二十年磨一剑! “玲龙一号”核心模块诞生记

四川日报 2023-08-11 09:28 49207

8月10日,全球首个陆上商用模块化小堆“玲龙一号”反应堆核心模块成功吊装。“玲龙一号”核岛设备安装关键路径上的第一个里程碑节点顺利完成。

“玲龙一号”反应堆核心模块主要包括压力容器和蒸汽发生器两个关键设备。“与‘华龙一号’的分散布置相比,‘玲龙一号’最突出的特征就是一体化设计、模块化建造等。这次核心模块吊装就是最好的诠释。”中国核动力研究设计院副院长唐传宝说。

这一天,中核集团“玲龙一号”设计团队,等了整整20年。

踏入核能开发“无人区”

没有可以参考的方案,每一个参数、方案都得来不易

国际原子能机构认定,电功率30万千瓦以下的核反应堆被称为小堆。

“大堆可以看作是一个家用的台式电脑,包括显示器、主机、键盘等。小堆可以把它当作一个笔记本电脑,它的显示器、主机、键盘等都集中到一起。”中核集团“玲龙一号”总设计师宋丹戎说。

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,竞相加入模块化小堆研发行列。

除了核能发电,小堆在非电领域,包括工业工艺蒸汽、区域供热、海水淡化等领域的应用也有广阔的市场需求,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。

2003年,在川央企中国核动力研究设计院(以下简称“中核动力设计院”)开始核能综合利用的探索研究,以海水淡化、核能供热等需求为目标,完成概念方案和安全性及经济性评估。

2009年8月,小堆技术研究进入中核动力设计院核电科研“十二五”规划项目清单。2011年,中核集团模块化小堆的研发正式启动。项目代号ACP100,别称“玲龙一号”,它与大家熟知的“华龙一号”是“亲兄弟”。

“玲龙一号”副总设计师秦忠说,“玲龙一号”区别于其他小堆的关键一点就是真正实现模块化制造。只有真正实现模块化,才能实现工厂批量制造,在提高质量的同时,降低造价。

“‘玲龙一号’研发让核能开发进入‘无人区’。”秦忠说,“玲龙一号”是完全从零开始的全新设计,在没有任何参考的基础上,朝着既定目标,通过技术创新去完成设计,最终还要通过核安全部门的审查。“每一个参数、方案都需要无数次的分析、论证、试验,反复迭代。”

2012年,“玲龙一号”技术设计完成;2014年12月,“玲龙一号”标准设计完成;2016年,“玲龙一号”通过国际原子能机构安全审查,成为全球首个通过IAEA安全审查的小型压水堆技术。

2021年7月13日,中核集团海南昌江多用途模块式小型堆科技示范工程(小堆示范项目)在海南昌江核电现场正式开工。该项目成为全球首个开工的陆上商用模块化小堆,标志着我国在模块化小型堆技术上走在世界前列。

再造“核电之肺”

十多年的科研攻关,终于开花结果

有“核电之肺”之称的蒸汽发生器,设计、制造过程同样充满艰辛。

大堆蒸汽发生器高度约21米;而小堆蒸汽发生器高度仅仅约2米。“虽然都是蒸汽发生器,但是两种不同的技术路线。小堆的蒸汽发生器具有体积小、重量轻、结构紧凑、耐腐蚀性好、传热效率高等优势。”“玲龙一号”蒸汽发生器设计负责人刘威说。

针对一体化布置的特点,团队开展蒸汽发生器紧凑结构设计。“每一个设计都要经过无数次反复论证,才能得出最优解。”刘威说。

2021年2月,蒸汽发生器一次侧水压试验现场被阴霾笼罩。“试验失败了。”接到电话的一瞬间,“玲龙一号”蒸汽发生器项目课题负责人黄卫东心想,“完了,我们的节点保不住了。”

黄卫东说,蒸汽发生器一次侧是一回路承压边界主要组成部分,而一次侧水压试验是检验其整体强度、密封性和制造质量的重要试验,也是制造中的关键节点。团队迅速找原因,最终花了4个月时间解决了问题,保证了任务节点。

2022年9月,“玲龙一号”首堆蒸汽发生器通过出厂验收。“十多年的科研攻关,终于开花结果了。”黄卫东感慨地说。

随着吊装完成,此后堆内构件、主泵等关键设备也陆续到场安装,距离揭开“玲龙一号”神秘面纱又更近一步。

重塑“心脏”

体积虽然变小了,但是它的功能反而增加了,设计非常复杂

“并不是单纯地把大型核电小型化。”宋丹戎说,“玲龙一号”是一个涉及多需求多目标多技术耦合的新堆型。以往可以直接用的一些大型压水堆技术理论,包括数据等,对于它都不适用,必须从头开始。

反应堆压力容器是核电站核心设备之一,也是反应堆中唯一不可更换的主设备,被喻为核电站的“心脏”,对核电站安全、稳定运行有着至关重要的作用。为满足小堆多功能集成化的设计需求,小堆压力容器采用一体化设计。“小堆体积虽然变小了,但是它的功能反而增加了,设计非常复杂。”“玲龙一号”反应堆压力容器设计负责人董元元说,“玲龙一号”反应堆压力容器内部结构复杂。在常规反应堆压力容器的功能上,还具有支承主泵、包容蒸汽发生器、消除主管道、堆内分流等额外的功能作用。

针对如何与主泵直接连接,并形成进出口回路的结构设计要求,团队反复研究,提出6种设计方案,对每一种方案进行分解、论证,对每一种方案进行三维建模分析,最终对结构设计方案进行固化。

2023年7月13日,全球首个陆上商用模块化小堆“玲龙一号”反应堆核心模块完成出厂验收,发运前往海南。8月10日,“玲龙一号”反应堆核心模块正式吊装,为我国核动力设备自主化的蓝图再添一抹亮丽色彩。

“玲龙一号”研发时间线

2003年

中国核动力研究设计院开始核能综合利用的探索研究,以海水淡化、核能供热等需求为目标,完成概念方案和安全性及经济性评估

2009年8月

小堆技术研究进入中核动力设计院核电科研“十二五”规划项目清单

2011年

中核集团模块化小堆的研发正式启动

2012年

“玲龙一号”技术设计完成

2014年12月

“玲龙一号”标准设计完成

2016年

“玲龙一号”通过国际原子能机构安全审查,成为全球首个通过IAEA安全审查的小型压水堆技术

2022年9月

“玲龙一号”首堆蒸汽发生器顺利通过出厂验收

2023年7月13日

“玲龙一号”反应堆核心模块完成出厂验收,发运前往海南

2023年8月10日

“玲龙一号”反应堆核心模块成功吊装(四川日报全媒体记者 徐莉莎 徐浩煊)

评论 1

  • 大竹县石桥铺镇锁石村第一书记 2023-08-11 发表于四川

    标志着我国在模块化小型堆技术上走在世界前列

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