玲龙一号为什么被称作“移动充电宝”?|天工开问④

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封面新闻 2023-09-20 14:12 134189

封面新闻记者 边雪

重量约20公斤,高度累计超过半米,近一年时间准备的4000多页A4纸写满英文,需要作为玲龙一号接受三代核能小堆审查的材料,递交给国际原子能机构。

据国际原子能机构认定,电功率30万千瓦以下的核反应堆即为小型堆,但想取得国际原子能机构通用反应堆安全审查这张“全球通行证”,并非易事。

“在材料递交完后,我们到国际原子能机构的总部去过三次进行交流,评审团也到中国现场进行过两次审核,每一次都要进行好多轮技术答辩,算下来整个流程历时2年。”中核集团模块式多用途小型堆总设计师宋丹戎告诉封面新闻记者,评审会针对安全性提出各种问题,团队需要给出安全性证据、计算分析和实验结果来证明小堆的安全。

2016年4月,我国自主研发并具有自主知识产权的“玲龙一号”,成为全球首个通过国际原子能机构(IAEA)安全审查的模块式小型堆。

从2011年中核集团对模块化小型地的研发正式启动(项目代号ACP100,别称玲龙一号),宋丹戎的信念、工作和生活相互交织,都围绕着玲龙一号,它们共同发生化学反应,让这场以年来计时赛程耗时的马拉松,离梦想的终点越来越近。

用12年的时间“奔跑”,将纸面设计真正落地为大国重器,宋丹戎称之为“十分高兴”,工作理想与个人追求高度契合,这是成年人在工作中很少能体验到的时刻。“预计到2026年正式发电,那就更高兴了。”

中核集团模块式多用途小型堆总设计师宋丹戎。(图片来源:受访者供图)

为什么玲龙一号被称作“移动充电宝”?


8月10日,南国椰林的晨色微亮,在多数人都沉睡的时刻,一场前所未见的吊装任务,已拉开序幕。

一声令下,玲龙一号反应堆核心模块被高高吊起,向着核岛方向移动,数十分钟过去,终于吊装成功。随着压力容器、蒸发器等关键设备一步到位。10点46分,降至距就位约1米的高度,五公司宣布吊装活动结束,转为保温层安装阶段。

这是玲龙一号核岛设备安装关键路径上的第一个里程碑节点,是核反应堆模块化制造和安装的一次“首秀”。“玲龙一号”终于有了“玲龙之心”,这代表全球核能小型化迈出了历史性一步,也标志着我国在模块式小型堆建造上走在了世界前列。

“玲龙一号”还有一个功能性极强的外号——核能领域的“移动充电宝”。

“我们开发的小型堆,功率比较小,占地面积比较小,相较于大型堆来说,它的选址就比较灵活,可以随着用户的需求就布置在用户需求的地方,所以说可以说从概念上来说,它可以比较灵活,可供选择的场址广泛,所以又称作移动充电宝。”宋丹戎向封面新闻记者解释道。

与大型压水堆相比,玲龙一号由于体积小,占地面积较小。更小的功率和体积适配更多的应用场景。“除了核能发电之外,小堆在非电领域,包括工业工艺蒸汽、区域供热、海水淡化等的应用也有广阔的市场需求。此外,还可以应用于广大内陆地区、海岛、海上油气钻井平台的供电、供汽、供热。”宋丹戎告诉封面新闻记者,目前,团队开发了一种浮动核电站,在陆上堆示范完成以后,可以把小型堆装到浮动平台上,在沿海地区就可以拉着小型堆到需要的地方去给居民供电,给工业、企业提供电力或者蒸汽,真正实现这种移动的充电宝的作用。

宋丹戎在玲龙一号项目现场(图片来源:受访者供图)

为什么要把核反应堆做得越来越“小”


“玲龙一号”是由中核集团研发并具有自主知识产权的多功能模块化小型压水堆,也是全球首个开工的陆上商用模块化小堆。

但什么是小堆呢?

根据国际原子能机构(IAEA)给出的定义,是电功率在30万千瓦以下的反应堆。“大堆我们可以把它看作一个家用的台式电脑,包括了显示器、主机、键盘等等,小堆我们可以把它当作家里面的一个笔记本电脑,它的显示器、主机、键盘等都集中到一起了。”宋丹戎给出了更通俗的解释。

一体化、模块化的反应堆结构是玲龙一号的突出特征,这意味着玲龙一号的蒸汽发生器、主泵、堆内构件、驱动机构等反应堆的部件都集中在压力容器上,不需要主管道的连接。采用模块化建造安装模式,可缩短现场施工时间及建造工期,初投资低、建造周期短,提高经济性。

据宋丹戎介绍,小堆除了可以实现多场景多功能的应用,还采用非能动的堆芯冷却系统和余热冷却系统。因为功率小,小堆完全依靠空气自然对流就能将热量从堆芯导入钢制安全壳内,然后从安全壳导入大气这一最终热阱。

早在上世纪七八十年代,国际原子能机构就开始倡导发展中小型反应堆。包括美国、俄罗斯、日本、韩国、英国等在内的越来越多的国家,竞相加入到模块化小堆研发的行列。

“实际上,就压水堆而言,全世界开发小型堆有三、四十个国家,开发的堆形也有七八十种了,但真正落地的只有俄罗斯的浮动核电站,是已经建成了的,阿根廷有一个2.5万千瓦的小型堆还在建设中。”宋丹戎告诉封面新闻记者,虽说“玲龙一号”是一个小型堆,却不是单纯地把大型核电小型化。以往设计大堆可以直接用的一些理论及数据,对于小堆都不适用,必须从头开始。

“小堆尺寸变了,比如它的燃料组件相对大堆要短,短了以后燃料组件压紧力要多少?变形量是多少?包壳管气腔高度定为多少?这些量都得重新算,要从源头上开始研究。小堆设计是有可能遇到‘翻车’问题的。走到一半,有可能设定的目标达不到,必须完全推倒重来。”

宋丹戎直言,相比很多国家开发的小堆都还停留在纸上,玲龙一号作为全球第一个实现商用的小型堆,我国已经率先迈出了模块化小堆工程落地这关键一步,或将对国际上的推广应用产生重要推动。

玲龙一号反应堆核心模块吊装现场。

“小块头”如何为中国“双碳”目标发力?


“很久以前,小堆就被认为是‘未来的核选择’。”宋丹戎说,一直以来,小型核反应堆都被国内外核电领域的专家给予了很高的评价,特别是福岛核事故后,小堆因其更具灵活性和安全性,开始受到了热捧。

“小堆让核能有了更多选择。”宋丹戎说,作为清洁能源,核能发电具有安全友好、绿色低碳、经济高效等多重优势。玲龙一号全球首堆工程建成投运后,预计每年发电量可达10亿度,可满足海南52.6万户家庭用电需求。

面向我国“2030年要碳达峰,2060年实现碳中和”目标,安全积极有序地批量发展核电,可以连续、稳定地承担碳达峰、碳中和任务,助力我国深入推进能源转型,优化能源结构。每台玲龙一号机组每年发电,相当于减少二氧化碳排放88万吨,相当于植树造林750万棵,可以大大减少我国化石能源的消耗、促进节能减排。

“2011年以来,受福岛核事故等因素影响,全球核电消费量在所有能源消费中的占比长期低迷,但核能的综合利用仍有强烈的需求,市场潜力无限。除了电的需求以外,还有大量的能源需求,包括蒸汽、热水、海水淡化等,这些需求实际上还在非常快地增长。”宋丹戎告诉封面新闻记者,核能转化的蒸汽可以用于工业生产,热水可以用于冬季供暖,海水淡化也有很大的市场空间。玲龙一号一体化的设计提升了安全性,未来可以布置到离城市、离用户更近的地方。

充满可能性的应用场景电力系统的脱碳是全社会实现零碳发展的关键,供热是全球最大的终端能源消费领域。随着小地区或偏远山区供电、城市冬季集中供热、工业园区集中供热、岛礁供电、海上石油开采等领域对清洁能源的需求进一步提升,以及实现“美丽中国”对构建绿色能源体系的强烈需求,小堆凭借自身综合优势,具有广阔的应用前景。

要开拓“一带一路”乃至全球市场,示范工程的示范效应非常关键。IAEA发布的《2050核能技术路线图》表示,建立一个小堆市场,首要条件是供应商在自己国家首先成功地建造第一座小型堆,然后其他国家才会考虑在本国推广。小堆是当前国际核能领域竞争的焦点之一。

宋丹戎表示,小堆在全球市场也显示出良好前景。沿着南海出去,“一带一路”沿线的一些国家,也不约而同地表示出对小堆的兴趣。“国土面积小的国家,电网也比较小,如果建一个大堆,就会占电网一半的功率,一旦大堆检修或者换料,对电力系统的冲击比较大,所以有些国家是更希望有多建几个小型堆,对大电网的冲击也比较比较小,另外还可以给一些工业企业供蒸汽。”

评论 24

  • 汐止 2023-09-25 发表于四川

    有意思

  • fm42342e 2023-09-21 发表于四川

    好历害

  • 仪陇县金子村第一书记 2023-09-21 发表于四川

    厉害了

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