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小身軀、大用途 玲龍一號(hào)不只是核能“充電寶”

科技日?qǐng)?bào)發(fā)布時(shí)間:2021-09-14 10:22:08


海南昌江玲龍一號(hào)施工現(xiàn)場(chǎng)新華社發(fā)

  10億千瓦時(shí)

  玲龍一號(hào)建成后年發(fā)電量可達(dá)10億千瓦時(shí),滿足52.6萬(wàn)戶家庭一年生活所需。玲龍一號(hào)每臺(tái)機(jī)組每年發(fā)電相當(dāng)于減少二氧化碳排放88萬(wàn)噸,種植樹(shù)木750萬(wàn)棵。

  “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(gè)大型反應(yīng)堆,反應(yīng)堆周圍的設(shè)施會(huì)受到限制;如果建一個(gè)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(hào)總設(shè)計(jì)師宋丹戎說(shuō),在沿海建造小型反應(yīng)堆,可為沿海城市“充電”。

  玲龍一號(hào)就是這樣一個(gè)“核能充電寶”。玲龍一號(hào)(ACP100)是中核集團(tuán)通過(guò)十余年自主研發(fā)并具有自主知識(shí)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(hào)后的又一自主創(chuàng)新重大成果。今年7月13日,玲龍一號(hào)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(shè)周期58個(gè)月,預(yù)計(jì)2026年建成。

  身材雖小,技術(shù)含量卻很高

  按照國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)的定義,小型堆是指電功率30萬(wàn)千瓦以下的反應(yīng)堆。

  小型堆曾被中國(guó)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(wàn)千瓦,采用分散布置的第三代大型反應(yīng)堆華龍一號(hào)全球首堆正式投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。相比華龍一號(hào),玲龍一號(hào)小巧玲瓏得多,占地面積只有華龍一號(hào)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(yīng)用場(chǎng)景、技術(shù)研發(fā)上也有不同側(cè)重。

  玲龍一號(hào)項(xiàng)目總經(jīng)理劉承敏表示,華龍一號(hào)主要用于核能發(fā)電,玲龍一號(hào)則主要是核能綜合利用。除了發(fā)電,玲龍一號(hào)還能滿足多種需求,例如城市供熱、海水淡化、石油開(kāi)采等,適用于園區(qū)、海島、礦區(qū)、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(shè)計(jì)、模塊化建造和完全非能動(dòng)的安全系統(tǒng)。

  玲龍一號(hào)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(chǎng)直接進(jìn)行安裝和調(diào)試。通過(guò)批量化和快速建造,縮短現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)間和建造工期,實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益。

  非能動(dòng)安全系統(tǒng),可謂玲龍一號(hào)保障安全性的“殺手锏”。設(shè)計(jì)人員采用“固有安全加非能動(dòng)安全”的設(shè)計(jì)理念,一方面,通過(guò)在設(shè)計(jì)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(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)無(wú)需人為干預(yù)。相比大型堆,玲龍一號(hào)功率小、使用核燃料少,應(yīng)急計(jì)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?yàn)楹蛡鹘y(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(hào)是完全的自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)。”宋丹戎說(shuō)。圍繞這一開(kāi)創(chuàng)性的堆型,中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院攻克了反應(yīng)堆熱工水力、安全系統(tǒng)驗(yàn)證、力學(xué)性能等關(guān)鍵技術(shù),研發(fā)了包括主泵、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、直流蒸汽發(fā)生器等20多項(xiàng)關(guān)鍵設(shè)備,形成了大量實(shí)用新型專利和發(fā)明專利。為了充分驗(yàn)證安全性,研發(fā)團(tuán)隊(duì)還建設(shè)了全亞洲最大的非能動(dòng)安全系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)架進(jìn)行試驗(yàn)。

  “人類歷史上還沒(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(xiàn)了玲龍一號(hào)的構(gòu)建。”中核集團(tuán)玲龍一號(hào)副總設(shè)計(jì)師秦忠說(shuō)。

  歷經(jīng)考驗(yàn),終于“落地扎根”

  2010年,中核集團(tuán)正式啟動(dòng)對(duì)小型堆的研發(fā),玲龍一號(hào)從圖紙走向現(xiàn)實(shí),可謂“過(guò)五關(guān)斬六將”。

  造價(jià)成本是第一道關(guān)卡。

  宋丹戎告訴科技日?qǐng)?bào)記者,“玲龍一號(hào)主要通過(guò)革新設(shè)計(jì)、簡(jiǎn)化系統(tǒng)、批量建設(shè)來(lái)降低造價(jià)成本。同時(shí),小型堆的建設(shè)相比大型堆,大幅減少了對(duì)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(xiàn)經(jīng)濟(jì)性,而小型堆則另辟蹊徑,從“供熱”方面實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性。發(fā)電可以通過(guò)電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)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(shí)代要求下,穩(wěn)定性好的清潔能源將具有較強(qiáng)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(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)積極借鑒已有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,歷經(jīng)重重考驗(yàn),拿到了國(guó)內(nèi)許可證和全球“通行證”。2016年,玲龍一號(hào)成為全球首個(gè)通過(guò)國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)安全審查的小型堆,這也意味著它未來(lái)可向海外出口,為全球能源貢獻(xiàn)中國(guó)力量。

  在國(guó)內(nèi),國(guó)家核安全局組建了由國(guó)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(duì),對(duì)玲龍一號(hào)的安全性進(jìn)行考察。2020年6月,國(guó)家核安全專家委員會(huì)通過(guò)了聯(lián)合團(tuán)隊(duì)對(duì)玲龍一號(hào)的安全評(píng)價(jià)報(bào)告;2021年7月,國(guó)家核安全局頒發(fā)了玲龍一號(hào)示范工程建造許可證,玲龍一號(hào)正式開(kāi)工。

  此外,還有設(shè)備的制造供貨難題。面對(duì)不確定的工期,玲龍一號(hào)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)做了充分的“沙盤推演”。沙盤推演即通過(guò)模擬工程建設(shè)安裝過(guò)程,識(shí)別進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn),提出應(yīng)對(duì)措施,幫助玲龍一號(hào)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(shì)。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(guó)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(hào)建成后年發(fā)電量可達(dá)10億千瓦時(shí),滿足52.6萬(wàn)戶家庭一年生活所需。每臺(tái)玲龍一號(hào)機(jī)組每年發(fā)電相當(dāng)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(yīng)用可以大大減少我國(guó)化石能源的消耗、促進(jìn)節(jié)能減排,對(duì)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(hào)不僅在實(shí)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(hào)由中國(guó)核電全資控股,其建設(shè)使小型堆技術(shù)得到全方位實(shí)施及驗(yàn)證,將加速提升我國(guó)在模塊式小型堆領(lǐng)域的自主創(chuàng)新能力,鞏固我國(guó)在這一領(lǐng)域的先發(fā)優(yōu)勢(shì),形成自主堆型品牌。

  國(guó)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(gè)小型堆市場(chǎng),首要條件是供應(yīng)商在自己國(guó)家首先成功地建造第一座小型堆,然后其他國(guó)家才會(huì)考慮在本國(guó)推廣。因此,玲龍一號(hào)的建設(shè)因而具有自主品牌“走出去”的重要示范價(jià)值。

  “小型堆是國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)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(shì)。”海南核電有限公司黨委書(shū)記、董事長(zhǎng)魏國(guó)良說(shuō)。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(guó)內(nèi)需求量可能不大,但在美英等國(guó)或者中東、非洲國(guó)家,以及領(lǐng)土、人口較少的中小國(guó)家,具有較強(qiáng)的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。”

  “對(duì)于一些僅有幾萬(wàn)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(guó)核電黨委書(shū)記盧鐵忠分析:“沿著南海出去,‘一帶一路’沿線的一些國(guó)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(guó)家的偏遠(yuǎn)地區(qū),可能對(duì)此也有需要。”

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