我國(guó)核能領(lǐng)域的又一里程牌！——“玲龍一號(hào)”模塊化小型核反應(yīng)堆

核能的和平應(yīng)用堪稱20世紀(jì)人類最偉大的里程碑之一，核電作為一種高效、清潔、可再生可持續(xù)發(fā)展的能源形式，可以說(shuō)在我國(guó)正發(fā)揮著極為重要的角色。核能在我國(guó)已經(jīng)被安全使用了超過(guò)三十年。1991年，中國(guó)完成了第一座核電廠的建設(shè)并投入運(yùn)營(yíng)，這標(biāo)志著我國(guó)無(wú)核電歷史的終結(jié)。隨后，1994年我國(guó)開(kāi)始投產(chǎn)大型核電站，緊接著在1996年，中國(guó)自主設(shè)計(jì)并建設(shè)了二代和三代核電站。

如今我國(guó)的核電行業(yè)正在蓬勃發(fā)展，擁有15個(gè)正在運(yùn)行的核電站，同時(shí)還有6個(gè)核電站正在建設(shè)中。這些核電站遍布全國(guó)各地，包括秦山核電站、海陽(yáng)核電站、嶺澳核電站等在內(nèi)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2023年1月到3月期間，全國(guó)范圍內(nèi)的發(fā)電設(shè)備累計(jì)平均利用時(shí)長(zhǎng)達(dá)到了3147小時(shí)，較去年同期增加了19小時(shí)；全國(guó)發(fā)電總量達(dá)到了20711.8億千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)了619.1億千瓦時(shí)。2021年，我國(guó)核電發(fā)電量等效減少燃煤1.2億噸，減少二氧化碳排放3.0億噸，減少二氧化硫排放98.24萬(wàn)噸。這些數(shù)據(jù)清晰地展示了我國(guó)核電站在減少碳排放上面的卓越表現(xiàn)和可靠運(yùn)行方面取得的成就。

而就在近期，隨著中核集團(tuán)旗下中國(guó)核電投資控股的中核海南多用途模塊式小型堆科技示范工程“玲龍一號(hào)”反應(yīng)堆核心模塊在海南昌江吊裝成功?！傲猃堃惶?hào)”的成功建設(shè)，標(biāo)準(zhǔn)著我國(guó)核工業(yè)的發(fā)展迎來(lái)了又一次里程牌，我國(guó)已經(jīng)在在模塊式小型堆建造上走在世界前列。

對(duì)于“玲龍一號(hào)”來(lái)說(shuō)，其最重要的特點(diǎn)主要集中在兩個(gè)方面，第一是“小型堆”，第二是“模塊化”，在本篇文章之中，我們分別來(lái)聊一聊。

先來(lái)說(shuō)一說(shuō)這個(gè)“小型堆”，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（300MW）以下的反應(yīng)堆。根據(jù)國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)階段全球涌現(xiàn)了80多種不同的小型核反應(yīng)堆設(shè)計(jì)方案。在這些方案中，壓水堆技術(shù)方案的成熟度相對(duì)較高，然而大多數(shù)小型壓水堆方案仍處于設(shè)計(jì)研發(fā)階段，真正實(shí)際落地應(yīng)用的并不多見(jiàn)，而“玲龍一號(hào)”便是這其中的一個(gè)案例。

所謂壓水堆，其全稱是全稱“加壓水慢化冷卻反應(yīng)堆”，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是以加壓的、未發(fā)生沸騰的輕水(即普通水)作為慢化劑和冷卻劑的反應(yīng)堆。它的冷卻系統(tǒng)由兩個(gè)循環(huán)回路構(gòu)成。

首先，一個(gè)回路連接著反應(yīng)堆芯和第二個(gè)回路中的蒸汽發(fā)生器。在這個(gè)回路內(nèi)，壓力被維持在大約150個(gè)大氣壓，這個(gè)壓力條件下，冷卻水可以被加熱到約343℃而不會(huì)沸騰。接著，冷卻水流經(jīng)第二個(gè)回路中蒸汽發(fā)生器的傳熱管道，其壓力約為70個(gè)大氣壓左右，將第二個(gè)回路中的水加熱至沸騰點(diǎn)（大約260℃），形成水蒸氣。

這些水蒸氣經(jīng)過(guò)濾除混雜的液態(tài)水后，被輸送至第二個(gè)回路的汽輪機(jī)，從而推動(dòng)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。在釋放熱能后，第一個(gè)回路中的水以約290℃的溫度返回至反應(yīng)堆芯，完成第一個(gè)回路的循環(huán)。而從汽輪機(jī)流出的第二個(gè)回路水在經(jīng)過(guò)冷凝器后會(huì)凝結(jié)成液態(tài)水，然后重新回流至蒸汽發(fā)生器，完成第二個(gè)回路的循環(huán)，而第二回路的水在蒸汽發(fā)生器里被加熱后變成飽和蒸汽用來(lái)驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)，提供電源。

在“玲龍一號(hào)”一號(hào)之前，全球正在建設(shè)和運(yùn)行的百萬(wàn)千瓦級(jí)壓水堆核電反應(yīng)堆，每一個(gè)都是占地巨大的工程。以法國(guó)的M310和EPR、美國(guó)的AP1000為例，這些反應(yīng)堆的布局都是分散型的，整個(gè)反應(yīng)堆所需的布置空間直徑約為45米，要想放下這種龐然大物，需要的場(chǎng)地大小接近4個(gè)籃球場(chǎng)。

美國(guó)西屋 AP1000壓水核反應(yīng)堆

而本次我國(guó)的“玲龍一號(hào)”與大型壓水堆不同，小型壓水堆采用了一體化技術(shù)，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊。反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)完全集成在壓力容器內(nèi)，整個(gè)直徑大約只有7米左右。反應(yīng)堆變小了，其功率也會(huì)自然變小，“玲龍一號(hào)”的功率僅相當(dāng)于“華龍一號(hào)”的十分之一，后者的功率達(dá)到百萬(wàn)千瓦級(jí)，而“玲龍一號(hào)”則是一種功率為十萬(wàn)千瓦級(jí)的小型核電堆。但是相對(duì)小的功率在核電上并不一定是壞事，較低的功率降低了核燃料裝載量，與大堆相比，小堆更加安全、部署也更加靈活。根據(jù)總設(shè)計(jì)師宋丹戎表示：“大堆可以看作臺(tái)式電腦，包括顯示器、主機(jī)、鍵盤(pán)等，小堆可以當(dāng)作筆記本電腦，顯示器、主機(jī)、鍵盤(pán)等都集中到一起了?！?/strong>

既然談到了部署靈活，這就引出了“玲龍一號(hào)”第二個(gè)特點(diǎn)——模塊化。

“玲龍一號(hào)”的最大創(chuàng)新在于將反應(yīng)堆和反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)集成為一個(gè)整體模塊，實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的一體化和模塊化，從而實(shí)現(xiàn)了制造和運(yùn)輸?shù)哪K化，以及現(xiàn)場(chǎng)快速裝配的特點(diǎn)。

所有的核心模塊都將統(tǒng)一在工廠中的流水線中生產(chǎn)組裝完畢，將核心模塊運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)后馬上就能裝配使用，這也就意味著，在不遠(yuǎn)的未來(lái)，核反應(yīng)堆的使用，很有可能會(huì)變得和消費(fèi)家電市場(chǎng)的空調(diào)、電視一樣，顧客買回家插上電就可以直接用。

想象一下，基于較小的功率和體積，以及可以靈活部署在居民區(qū)和工廠附近的特點(diǎn)，小型核堆不僅適用于陸地設(shè)置，還可以應(yīng)用于海上平臺(tái)、偏遠(yuǎn)島嶼等場(chǎng)所。在未來(lái)，只要沿海地區(qū)或海島缺乏電力，就有可以將搭載了小型反應(yīng)堆的核能海上平臺(tái)移至那里用來(lái)解決當(dāng)?shù)氐?a class="contentlabel" href="http://www.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/電力">電力問(wèn)題。甚至還可以再大膽一點(diǎn)，目前，許多發(fā)展中國(guó)家都受限于經(jīng)濟(jì)發(fā)展，難以解決建設(shè)核電站的資金問(wèn)題，我們就可以將搭載了“玲龍一號(hào)”海上平臺(tái)出租出去，去非洲，南美這些沿海城市發(fā)電，直接省去在當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)的各種征地、施工問(wèn)題，一旦有局勢(shì)動(dòng)蕩的情況發(fā)生，也能及時(shí)撤回國(guó)，在幫助了當(dāng)?shù)匕l(fā)展的同時(shí)，也能將我國(guó)的投資風(fēng)險(xiǎn)降到最低。

“玲龍一號(hào)”將作為中國(guó)核電一張新的名片，實(shí)現(xiàn)核電技術(shù)的國(guó)際推廣，助力相關(guān)國(guó)家促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，加深國(guó)際間的文化交流與合作，為世界和平穩(wěn)定貢獻(xiàn)中國(guó)的力量。