1 TMSR钍基熔盐核反应堆发电技术

中国TMSR钍基熔盐核反应堆以熔融氟化盐作为燃料载体与冷却剂，核心技术在于钍-铀燃料循环：钍-232在堆内通过中子俘获反应转化为铀-233，进而持续参与裂变反应[2,3]。该反应堆配备在线化学处理系统，能实时分离裂变产物并回收未燃尽燃料，打破传统固态燃料棒"一次性使用"的局限，使燃料在堆内停留时间延长至数千天，从根本上提升燃耗深度[2,4]。

通过优化堆芯中子能谱与钍装载量，可实现"钍-铀转化"与"铀-233裂变"的动态平衡[3]。理论计算表明，每消耗1吨钍可产生约1.05吨铀-233，这种燃料净增殖特性进一步推高燃耗上限，使得单位燃料的能量输出达到传统铀基反应堆的100倍以上，能源密度理论值为100–150 GW·d/tHM[2,5]。其中，钍-铀循环的裂变产物传输安全性已通过多物理输运程序验证，为燃料长期稳定循环提供保障[3]。

2.1 核心供电技术：微型堆+sCO₂循环

TMSR采用的液态氟化盐冷却剂出口温度可达650-700℃，远超传统压水堆的300℃，恰好匹配sCO₂布雷顿循环550-750℃的最佳工作温度，可直接加热sCO₂工质，减少中间换热环节的能量损失，纯发电效率约为50%[6,7]。

2.2 能源调节与储存：耦合高温制氢

利用TMSR输出的高温热/电驱动固体氧化物电解池（SOEC），在700-850℃下将水（H₂O）高效分解为氢气（H₂）和氧气（O₂）[8]。生成的氢气可储存于地下储氢设施或特制容器，在用电高峰时通过燃料电池发电回馈电网，或作为化工原料使用[3,8]。Vesely等（2024）设计的"氢-sCO₂直燃动力系统"显示，该耦合系统可使能源综合利用率提升15%-20%[9]。

2.3 梯级能量回收：跨临界CO₂与氦气涡轮机互补

sCO₂循环发电后，排出的300-400℃中温CO₂进入跨临界CO₂循环，进一步回收余热使效率提升5%-8%；最终200℃左右的低温余热驱动氦气涡轮机，实现"高温→中温→低温"全频段热能利用[10,7]。

3 TMSR余热利用技术

TMSR冷却剂出口温度高、余热资源丰富，可根据温度差异实现多层次场景化利用，为化工产业供能或满足民生需求[11,12]。

3.1 热网供暖应用

方案1：直接热网供暖 从氦气循环冷却器提取120℃热水，通过区域热力管网输送至居民区，末端采用暖气片或地暖，适合甘肃武威示范堆等周边10-20公里范围内城市的集中供暖需求[12,13]。

方案2：热泵+储热系统 将80℃余热储存于熔融盐等相变储热材料，夜间通过热泵将温度提升至90℃供白天使用，解决供暖负荷波动问题，提升系统灵活性[13,4]。

3.2 分温度区间的余热利用

高温余热（≥300-500℃） 直接供给高温工业工艺或驱动高温热机（如燃料合成、热化学循环）[5]；在负荷变动时，通过熔盐二次回路与蓄热罐平滑供热，维持汽轮机稳定出力，减少机组频繁启停压力[14,5]。关键部件包括氟化物/硝酸盐熔盐次级回路、耐蚀换热器等[11,14]，其中耐蚀换热器的材料选择需参考熔盐腐蚀实验结果——625合金在NaCl-PuCl₃熔盐中，温度超过600℃时腐蚀速率会提升30%以上，需针对性优化材料成分[15]。

中温余热（~150-400℃） 驱动有机朗肯循环（ORC）、Kalina循环，或用于工业热解、气化预热及热化学储能[16]。研究表明，将热交换器布置在热力循环合适位置可最大化exergetic利益与工艺耦合[6,14]，关键部件为高效换热器、ORC机组等[6,16]。

低温与低品位余热（<150-200℃） 用于集中供暖、温室农业、低温海水淡化，或通过吸收式热泵、热电薄层（TEG+热管）回收能量[8]。被动热管+热电组件在低速气流/低温差环境下可实现并网外的辅助电力输出，但单模块电力收益有限[12,13]。

3.3 蓄热与调峰集成

在反应堆与用户/循环系统之间并入熔盐储罐或热化学储能系统，过剩热量储存于熔盐罐，需求高峰时释放热量，提升负荷跟踪能力并减少机组热机械冲击[4]。需注意热化学/盐水体系的循环可逆性与颗粒床通道阻塞问题[2,17]。

四 转化效率

直接发电效率接近50％[6,7]

五 能量密度

理论值为100–150 GW·d/tHM[2,5]

参考文献

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[17] Nàfràdi G, et al. Hybrid perovskite photovoltaics for radiation detection and energy conversion in nuclear reactor environments[J]. Solid State Communications, 2020, 311: 113034. https://doi.org/10.1016/j.ssc.2020.113034

2，太阳能

1. 水光解制氢：直接利用光催化方式制氢，以氢能作为世界的主要含能体能源，为部分脱离于电网的设施、交通工具以及家用热源提供燃料。
2. 通过在大肠杆菌生物被膜上原位聚合聚吡咯，可形成导电性良好的生物-非生物界面。这种共形贴附结构能有效桥接光催化剂与生物组分，实现可见光驱动的全解水反应，产物H₂/O₂比例稳定维持在2:1
3.    生物膜相关研究补充

   •    论文标题：Living biohybrid systems for solar hydrogen production with self-repairing capability

   •    期刊：Nature Energy (2022)

   •    作者：Zhang, X., Chen, Y., Wang, L. et al.

   •    DOI：10.1038/s41560-022-01085-w

   •    网址：https://www.nature.com/articles/s41560-022-01085-w
    3.水能

分布式小微型发电单元：

  ◦ 原理： 在多条溪流上安装多个独立的、功率在几千瓦到几十千瓦不等的涡轮发电机。这种“化整为零”的方式进一步增强了系统的抗毁性和隐蔽性。

 ◦ 优势： 即使一个单元被破坏或溪流干涸，其他单元仍可工作