“沿海發(fā)達地區的土地資源非常寶貴，如果在那里建一個(gè)大型反應堆，反應堆周?chē)脑O施會(huì )受到限制;如果建一個(gè)小型的反應堆，既不占用大量土地，反應堆需要的冷卻水還可以‘就地取材’。”9月10日，中核集團玲龍一號總設計師宋丹戎說(shuō)，在沿海建造小型反應堆，可為沿海城市“充電”。
玲龍一號就是這樣一個(gè)“核能充電寶”。玲龍一號(ACP100)是中核集團通過(guò)十余年自主研發(fā)并具有自主知識產(chǎn)權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(kāi)工，成為全球首個(gè)開(kāi)工的陸上商用模塊化小型堆，建設周期58個(gè)月，預計2026年建成。
身材雖小，技術(shù)含量卻很高
按照國際原子能機構的定義，小型堆是指電功率30萬(wàn)千瓦以下的反應堆。
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堆的縮小版。
今年1月30日，電功率100萬(wàn)千瓦，采用分散布置的第三代大型反應堆華龍一號全球首堆正式投入商業(yè)運營(yíng)。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(wàn)千瓦。
除了大小與布置上的差異，“雙龍”在應用場(chǎng)景、技術(shù)研發(fā)上也有不同側重。
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(mǎn)足多種需求，例如城市供熱、海水淡化、石油開(kāi)采等，適用于園區、海島、礦區、高耗能企業(yè)自備能源等多種場(chǎng)景。
劉承敏說(shuō)，小型堆最突出的特征是一體化設計、模塊化建造和完全非能動(dòng)的安全系統。
玲龍一號將蒸汽發(fā)生器、反應堆、主泵、主管道等集合為一體，能夠在工廠(chǎng)內模塊化制造并組裝好，運到現場(chǎng)直接進(jìn)行安裝和調試。通過(guò)批量化和快速建造，縮短現場(chǎng)施工時(shí)間和建造工期，實(shí)現規模經(jīng)濟效益。
非能動(dòng)安全系統，可謂玲龍一號保障安全性的“殺手锏”。設計人員采用“固有安全加非能動(dòng)安全”的設計理念，一方面，通過(guò)在設計階段預估潛在事故，消除其發(fā)生的可能性;另一方面，在反應堆失去供能的極端情況下，使其可以利用自然現象和規律確保反應堆的安全，事故后也可以在很長(cháng)一段時(shí)間內無(wú)需人為干預。相比大型堆，玲龍一號功率小、使用核燃料少，應急計劃區可以控制在廠(chǎng)區邊界內，能夠靠近城鎮及工業(yè)園區部署。
“因為和傳統堆的差別大，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 )新設計。”宋丹戎說(shuō)。圍繞這一開(kāi)創(chuàng )性的堆型，中國核動(dòng)力研究設計院攻克了反應堆熱工水力、安全系統驗證、力學(xué)性能等關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)了包括主泵、驅動(dòng)機構、直流蒸汽發(fā)生器等20多項關(guān)鍵設備，形成了大量實(shí)用新型專(zhuān)利和發(fā)明專(zhuān)利。為了充分驗證安全性，研發(fā)團隊還建設了全亞洲最大的非能動(dòng)安全系統綜合實(shí)驗臺架進(jìn)行試驗。
“人類(lèi)歷史上還沒(méi)有一個(gè)12.5萬(wàn)千瓦的模塊化小型堆，我們利用智慧，從零到一實(shí)現了玲龍一號的構建。”中核集團玲龍一號副總設計師秦忠說(shuō)。
歷經(jīng)考驗，終于“落地扎根”
2010年，中核集團正式啟動(dòng)對小型堆的研發(fā)，玲龍一號從圖紙走向現實(shí)，可謂“過(guò)五關(guān)斬六將”。
造價(jià)成本是第一道關(guān)卡。
宋丹戎介紹，“玲龍一號主要通過(guò)革新設計、簡(jiǎn)化系統、批量建設來(lái)降低造價(jià)成本。同時(shí)，小型堆的建設相比大型堆，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(shuō)，大型堆主要通過(guò)發(fā)電實(shí)現經(jīng)濟性，而小型堆則另辟蹊徑，從“供熱”方面實(shí)現經(jīng)濟性。發(fā)電可以通過(guò)電網(wǎng)實(shí)現長(cháng)距離輸送，供熱則更依賴(lài)貼近用戶(hù)的分布式能源。他表示，“在碳達峰、碳中和的全球能源生產(chǎn)和消費革命時(shí)代要求下，穩定性好的清潔能源將具有較強的議價(jià)能力。”
第二道關(guān)卡在于如何確保安全性。
研發(fā)設計團隊積極借鑒已有標準規范，歷經(jīng)重重考驗，拿到了國內許可證和全球“通行證”。2016年，玲龍一號成為全球首個(gè)通過(guò)國際原子能機構安全審查的小型堆，這也意味著(zhù)它未來(lái)可向海外出口，為全球能源貢獻中國力量。
在國內，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(zhuān)家組成的安全審查聯(lián)合團隊，對玲龍一號的安全性進(jìn)行考察。2020年6月，國家核安全專(zhuān)家委員會(huì )通過(guò)了聯(lián)合團隊對玲龍一號的安全評價(jià)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(kāi)工。
此外，還有設備的制造供貨難題。面對不確定的工期，玲龍一號的研發(fā)團隊做了充分的“沙盤(pán)推演”。沙盤(pán)推演即通過(guò)模擬工程建設安裝過(guò)程，識別進(jìn)度風(fēng)險，提出應對措施，幫助玲龍一號確定工期，為這一核能建設保駕護航。
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、穩定地承擔碳達峰、碳中和任務(wù)，助力我國深入推進(jìn)能源轉型，優(yōu)化能源結構。
據中核集團消息，玲龍一號建成后年發(fā)電量可達10億千瓦時(shí)，滿(mǎn)足52.6萬(wàn)戶(hù)家庭一年生活所需。每臺玲龍一號機組每年發(fā)電相當于減少二氧化碳排放88萬(wàn)噸，種植樹(shù)木750萬(wàn)棵。它的推廣應用可以大大減少我國化石能源的消耗、促進(jìn)節能減排，對于推動(dòng)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(shí)現“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，其建設使小型堆技術(shù)得到全方位實(shí)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。
國際原子能機構發(fā)布的《2050核能技術(shù)路線(xiàn)圖》顯示，建立一個(gè)小型堆市場(chǎng)，首要條件是供應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(huì )考慮在本國推廣。因此，玲龍一號的建設因而具有自主品牌“走出去”的重要示范價(jià)值。
“小型堆是國際競爭的焦點(diǎn)之一?；陟`活性和多用途，它具有一些無(wú)法替代的優(yōu)勢。”海南核電有限公司黨委書(shū)記、董事長(cháng)魏國良說(shuō)。例如，應用于中小電網(wǎng)和區域電網(wǎng)，小型堆比大型堆更加經(jīng)濟。
宋丹戎在此前的采訪(fǎng)中也提到：“雖然此類(lèi)應用在國內需求量可能不大，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，具有較強的市場(chǎng)優(yōu)勢。”
“對于一些僅有幾萬(wàn)居民的小海島，大型反應堆的發(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(shū)記盧鐵忠分析：“沿著(zhù)南海出去，‘一帶一路’沿線(xiàn)的一些國家如菲律賓、印度尼西亞、馬來(lái)西亞等，小島很多。還有像沙特阿拉伯等國家的偏遠地區，可能對此也有需要。”
