“沿海發(fā)達(dá)地區(qū)的土地資源非常寶貴，如果在那里建一個大型反應(yīng)堆，反應(yīng)堆周圍的設(shè)施會受到限制;如果建一個小型的反應(yīng)堆，既不占用大量土地，反應(yīng)堆需要的冷卻水還可以‘就地取材’。”9月10日，中核集團(tuán)玲龍一號總設(shè)計師宋丹戎說，在沿海建造小型反應(yīng)堆，可為沿海城市“充電”。
玲龍一號就是這樣一個“核能充電寶”。玲龍一號(ACP100)是中核集團(tuán)通過十余年自主研發(fā)并具有自主知識產(chǎn)權(quán)的多功能模塊化小型壓水堆堆型，是繼三代核電華龍一號后的又一自主創(chuàng)新重大成果。今年7月13日，玲龍一號在海南昌江正式開工，成為全球首個開工的陸上商用模塊化小型堆，建設(shè)周期58個月，預(yù)計2026年建成。
身材雖小，技術(shù)含量卻很高
按照國際原子能機(jī)構(gòu)的定義，小型堆是指電功率30萬千瓦以下的反應(yīng)堆。
小型堆曾被中國工程院院士葉奇蓁譽(yù)為核能“游戲的改變者”。葉奇蓁認(rèn)為，小型堆能夠以高安全水平提供不同的核電聯(lián)產(chǎn)解決方案，但它需要真正采用創(chuàng)新理念，不能僅僅是第三代反應(yīng)堆的縮小版。
今年1月30日，電功率100萬千瓦，采用分散布置的第三代大型反應(yīng)堆華龍一號全球首堆正式投入商業(yè)運(yùn)營。相比華龍一號，玲龍一號小巧玲瓏得多，占地面積只有華龍一號的三分之一，采取一體化布置，電功率12.5萬千瓦。
除了大小與布置上的差異，“雙龍”在應(yīng)用場景、技術(shù)研發(fā)上也有不同側(cè)重。
玲龍一號項目總經(jīng)理劉承敏表示，華龍一號主要用于核能發(fā)電，玲龍一號則主要是核能綜合利用。除了發(fā)電，玲龍一號還能滿足多種需求，例如城市供熱、海水淡化、石油開采等，適用于園區(qū)、海島、礦區(qū)、高耗能企業(yè)自備能源等多種場景。
劉承敏說，小型堆最突出的特征是一體化設(shè)計、模塊化建造和完全非能動的安全系統(tǒng)。
玲龍一號將蒸汽發(fā)生器、反應(yīng)堆、主泵、主管道等集合為一體，能夠在工廠內(nèi)模塊化制造并組裝好，運(yùn)到現(xiàn)場直接進(jìn)行安裝和調(diào)試。通過批量化和快速建造，縮短現(xiàn)場施工時間和建造工期，實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益。
非能動安全系統(tǒng)，可謂玲龍一號保障安全性的“殺手锏”。設(shè)計人員采用“固有安全加非能動安全”的設(shè)計理念，一方面，通過在設(shè)計階段預(yù)估潛在事故，消除其發(fā)生的可能性;另一方面，在反應(yīng)堆失去供能的極端情況下，使其可以利用自然現(xiàn)象和規(guī)律確保反應(yīng)堆的安全，事故后也可以在很長一段時間內(nèi)無需人為干預(yù)。相比大型堆，玲龍一號功率小、使用核燃料少，應(yīng)急計劃區(qū)可以控制在廠區(qū)邊界內(nèi)，能夠靠近城鎮(zhèn)及工業(yè)園區(qū)部署。
“因為和傳統(tǒng)堆的差別大，所以創(chuàng)新的程度和技術(shù)跨度大。玲龍一號是完全的自主創(chuàng)新設(shè)計。”宋丹戎說。圍繞這一開創(chuàng)性的堆型，中國核動力研究設(shè)計院攻克了反應(yīng)堆熱工水力、安全系統(tǒng)驗證、力學(xué)性能等關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)了包括主泵、驅(qū)動機(jī)構(gòu)、直流蒸汽發(fā)生器等20多項關(guān)鍵設(shè)備，形成了大量實用新型專利和發(fā)明專利。為了充分驗證安全性，研發(fā)團(tuán)隊還建設(shè)了全亞洲最大的非能動安全系統(tǒng)綜合實驗臺架進(jìn)行試驗。
“人類歷史上還沒有一個12.5萬千瓦的模塊化小型堆，我們利用智慧，從零到一實現(xiàn)了玲龍一號的構(gòu)建。”中核集團(tuán)玲龍一號副總設(shè)計師秦忠說。
歷經(jīng)考驗，終于“落地扎根”
2010年，中核集團(tuán)正式啟動對小型堆的研發(fā)，玲龍一號從圖紙走向現(xiàn)實，可謂“過五關(guān)斬六將”。
造價成本是第一道關(guān)卡。
宋丹戎介紹，“玲龍一號主要通過革新設(shè)計、簡化系統(tǒng)、批量建設(shè)來降低造價成本。同時，小型堆的建設(shè)相比大型堆，大幅減少了對土地資源的占用，這也降低了相關(guān)成本。”
他進(jìn)一步解釋說，大型堆主要通過發(fā)電實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性，而小型堆則另辟蹊徑，從“供熱”方面實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性。發(fā)電可以通過電網(wǎng)實現(xiàn)長距離輸送，供熱則更依賴貼近用戶的分布式能源。他表示，“在碳達(dá)峰、碳中和的全球能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命時代要求下，穩(wěn)定性好的清潔能源將具有較強(qiáng)的議價能力。”
第二道關(guān)卡在于如何確保安全性。
研發(fā)設(shè)計團(tuán)隊積極借鑒已有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，歷經(jīng)重重考驗，拿到了國內(nèi)許可證和全球“通行證”。2016年，玲龍一號成為全球首個通過國際原子能機(jī)構(gòu)安全審查的小型堆，這也意味著它未來可向海外出口，為全球能源貢獻(xiàn)中國力量。
在國內(nèi)，國家核安全局組建了由國家核與輻射安全中心、蘇州核安全中心專家組成的安全審查聯(lián)合團(tuán)隊，對玲龍一號的安全性進(jìn)行考察。2020年6月，國家核安全專家委員會通過了聯(lián)合團(tuán)隊對玲龍一號的安全評價報告;2021年7月，國家核安全局頒發(fā)了玲龍一號示范工程建造許可證，玲龍一號正式開工。
此外，還有設(shè)備的制造供貨難題。面對不確定的工期，玲龍一號的研發(fā)團(tuán)隊做了充分的“沙盤推演”。沙盤推演即通過模擬工程建設(shè)安裝過程，識別進(jìn)度風(fēng)險，提出應(yīng)對措施，幫助玲龍一號確定工期，為這一核能建設(shè)保駕護(hù)航。
助力“雙碳”，自主品牌“走出去”
核能發(fā)電是一種低排放、高效率的新型能源，具有安全友好、綠色低碳、經(jīng)濟(jì)高效等多重優(yōu)勢。安全、積極有序地批量發(fā)展核電，可以連續(xù)、穩(wěn)定地承擔(dān)碳達(dá)峰、碳中和任務(wù)，助力我國深入推進(jìn)能源轉(zhuǎn)型，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)。
據(jù)中核集團(tuán)消息，玲龍一號建成后年發(fā)電量可達(dá)10億千瓦時，滿足52.6萬戶家庭一年生活所需。每臺玲龍一號機(jī)組每年發(fā)電相當(dāng)于減少二氧化碳排放88萬噸，種植樹木750萬棵。它的推廣應(yīng)用可以大大減少我國化石能源的消耗、促進(jìn)節(jié)能減排，對于推動核電安全發(fā)展和自主創(chuàng)新具有重要意義。
玲龍一號不僅在實現(xiàn)“雙碳”任務(wù)方面是好幫手，還具有“走出去”的廣闊前景。玲龍一號由中國核電全資控股，其建設(shè)使小型堆技術(shù)得到全方位實施及驗證，將加速提升我國在模塊式小型堆領(lǐng)域的自主創(chuàng)新能力，鞏固我國在這一領(lǐng)域的先發(fā)優(yōu)勢，形成自主堆型品牌。
國際原子能機(jī)構(gòu)發(fā)布的《2050核能技術(shù)路線圖》顯示，建立一個小型堆市場，首要條件是供應(yīng)商在自己國家首先成功地建造第一座小型堆，然后其他國家才會考慮在本國推廣。因此，玲龍一號的建設(shè)因而具有自主品牌“走出去”的重要示范價值。
“小型堆是國際競爭的焦點(diǎn)之一。基于靈活性和多用途，它具有一些無法替代的優(yōu)勢。”海南核電有限公司黨委書記、董事長魏國良說。例如，應(yīng)用于中小電網(wǎng)和區(qū)域電網(wǎng)，小型堆比大型堆更加經(jīng)濟(jì)。
宋丹戎在此前的采訪中也提到：“雖然此類應(yīng)用在國內(nèi)需求量可能不大，但在美英等國或者中東、非洲國家，以及領(lǐng)土、人口較少的中小國家，具有較強(qiáng)的市場優(yōu)勢。”
“對于一些僅有幾萬居民的小海島，大型反應(yīng)堆的發(fā)電功率太高，小型堆就很合適，而且還可以進(jìn)行海水淡化給島上居民提供淡水。”中國核電黨委書記盧鐵忠分析：“沿著南海出去，‘一帶一路’沿線的一些國家如菲律賓、印度尼西亞、馬來西亞等，小島很多。還有像沙特阿拉伯等國家的偏遠(yuǎn)地區(qū)，可能對此也有需要。”
