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熱的清潔能源，IMSR結構緊湊、高效，成本可與化石燃料競爭。IMSR是第四代反應堆系統，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與先進的工業系統整合，而且已經設計和提出了幾種工業系統，這些工業系統可為能源密集型企業的氫氣、氧氣以及氨氣、甲醇的生產制造提供穩定的熱能和動力。

 

海水淡化也是一個可以應用IMSR熱能的重點產業。

 

IMSR具有成為一種變革性技術的潛力，可與先進的工業系統相結合，成為一項新型的、革命性清潔工業產業。

 

 

IMSR核電站可快速并入電網，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”反應堆，不會泄露到反應堆容器中；

 

IMSR燃料——熔鹽是一種液態、高溫氟化物鹽，運行溫度為700攝氏度；

 

熔鹽具有很高的熱穩定性，而且是優良的導熱載體；

 

IMSR燃料鹽可以通過現有的方法和規定進行生產；

 

載有核燃料的燃料鹽在反應堆運行期間不會離開反應堆堆芯容器；

 

燃料鹽可在石墨堆芯的閉合環路中循環，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到堆芯中；

 

反應堆堆芯中有石墨慢化劑——在慢化區域外，熔鹽無反應活性；

 

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技術未來的更新換代，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有反應堆的乏燃料；

 

IMSR反應堆可以快速的并入電網，以滿足用電需求；

 

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

 

 

這種類型的高溫熱反應堆不僅僅可生產電力，IMSR核電可以通過液態鹽向工業能源區提供600度的熱量，區域范圍為5公里，這使得IMSR可以很容易在非用電高峰區將電力供應切換至非電力供應（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

 

全球對于安全的飲用水的需求正在快速增長，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規模的海水淡化工業提供清潔電力，以便在將來進一步部署海水脫鹽技術。

 

除了可以利用熱能進行海水淡化外，高溫工業鹽還可以用于大規模儲能，這項技術目前已經開始利用。基于IMSR的熱鹽可以用于存儲電網中風能和太陽能產生過剩的電力，該系統將不再需要基于電網的電力存儲，而且可以與風能和太陽能發電互為補充。廉價和有效的基于熔鹽的熱存儲將來可以用作燃料電池，可以在不對電網系統產生危害的情況下，在適當的服務水平下，在一定需求曲線下進行服務。

 

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，相對于其他正在審核中的核電系統而言，可以提供不斷增長的水資源供應，為電網提供穩定的電力。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品價格波動的影響，IMSR在發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表明，IMSR是審查的核能系統中迄今為止最為有效的能源系統，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的工業設備的耦合，結果表明，還可以針對大型氫氣、氧氣、氨氣的工業生產制造應用設計定制相應的系統。

 

合成運輸用燃料

 

用于IMSR運輸的燃料，以及天然氣等其過程熱以及發電等與化石燃料有一定的競爭優勢，這代表了液體燃料合成技術經濟的巨大轉變，這種轉變可能會對我們工業社會使用的各種有價值的化學品以及燃料的生產制造產生深遠的影響。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，表明利用核能產生的過程熱來合成衍生燃料的巨大機會，即：穩定的能源投入成本，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的巨大潛力，并且還可以實現許多創新的有競爭力的清潔工業技術，以促進經濟增長和抑制能源系統的碳排放。

 

IMSR的氨氣生產

 

2016年期間，30家工廠基于Haber-Bosch反應過程共生產了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。氨氣主要可以用于制造農業用化肥、硝酸、燃料以及胺類化學品等。

 

以下是IMSR如何使得大型的且不斷增長的制氨業不斷收益的例子，可以通過高溫蒸汽電解（HTSE）法生產氫氣來取代化石燃料密集型的蒸汽甲烷重整技術，這樣可以避免當今與制氫有關的二氧化碳排放，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，以及生成的工業用氧氣存在的市場價值，后者是HTSE技術另外一項有價值的副產品。IMSR另外一個可能應用是作為傳統或者整改過的蒸汽甲烷工廠的接口——一個與現在甲醇生產相似的系統。通過IMSR過程熱與大規模制造氨生產的混合耦合，可以快速提升氨氣制造的經濟性。

 

IMSR技術與氫氣直接還原鋼過程耦合