рассола.
« Краткосрочные прогнозы глобальной нехватки воды становятся все более тревожными, в то время как интерес и финансовые стимулы для производства чистого водорода продолжают расти», — сказал д-р Хосе Рейес , соучредитель и главный технический директор NuScale Power, в своем заявлении от 18 июня . «То, что мы обнаружили, — это выигрыш-выигрыш-выигрыш, направленный на решение проблемы нехватки воды, очистку рассола и производство водорода. Мы считаем, что наши прорывные инновации могут решить наши глобальные водные проблемы, одновременно обеспечивая чистую, безуглеродную энергию».
Интегрированная энергетическая система NuScale: основные характеристикиСогласно официальному документу NuScale от февраля 2025 года , интегрированная система объединяет один или несколько NPM мощностью 77 МВт с набором установок по производству водорода, аммиака, опреснению и промышленным процессам в конфигурации, которая предназначена для гибкой поставки электроэнергии, пара и тепловой энергии для расположенных рядом конечных потребителей.
NPM NuScale мощностью 250 МВт/77 МВт, реактор с водой под давлением (PWR), размещен в компактном защитном кожухе, погруженном в общий подземный бассейн, который обеспечивает пассивное охлаждение, экранирование и безопасность. Реактор использует естественную циркуляцию — без насосов — для подачи первичного потока теплоносителя через интегрированные парогенераторы со спиральными змеевиками и выработки перегретого пара при температуре около 283 °C и 32,8 бар.
Что критически важно, NPM « разработан для 100%-ного обхода паровой турбины, либо в конденсатор, либо к конечному промышленному потребителю», — отмечается в отчете. В то время как система теплового преобразования модуля использует цикл теплового преобразования Ренкина для производства электроэнергии, во вторичном контуре каждого NPM питательная вода закачивается в два коллектора питательной воды парогенератора, где первичный теплоноситель нагревает ее и кипит, производя перегретый пар», — поясняется в нем. Каждый NPM включает в себя два основных паропровода, которые сливаются в один трубопровод, питающий специальную систему турбогенератора. После прохождения пара через турбину он конденсируется и возвращается в парогенераторы через ряд подогревателей питательной воды. Однако система также спроектирована с обводными линиями и конденсаторной емкостью, которые позволяют отводить весь выход пара от турбины при необходимости.
Система поддерживает работу вне сети, что является отличием, одобренным Комиссией по ядерному регулированию (NRC), отмечает NuScale, указывая на сертификацию конструкции, выданную в январе 2023 года для ее NPM мощностью 50 МВт , которая была сконфигурирована как 12-модульная установка. Хотя конденсаторы NPM с воздушным охлаждением спроектированы для динамического отслеживания нагрузки посредством регулировки стержней управления и байпаса пара, они рассчитаны на полный байпасный поток и обеспечивают бесперебойную подачу тепла даже при отключенной турбине. В условиях номинальной полной мощности NPM может производить 8883 метрических тонны пара в день (816 000 фунтов пара в час), отмечается в отчете.
В отчете также говорится, что NuScale потратила несколько лет на изучение того, как ее технология SMR может поддерживать производство водорода, сосредоточившись в первую очередь на системах высокотемпературного парового электролиза (HTSE) и твердооксидных электролизных ячейках (SOEC), которые используют преимущества стабильной высококачественной тепловой мощности NPM. Совсем недавно NuScale расширила свои исследования до неэлектролитических путей производства водорода, включая новый подход, который преобразует рассол опреснения в формиат натрия. стабильный носитель водорода, который может быть разложен термически для высвобождения водорода по требованию.
Согласно записям сессии, связанным с Всемирной нефтехимической конференцией в марте, менеджер по инновациям в области энергетики NuScale Луис Эдуардо ДеПавиа представил новое экспериментальное исследование, посвященное использованию формиата натрия в качестве носителя энергии водорода, работающего на тепловой мощности NPM. В целом сессия изучала как осуществимость, так и преимущества безопасности использования формиата натрия, нетоксичного, негорючего и недорогого белого кристаллического твердого вещества, в качестве стабильной среды для хранения и транспортировки водорода. Хотя формиат натрия отстает от традиционных жидких органических носителей водорода (LOHC) по объемной плотности энергии при содержании водорода около 4,4 мас.%, сессия отметила, что формиат натрия дает преимущества в плане безопасности, обработки и экономичности транспортировки.
В ходе сессии особое внимание было уделено двум путям высвобождения водорода из формиата натрия: термическому разложению и гидротермальному разложению с использованием технологического пара. Также упоминался запатентованный процесс NuScale, который объединяет опреснение морской воды, обработку рассола и прямой захват воздуха (DAC) для синтеза формиата натрия. Хотя были представлены ограниченные подробности, концепция включает производство натрия из опресненного рассола и захват CO₂ из окружающего воздуха, которые затем химически объединяются для получения формиата натрия. Материалы конференции описывают этот подход как потенциальную замкнутую систему для получения чистой воды и водорода, используя как тепловую, так и электрическую мощность SMR.
В среду компания NuScale подробно рассказала об исследовании, описав «новый подход к хранению, транспортировке и производству водорода, в котором в качестве промышленного сырья используется остаточный рассол от процесса опреснения». Компания отметила, что ее исследования в PNNL сосредоточены на «производство водорода из инертной соли, получаемой из побочных продуктов опреснения воды, которая безопасна и проста в транспортировке». Согласно пресс-релизу, «подход NuScale к производству водорода на основе гидротермального химического разложения не требует электролиза воды, что позволяет снизить потребление энергии и воды, а также снизить затраты».
«Один [NPM], соединенный с современной системой опреснения с обратным осмосом, может производить около 150 миллионов галлонов чистой воды в день без образования углекислого газа», — утверждается в нем. Более крупные конфигурации из 12 NPM «смогут обеспечить опресненной водой город с населением 2,3 миллиона человек, а также иметь избыточную мощность для обеспечения 400 000 домов электричеством».
В среду NuScale также отметила, что разработала «симулятор интегрированной энергетической системы» в своей штаб-квартире в Корваллисе, штат Орегон. Полностью функциональная водородная модель может быть интегрирована в симулятор NuScale Control Room, который позволяет компании оценить, как электричество и пар из SMR могут быть использованы для производства водорода посредством высокотемпературного электролиза пара, хранить его и затем преобразовывать обратно в энергию с помощью топливных элементов. «Симулятор позволяет компании динамически оценивать и оптимизировать различные конфигурации для широкого спектра промышленных приложений коммерческого масштаба, требующих более 200 метрических тонн водорода в день», — заявила компания.
Согласно официальному документу за февраль 2025 года, эта возможность представляет собой значительное первое достижение для ядерной отрасли. «NuScale разработала полностью функциональный имитатор водорода, интегрированный в симулятор NuScale Control Room», — отмечается в отчете. «Цель — продемонстрировать возможность подачи электроэнергии и пара для производства водорода, хранения полученного водорода (в виртуальном резервуаре) и использования его при необходимости для обратного преобразования в электричество в топливном элементе. Это первый имитатор водорода, интегрированный в ядерный SMR. Он позволяет NuScale оценивать интеграцию и динамику различных типов систем производства водорода».
Компания также сообщила об активных усилиях по масштабированию развертывания посредством промышленных партнерств. «NuScale заинтересована в сотрудничестве с конечными пользователями пара, электроэнергии и водорода для оценки и оптимизации (т. е. энергетической и экономической эффективности) интегрированных энергетических систем (IES), способных поддерживать цели конечного пользователя в области чистой энергии в коммерческих масштабах», — говорится в документе.
«NuScale продолжает оценивать широкий спектр методов производства водорода с использованием SMR», — сказал Рейес в среду. «Наша операционная группа, работающая с GSE Solutions и Fuel Cell Energy, разработала и соединила модель электролиза твердого оксида для производства водорода и модель топливного элемента для производства электроэнергии с нашим симулятором главной диспетчерской», — добавил он.
— Сонал Патель — старший редактор журнала POWER ( @sonalcpatel , @POWERmagazine ).
powermag
