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全球首個陸上商用模塊化小型反應堆——“玲龍一號” 反應堆廠房鋼制安全殼上部筒體吊裝成功。它會成為國產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堆“玲龍一號”反應堆廠房鋼制安全殼上部筒體吊裝成功，為高質量推進小堆工程建設奠定了堅實基礎。

▲7月6日，“玲龍一號”反應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官方審查的三代核能小堆，具有小型化設計、模塊化部署、非能動安全、一體化技術的特點，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安全審查的三代小型反應堆，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)的結構設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)的設計，一方面可以做到防患于未然，即在設計階段就提前發(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堆（簡稱SMR）技術上走到了世界前列。對此，很多人不禁要問，核電領域中的“模塊化”到底指的是什么？

在談論“玲龍一號”之前，我們需要先了解SMR這一概念。自福島核電站事故后，全球對SMR的關注度日益增長，作為其核心概念之一，“模塊化”是指反應堆的系統(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計，然后被制造和批量生產出來的。

▲施工現(xiàn)場 （圖片來源/中核五公司）

一般情況下，大型動力反應堆的建設是因地制宜，由設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“定制產品”，因而大大降低了成產制造的成本，從整體上做到了比大型動力反應堆更便宜、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、反應堆、主泵和主管道等多個組件合而為一，在工廠內模塊化批量制造和組裝，再運到現(xiàn)場安裝調試。

“‘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”，因而它的應急計劃區(qū)可以被控制在廠區(qū)邊界內。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?！八粌H能服務城市和工業(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?！霸谘睾０l(fā)達的地區(qū)和城市，土地資源是非常寶貴的，我們如果建一個反應堆，那么它周圍的設施建設就一定會受限”，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，反應堆需要的冷卻水其實也就能就地取材了?！?/p>

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)產解決方案，而小巧玲瓏的“玲龍一號”也將在更多領域，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型、優(yōu)化能源結構有著重要的意義。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）

相關專家指出，“玲龍一號”或許只是民用版本，需要在反應堆的體積、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基礎。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

監(jiān)制：北京科技報 | 北科傳媒

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