重量約20公斤，高度累計(jì)超過(guò)半米，近一年時(shí)間準(zhǔn)備的4000多頁(yè)A4紙寫滿英文，需要作為玲龍一號(hào)接受三代核能小堆審查的材料，遞交給國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)。
據(jù)國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)認(rèn)定，電功率30萬(wàn)千瓦以下的核反應(yīng)堆即為小型堆，但想取得國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)通用反應(yīng)堆安全審查這張“全球通行證”，并非易事。
“在材料遞交完后，我們到國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)的總部去過(guò)三次進(jìn)行交流，評(píng)審團(tuán)也到中國(guó)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行過(guò)兩次審核，每一次都要進(jìn)行好多輪技術(shù)答辯，算下來(lái)整個(gè)流程歷時(shí)2年。”中核集團(tuán)模塊式多用途小型堆總設(shè)計(jì)師宋丹戎告訴封面新聞?dòng)浾?，評(píng)審會(huì)針對(duì)安全性提出各種問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)需要給出安全性證據(jù)、計(jì)算分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)證明小堆的安全。
2016年4月，我國(guó)自主研發(fā)并具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“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)(IAEA)安全審查的模塊式小型堆。
從2011年中核集團(tuán)對(duì)模塊化小型地的研發(fā)正式啟動(dòng)(項(xiàng)目代號(hào)ACP100，別稱玲龍一號(hào))，宋丹戎的信念、工作和生活相互交織，都圍繞著玲龍一號(hào)，它們共同發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，讓這場(chǎng)以年來(lái)計(jì)時(shí)賽程耗時(shí)的馬拉松，離夢(mèng)想的終點(diǎn)越來(lái)越近。
用12年的時(shí)間“奔跑”，將紙面設(shè)計(jì)真正落地為大國(guó)重器，宋丹戎稱之為“十分高興”，工作理想與個(gè)人追求高度契合，這是成年人在工作中很少能體驗(yàn)到的時(shí)刻。“預(yù)計(jì)到2026年正式發(fā)電，那就更高興了。”
中核集團(tuán)模塊式多用途小型堆總設(shè)計(jì)師宋丹戎。(圖片來(lái)源：受訪者供圖)
為什么玲龍一號(hào)被稱作“移動(dòng)充電寶”?
8月10日，南國(guó)椰林的晨色微亮，在多數(shù)人都沉睡的時(shí)刻，一場(chǎng)前所未見(jiàn)的吊裝任務(wù)，已拉開序幕。
一聲令下，玲龍一號(hào)反應(yīng)堆核心模塊被高高吊起，向著核島方向移動(dòng)，數(shù)十分鐘過(guò)去，終于吊裝成功。隨著壓力容器、蒸發(fā)器等關(guān)鍵設(shè)備一步到位。10點(diǎn)46分，降至距就位約1米的高度，五公司宣布吊裝活動(dòng)結(jié)束，轉(zhuǎn)為保溫層安裝階段。
這是玲龍一號(hào)核島設(shè)備安裝關(guān)鍵路徑上的第一個(gè)里程碑節(jié)點(diǎn)，是核反應(yīng)堆模塊化制造和安裝的一次“首秀”。“玲龍一號(hào)”終于有了“玲龍之心”，這代表全球核能小型化邁出了歷史性一步，也標(biāo)志著我國(guó)在模塊式小型堆建造上走在了世界前列。
“玲龍一號(hào)”還有一個(gè)功能性極強(qiáng)的外號(hào)——核能領(lǐng)域的“移動(dòng)充電寶”。
“我們開發(fā)的小型堆，功率比較小，占地面積比較小，相較于大型堆來(lái)說(shuō)，它的選址就比較靈活，可以隨著用戶的需求就布置在用戶需求的地方，所以說(shuō)可以說(shuō)從概念上來(lái)說(shuō)，它可以比較靈活，可供選擇的場(chǎng)址廣泛，所以又稱作移動(dòng)充電寶。”宋丹戎向封面新聞?dòng)浾呓忉尩馈?/p>
與大型壓水堆相比，玲龍一號(hào)由于體積小，占地面積較小。更小的功率和體積適配更多的應(yīng)用場(chǎng)景。“除了核能發(fā)電之外，小堆在非電領(lǐng)域，包括工業(yè)工藝蒸汽、區(qū)域供熱、海水淡化等的應(yīng)用也有廣闊的市場(chǎng)需求。此外，還可以應(yīng)用于廣大內(nèi)陸地區(qū)、海島、海上油氣鉆井平臺(tái)的供電、供汽、供熱。”宋丹戎告訴封面新聞?dòng)浾?，目前，團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種浮動(dòng)核電站，在陸上堆示范完成以后，可以把小型堆裝到浮動(dòng)平臺(tái)上，在沿海地區(qū)就可以拉著小型堆到需要的地方去給居民供電，給工業(yè)、企業(yè)提供電力或者蒸汽，真正實(shí)現(xiàn)這種移動(dòng)的充電寶的作用。
宋丹戎在玲龍一號(hào)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)(圖片來(lái)源：受訪者供圖)
為什么要把核反應(yīng)堆做得越來(lái)越“小”
“玲龍一號(hào)”是由中核集團(tuán)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，也是全球首個(gè)開工的陸上商用模塊化小堆。
但什么是小堆呢?
根據(jù)國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)給出的定義，是電功率在30萬(wàn)千瓦以下的反應(yīng)堆。“大堆我們可以把它看作一個(gè)家用的臺(tái)式電腦，包括了顯示器、主機(jī)、鍵盤等等，小堆我們可以把它當(dāng)作家里面的一個(gè)筆記本電腦，它的顯示器、主機(jī)、鍵盤等都集中到一起了。”宋丹戎給出了更通俗的解釋。
一體化、模塊化的反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)是玲龍一號(hào)的突出特征，這意味著玲龍一號(hào)的蒸汽發(fā)生器、主泵、堆內(nèi)構(gòu)件、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等反應(yīng)堆的部件都集中在壓力容器上，不需要主管道的連接。采用模塊化建造安裝模式，可縮短現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)間及建造工期，初投資低、建造周期短，提高經(jīng)濟(jì)性。
據(jù)宋丹戎介紹，小堆除了可以實(shí)現(xiàn)多場(chǎng)景多功能的應(yīng)用，還采用非能動(dòng)的堆芯冷卻系統(tǒng)和余熱冷卻系統(tǒng)。因?yàn)楣β市?，小堆完全依靠空氣自然?duì)流就能將熱量從堆芯導(dǎo)入鋼制安全殼內(nèi)，然后從安全殼導(dǎo)入大氣這一最終熱阱。
早在上世紀(jì)七八十年代，國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)就開始倡導(dǎo)發(fā)展中小型反應(yīng)堆。包括美國(guó)、俄羅斯、日本、韓國(guó)、英國(guó)等在內(nèi)的越來(lái)越多的國(guó)家，競(jìng)相加入到模塊化小堆研發(fā)的行列。
“實(shí)際上，就壓水堆而言，全世界開發(fā)小型堆有三、四十個(gè)國(guó)家，開發(fā)的堆形也有七八十種了，但真正落地的只有俄羅斯的浮動(dòng)核電站，是已經(jīng)建成了的，阿根廷有一個(gè)2.5萬(wàn)千瓦的小型堆還在建設(shè)中。”宋丹戎告訴封面新聞?dòng)浾?，雖說(shuō)“玲龍一號(hào)”是一個(gè)小型堆，卻不是單純地把大型核電小型化。以往設(shè)計(jì)大堆可以直接用的一些理論及數(shù)據(jù)，對(duì)于小堆都不適用，必須從頭開始。
“小堆尺寸變了，比如它的燃料組件相對(duì)大堆要短，短了以后燃料組件壓緊力要多少?變形量是多少?包殼管氣腔高度定為多少?這些量都得重新算，要從源頭上開始研究。小堆設(shè)計(jì)是有可能遇到‘翻車’問(wèn)題的。走到一半，有可能設(shè)定的目標(biāo)達(dá)不到，必須完全推倒重來(lái)。”
宋丹戎直言，相比很多國(guó)家開發(fā)的小堆都還停留在紙上，玲龍一號(hào)作為全球第一個(gè)實(shí)現(xiàn)商用的小型堆，我國(guó)已經(jīng)率先邁出了模塊化小堆工程落地這關(guān)鍵一步，或?qū)?duì)國(guó)際上的推廣應(yīng)用產(chǎn)生重要推動(dòng)。
玲龍一號(hào)反應(yīng)堆核心模塊吊裝現(xiàn)場(chǎng)。
“小塊頭”如何為中國(guó)“雙碳”目標(biāo)發(fā)力?
“很久以前，小堆就被認(rèn)為是‘未來(lái)的核選擇’。”宋丹戎說(shuō)，一直以來(lái)，小型核反應(yīng)堆都被國(guó)內(nèi)外核電領(lǐng)域的專家給予了很高的評(píng)價(jià)，特別是福島核事故后，小堆因其更具靈活性和安全性，開始受到了熱捧。
“小堆讓核能有了更多選擇。”宋丹戎說(shuō)，作為清潔能源，核能發(fā)電具有安全友好、綠色低碳、經(jīng)濟(jì)高效等多重優(yōu)勢(shì)。玲龍一號(hào)全球首堆工程建成投運(yùn)后，預(yù)計(jì)每年發(fā)電量可達(dá)10億度，可滿足海南52.6萬(wàn)戶家庭用電需求。
面向我國(guó)“2030年要碳達(dá)峰，2060年實(shí)現(xiàn)碳中和”目標(biāo)，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)。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，相當(dāng)于植樹造林750萬(wàn)棵，可以大大減少我國(guó)化石能源的消耗、促進(jìn)節(jié)能減排。
“2011年以來(lái)，受福島核事故等因素影響，全球核電消費(fèi)量在所有能源消費(fèi)中的占比長(zhǎng)期低迷，但核能的綜合利用仍有強(qiáng)烈的需求，市場(chǎng)潛力無(wú)限。除了電的需求以外，還有大量的能源需求，包括蒸汽、熱水、海水淡化等，這些需求實(shí)際上還在非?？斓卦鲩L(zhǎng)。”宋丹戎告訴封面新聞?dòng)浾?，核能轉(zhuǎn)化的蒸汽可以用于工業(yè)生產(chǎn)，熱水可以用于冬季供暖，海水淡化也有很大的市場(chǎng)空間。玲龍一號(hào)一體化的設(shè)計(jì)提升了安全性，未來(lái)可以布置到離城市、離用戶更近的地方。
充滿可能性的應(yīng)用場(chǎng)景電力系統(tǒng)的脫碳是全社會(huì)實(shí)現(xiàn)零碳發(fā)展的關(guān)鍵，供熱是全球最大的終端能源消費(fèi)領(lǐng)域。隨著小地區(qū)或偏遠(yuǎn)山區(qū)供電、城市冬季集中供熱、工業(yè)園區(qū)集中供熱、島礁供電、海上石油開采等領(lǐng)域?qū)η鍧嵞茉吹男枨筮M(jìn)一步提升，以及實(shí)現(xiàn)“美麗中國(guó)”對(duì)構(gòu)建綠色能源體系的強(qiáng)烈需求，小堆憑借自身綜合優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的應(yīng)用前景。
要開拓“一帶一路”乃至全球市場(chǎng)，示范工程的示范效應(yīng)非常關(guān)鍵。IAEA發(fā)布的《2050核能技術(shù)路線圖》表示，建立一個(gè)小堆市場(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。小堆是當(dāng)前國(guó)際核能領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)之一。
宋丹戎表示，小堆在全球市場(chǎng)也顯示出良好前景。沿著南海出去，“一帶一路”沿線的一些國(guó)家，也不約而同地表示出對(duì)小堆的興趣。“國(guó)土面積小的國(guó)家，電網(wǎng)也比較小，如果建一個(gè)大堆，就會(huì)占電網(wǎng)一半的功率，一旦大堆檢修或者換料，對(duì)電力系統(tǒng)的沖擊比較大，所以有些國(guó)家是更希望有多建幾個(gè)小型堆，對(duì)大電網(wǎng)的沖擊也比較比較小，另外還可以給一些工業(yè)企業(yè)供蒸汽。”
