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全球首個陸上商用模塊化小型反應(yīng)堆——“玲龍一號” 反應(yīng)堆廠房鋼制安全殼上部筒體吊裝成功。它會成為國產(chǎn)核動力航母的未來嗎?
撰文/記者 王雪瑩 圖文編輯/陳永杰
新媒體編輯/呂冰心
日前,在海南昌江核電基地,全球首個陸上商用模塊化小型反應(yīng)堆“玲龍一號”反應(yīng)堆廠房鋼制安全殼上部筒體吊裝成功,為高質(zhì)量推進小堆工程建設(shè)奠定了堅實基礎(chǔ)。
▲7月6日,“玲龍一號”反應(yīng)堆廠房鋼制安全殼上部筒體吊裝成功(圖片來源/中核五公司)
“玲龍一號”是目前全球唯一通過國際原子能機構(gòu)官方審查的三代核能小堆,具有小型化設(shè)計、模塊化部署、非能動安全、一體化技術(shù)的特點,且安全性高、占地面積小、建造周期短,而且對環(huán)境更加友好,可在靠近城市和用戶的地方建造,在供電的同時還能滿足海水淡化、工業(yè)供熱等多種用途,適用場景更加豐富。
小巧靈活又安全
一提到核電機組,人們的腦海里總會聯(lián)想到“巨大且笨拙”的形象,然而于2019年7月破土動工的“玲龍一號”,卻給了“核電機組”一個全新的詮釋——作為全球首個通過國際原子能機構(gòu)安全審查的三代小型反應(yīng)堆,由中核集團自主研發(fā)的“玲龍一號”更是全球首個商用多功能的模塊化小型壓水堆。
不同于百萬千瓦級的大型堆,發(fā)電功率只有12.5萬千瓦的“玲龍一號”,按照“功率在30萬千瓦以下為小型堆”的標準,在規(guī)模上充其量只算是一個小型堆。然而,“小”不意味著水平差,恰恰相反,小反而有小的優(yōu)勢。
▲ “玲龍一號”首臺設(shè)備吊裝就位現(xiàn)場 (圖片來源/中核五公司)
對此,中核集團玲龍一號總設(shè)計師宋丹戎曾做過這樣一個比喻,“對于‘大堆’,我們可以把它看作一個家用的臺式電腦,包括顯示器、主機和鍵盤,而小堆我們就可以把它當做家里面的一個筆記本電腦,它的顯示器、主機和鍵盤都集中到一起了”。換而言之,“玲龍一號”雖然長得小巧,但卻是名副其實的“麻雀雖小五臟俱全”。
“玲龍一號的半徑大約是‘大堆’的一半”,中核集團海南核電工程處土建科副科長楊軍華表示,核電站常規(guī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計有地上布置和下沉式式布置,而“玲龍一號”這個小堆采用的則是下沉式設(shè)計方案,且堆芯的系統(tǒng)處于地面以下,因而工程的安全性也會更高,“基本上能防止大飛機的撞擊”,他說。
據(jù)了解,為了更進一步充分驗證并保障“玲龍一號”的安全性,科研人員還建設(shè)了全亞洲最大的非能動安全系統(tǒng)綜合實驗臺架進行試驗,后者幾乎是為核電機組套上了一個巨大的“金鐘罩”。具體來說,非能動安全系統(tǒng)的設(shè)計,一方面可以做到防患于未然,即在設(shè)計階段就提前發(fā)現(xiàn)潛在風險,降低危險發(fā)生的可能性;另一方面,如果出現(xiàn)極端問題——譬如反應(yīng)堆失去供能,非能動安全系統(tǒng)還可以利用自然規(guī)律確保反應(yīng)堆的安全,且在事故發(fā)生后的很長一段時間里,都無需人為干預。
不一樣的“積木”
除了小而精,在中國核電的發(fā)展道路上,“玲龍一號”的出現(xiàn)也標志著我國在小型模塊化反應(yīng)堆(簡稱SMR)技術(shù)上走到了世界前列。對此,很多人不禁要問,核電領(lǐng)域中的“模塊化”到底指的是什么?
在談?wù)摗傲猃堃惶枴敝埃覀冃枰攘私釹MR這一概念。自福島核電站事故后,全球?qū)MR的關(guān)注度日益增長,作為其核心概念之一,“模塊化”是指反應(yīng)堆的系統(tǒng)和組件可以在工廠組裝,并作為一個單元運輸?shù)桨惭b地點。也就是說,SMR宛如一個巨大的樂高積木,是由一塊塊“小積木”最終拼湊而成,而這些“積木”都是預先按照標準設(shè)計,然后被制造和批量生產(chǎn)出來的。
▲施工現(xiàn)場 (圖片來源/中核五公司)
一般情況下,大型動力反應(yīng)堆的建設(shè)是因地制宜,由設(shè)計人員為了某一個特定的地點而“量身定制”的機組。相比之下,SMR由于不是“定制產(chǎn)品”,因而大大降低了成產(chǎn)制造的成本,從整體上做到了比大型動力反應(yīng)堆更便宜、性價比更高,在理論上,也能夠大大縮短工程的整體工期。據(jù)了解,“玲龍一號”就是將蒸汽發(fā)生器、反應(yīng)堆、主泵和主管道等多個組件合而為一,在工廠內(nèi)模塊化批量制造和組裝,再運到現(xiàn)場安裝調(diào)試。
“‘玲龍一號’的模塊化能降低制造成本,同時也降低了功率”,宋丹戎說:“不僅如此,‘玲龍一號’的一體化設(shè)計也能減少事故率,這些都大大提升了它的安全性”。他表示,“玲龍一號”因為規(guī)模小,“對核燃料的裝載也更少,能降低放射性的影響”,因而它的應(yīng)急計劃區(qū)可以被控制在廠區(qū)邊界內(nèi)。在這些優(yōu)點的加持之下,“玲龍一號”可以被“靈活地布置到離用戶更近的地方,部署在靠近城鎮(zhèn)和工業(yè)園區(qū)”,他說。
超大的“移動充電寶”
正所謂“麻雀雖小,五臟俱全”,相比于百萬千瓦的核電站機組來說,“玲龍一號”不僅更安全可靠、靈活性更高,它的用途也更加廣泛。“它不僅能服務(wù)城市和工業(yè),還能為海洋資源開發(fā)等供電,甚至做海水淡化”,中核集團中國核電公司工程師王玉昆在接受媒體采訪時如是說。
如今,位于海南昌江“玲龍一號”反應(yīng)堆廠房的鋼制安全殼上部筒體已提前順利吊裝就位,整體工程預計2026年建成。隨著“玲龍一號”工程的推進,人們也有了更多的新期待——能不能讓“玲龍一號”走到更廣闊的舞臺?比如大海之上?
據(jù)王玉昆介紹,因為小巧靈活,“玲龍一號”也可以被安裝在船只上?!氨确秸f,船只搭載著它靠近海島的這個過程中,它就能為城區(qū)的居民提供暖氣甚至是電力,同時它還能為城市中的工業(yè)用電和工業(yè)供能提供能源”,他解釋說:“隨著船只繼續(xù)向前,經(jīng)過海上鉆井平臺時,安裝‘玲龍一號’的船也可以為鉆井平臺提供能量和電力,甚至為小島開發(fā)提供能量?!?/p>
▲“玲龍一號”反應(yīng)堆廠房鋼制安全殼上部筒體吊裝就位(圖片來源/中核五公司)
讓“玲龍一號”搖身一變,成為“海上移動充電寶”,宋丹戎認為這個想法有著巨大潛力。“在沿海發(fā)達的地區(qū)和城市,土地資源是非常寶貴的,我們?nèi)绻ㄒ粋€反應(yīng)堆,那么它周圍的設(shè)施建設(shè)就一定會受限”,他說:“可如果把它建到海上,離(陸地)三五公里,直接拖上電線、蒸汽管線,那它就不會占用大量土地。不僅如此,把它放到海上以后,反應(yīng)堆需要的冷卻水其實也就能就地取材了。”
從節(jié)能減排到航母軍工
對于小型堆,中國工程院院士葉奇蓁曾將其譽為“核能游戲的改變者”,認為其能以更安全的方式提供不同的核電聯(lián)產(chǎn)解決方案,而小巧玲瓏的“玲龍一號”也將在更多領(lǐng)域,為中國的發(fā)展開拓無限可能。
首先是在節(jié)能減排上:眾所周知,核能是一種重要的綠色低碳新能源,有序推動核電發(fā)展對于我國推進能源轉(zhuǎn)型、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)有著重要的意義。根據(jù)官方數(shù)據(jù)顯示,“玲龍一號”在建成后,有望每年減少二氧化碳排放870萬噸、氮氧化物3萬噸,同時年發(fā)電量可達10億千瓦時,滿足52.6萬戶家庭一年的生活所需。加之其建造成本低、性價比高、使用靈活,“玲龍一號”的推廣與應(yīng)用,無疑將對我國力爭2030“碳達峰”、2060“碳中和”起到重要的助推之用。
大型堆的優(yōu)勢主要是通過發(fā)電實現(xiàn)經(jīng)濟性,而小型堆的優(yōu)勢則更多地體現(xiàn)在供熱方面,是一種更依賴于選址貼近用戶的分布式能源?!霸谔歼_峰、碳中和的全球能源生產(chǎn)和消費革命時代要求下,穩(wěn)定性好的清潔能源將具有較強的議價能力”,宋丹戎說。
除了助力節(jié)能減排,“玲龍一號”也被視作推動我國軍工、尤其是航母發(fā)展的重要力量。因為整體的體積更小,理論上,“玲龍一號”可以適用于目前在役的遼寧艦和山東艦。此前有業(yè)內(nèi)人士猜測,鑒于“玲龍一號”單臺熱功率和電功率分別可以達到385兆瓦和125兆瓦,若可以在我國現(xiàn)役航母上配置兩臺組合,就相當于為航母提供了28萬匹馬力——超過了美國目前現(xiàn)役26萬匹馬力的尼米茲級核動力航母。
▲美國現(xiàn)役尼米茲級核動力航母 (圖片來源/military.com)
相關(guān)專家指出,“玲龍一號”或許只是民用版本,需要在反應(yīng)堆的體積、功率方面和核燃料豐度等方面做出改進,才能用到航母上。但這也能夠為之后的核動力航母布局提供技術(shù)基礎(chǔ)。我們相信,未來一定能夠擁有屬于自己的核航母。
(部分文字來源:央視財經(jīng)、中國核能)
出品:科普中央廚房
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