大国重器中的“小块头”——移动核能充电宝“玲龙一号” 来了！

日前，在海南昌江核电基地，全球首个陆上商用模块化小型反应堆“玲龙一号”反应堆厂房钢制安全壳上部筒体吊装成功，为高质量推进小堆工程建设奠定了坚实基础。

▲7月6日，“玲龙一号”反应堆厂房钢制安全壳上部筒体吊装成功（图片来源/中核五公司）

 

“玲龙一号”是目前全球唯一通过国际原子能机构官方审查的三代核能小堆，具有小型化设计、模块化部署、非能动安全、一体化技术的特点，且安全性高、占地面积小、建造周期短，而且对环境更加友好，可在靠近城市和用户的地方建造，在供电的同时还能满足海水淡化、工业供热等多种用途，适用场景更加丰富。

 

小巧灵活又安全

 

一提到核电机组，人们的脑海里总会联想到“巨大且笨拙”的形象，然而于2019年7月破土动工的“玲龙一号”，却给了“核电机组”一个全新的诠释——作为全球首个通过国际原子能机构安全审查的三代小型反应堆，由中核集团自主研发的“玲龙一号”更是全球首个商用多功能的模块化小型压水堆。

 

不同于百万千瓦级的大型堆，发电功率只有12.5万千瓦的“玲龙一号”，按照“功率在30万千瓦以下为小型堆”的标准，在规模上充其量只算是一个小型堆。然而，“小”不意味着水平差，恰恰相反，小反而有小的优势。

▲ “玲龙一号”首台设备吊装就位现场 （图片来源/中核五公司）

 

对此，中核集团玲龙一号总设计师宋丹戎曾做过这样一个比喻，“对于‘大堆’，我们可以把它看作一个家用的台式电脑，包括显示器、主机和键盘，而小堆我们就可以把它当做家里面的一个笔记本电脑，它的显示器、主机和键盘都集中到一起了”。换而言之，“玲龙一号”虽然长得小巧，但却是名副其实的“麻雀虽小五脏俱全”。

 

“玲龙一号的半径大约是‘大堆’的一半”，中核集团海南核电工程处土建科副科长杨军华表示，核电站常规的结构设计有地上布置和下沉式式布置，而“玲龙一号”这个小堆采用的则是下沉式设计方案，且堆芯的系统处于地面以下，因而工程的安全性也会更高，“基本上能防止大飞机的撞击”，他说。

 

据了解，为了更进一步充分验证并保障“玲龙一号”的安全性，科研人员还建设了全亚洲最大的非能动安全系统综合实验台架进行试验，后者几乎是为核电机组套上了一个巨大的“金钟罩”。具体来说，非能动安全系统的设计，一方面可以做到防患于未然，即在设计阶段就提前发现潜在风险，降低危险发生的可能性；另一方面，如果出现极端问题——譬如反应堆失去供能，非能动安全系统还可以利用自然规律确保反应堆的安全，且在事故发生后的很长一段时间里，都无需人为干预。

 

不一样的“积木”

 

除了小而精，在中国核电的发展道路上，“玲龙一号”的出现也标志着我国在小型模块化反应堆（简称SMR）技术上走到了世界前列。对此，很多人不禁要问，核电领域中的“模块化”到底指的是什么？

 

在谈论“玲龙一号”之前，我们需要先了解SMR这一概念。自福岛核电站事故后，全球对SMR的关注度日益增长，作为其核心概念之一，“模块化”是指反应堆的系统和组件可以在工厂组装，并作为一个单元运输到安装地点。也就是说，SMR宛如一个巨大的乐高积木，是由一块块“小积木”最终拼凑而成，而这些“积木”都是预先按照标准设计，然后被制造和批量生产出来的。

▲施工现场 （图片来源/中核五公司）

 

一般情况下，大型动力反应堆的建设是因地制宜，由设计人员为了某一个特定的地点而“量身定制”的机组。相比之下，SMR由于不是“定制产品”，因而大大降低了成产制造的成本，从整体上做到了比大型动力反应堆更便宜、性价比更高，在理论上，也能够大大缩短工程的整体工期。据了解，“玲龙一号”就是将蒸汽发生器、反应堆、主泵和主管道等多个组件合而为一，在工厂内模块化批量制造和组装，再运到现场安装调试。

 

“‘玲龙一号’的模块化能降低制造成本，同时也降低了功率”，宋丹戎说：“不仅如此，‘玲龙一号’的一体化设计也能减少事故率，这些都大大提升了它的安全性”。他表示，“玲龙一号”因为规模小，“对核燃料的装载也更少，能降低放射性的影响”，因而它的应急计划区可以被控制在厂区边界内。在这些优点的加持之下，“玲龙一号”可以被“灵活地布置到离用户更近的地方，部署在靠近城镇和工业园区”，他说。

 

超大的“移动充电宝”

 

正所谓“麻雀虽小，五脏俱全”，相比于百万千瓦的核电站机组来说，“玲龙一号”不仅更安全可靠、灵活性更高，它的用途也更加广泛。“它不仅能服务城市和工业，还能为海洋资源开发等供电，甚至做海水淡化”，中核集团中国核电公司工程师王玉昆在接受媒体采访时如是说。

 

如今，位于海南昌江“玲龙一号”反应堆厂房的钢制安全壳上部筒体已提前顺利吊装就位，整体工程预计2026年建成。随着“玲龙一号”工程的推进，人们也有了更多的新期待——能不能让“玲龙一号”走到更广阔的舞台？比如大海之上？

 

据王玉昆介绍，因为小巧灵活，“玲龙一号”也可以被安装在船只上。“比方说，船只搭载着它靠近海岛的这个过程中，它就能为城区的居民提供暖气甚至是电力，同时它还能为城市中的工业用电和工业供能提供能源”，他解释说：“随着船只继续向前，经过海上钻井平台时，安装‘玲龙一号’的船也可以为钻井平台提供能量和电力，甚至为小岛开发提供能量。”

▲“玲龙一号”反应堆厂房钢制安全壳上部筒体吊装就位（图片来源/中核五公司）

 

让“玲龙一号”摇身一变，成为“海上移动充电宝”，宋丹戎认为这个想法有着巨大潜力。“在沿海发达的地区和城市，土地资源是非常宝贵的，我们如果建一个反应堆，那么它周围的设施建设就一定会受限”，他说：“可如果把它建到海上，离（陆地）三五公里，直接拖上电线、蒸汽管线，那它就不会占用大量土地。不仅如此，把它放到海上以后，反应堆需要的冷却水其实也就能就地取材了。”

 

从节能减排到航母军工

 

对于小型堆，中国工程院院士叶奇蓁曾将其誉为“核能游戏的改变者”，认为其能以更安全的方式提供不同的核电联产解决方案，而小巧玲珑的“玲龙一号”也将在更多领域，为中国的发展开拓无限可能。

 

首先是在节能减排上：众所周知，核能是一种重要的绿色低碳新能源，有序推动核电发展对于我国推进能源转型、优化能源结构有着重要的意义。根据官方数据显示，“玲龙一号”在建成后，有望每年减少二氧化碳排放870万吨、氮氧化物3万吨，同时年发电量可达10亿千瓦时，满足52.6万户家庭一年的生活所需。加之其建造成本低、性价比高、使用灵活，“玲龙一号”的推广与应用，无疑将对我国力争2030“碳达峰”、2060“碳中和”起到重要的助推之用。

 

大型堆的优势主要是通过发电实现经济性，而小型堆的优势则更多地体现在供热方面，是一种更依赖于选址贴近用户的分布式能源。“在碳达峰、碳中和的全球能源生产和消费革命时代要求下，稳定性好的清洁能源将具有较强的议价能力”，宋丹戎说。

 

除了助力节能减排，“玲龙一号”也被视作推动我国军工、尤其是航母发展的重要力量。因为整体的体积更小，理论上，“玲龙一号”可以适用于目前在役的辽宁舰和山东舰。此前有业内人士猜测，鉴于“玲龙一号”单台热功率和电功率分别可以达到385兆瓦和125兆瓦，若可以在我国现役航母上配置两台组合，就相当于为航母提供了28万匹马力——超过了美国目前现役26万匹马力的尼米兹级核动力航母。

▲美国现役尼米兹级核动力航母 （图片来源/military.com）

 

相关专家指出，“玲龙一号”或许只是民用版本，需要在反应堆的体积、功率方面和核燃料丰度等方面做出改进，才能用到航母上。但这也能够为之后的核动力航母布局提供技术基础。我们相信，未来一定能够拥有属于自己的核航母。

来源：科普中国