昨天核准的“玲珑一号” 分量究竟有多重?

2021-06-04 14:26  来源:中国核工业    小型模块化反应堆  玲龙一号  核反应堆  中核集团

6月3日,中国核能电力股份有限公司发布上市公告,海南昌江多用途模块式小型堆科技示范工程项目已获得国务院核准。十年磨一剑,中核集团在多年研究基础上自主研发的“玲珑一号”(ACP100),分量究竟有多重?深入了解后你会发现,这堪称中国核工业迈向世界一流核科技工业的一个关键里程碑。


海南昌江核电基地,等待FCD的小堆示范工程(摄影/海南核电 刘玄)

6月3日,中国核能电力股份有限公司发布上市公告,海南昌江多用途模块式小型堆科技示范工程项目已获得国务院核准。

十年磨一剑,中核集团在多年研究基础上自主研发的“玲珑一号”(ACP100),分量究竟有多重?深入了解后你会发现,这堪称中国核工业迈向世界一流核科技工业的一个关键里程碑。

01 — 全球首个陆上模块化小型压水堆 —

早在上世纪七八十年代,国际原子能机构(IAEA)就开始倡导发展中小型反应堆,进入21世纪后,包括美国、日本、韩国等在内的越来越多的国家加入了模块化小堆开发的行列。

2009年前后,中核集团在“十二五”规划中提出了“差异化发展”的战略。“做小堆的初衷不是和大堆一样去发电,而是要实现核能的多用途,满足城市供热、工业蒸汽、海水淡化、石油开采等不同需求。”中核集团“玲龙一号”总设计师宋丹戎说。

小堆之“小”,小在功率,核燃料的装量少,只有57组燃料组件,相应的功率密度低,具有更高的固有安全性,同时占地面积也更小。因此,“小堆可以建在离城市、离人口密集区更近的地方,这与多用途的应用场景是相契合的。”宋丹戎表示,“事故分析的计算结果表明,小堆的辐射应急计划区范围在300米左右,而大堆一般是10公里。小堆从技术上可不需要场外应急。”

如何理解“固有安全性”?中核集团“玲龙一号”副总设计师秦忠打了个比方,“就像一个内在品质优秀、行为习惯非常好的学生,老师不用去督促和鞭策,他自己就很自律。”

“玲龙一号”采用完全非能动的安全系统,不过与同样是非能动安全系统的大堆AP1000并不一样,宋丹戎介绍说,“反应堆如果发生事故,最大的问题是要排出堆芯的余热。大堆要通过喷水降温,小堆因为功率小,完全依靠空气自然对流就能将热量从堆芯导入钢制安全壳内,然后从安全壳导入大气这一最终热阱。”

“玲龙一号”最突出的特征,还是一体化、模块化的反应堆结构:蒸汽发生器、主泵、堆内构件、驱动机构等反应堆的部件都集中在压力容器上,不需要主管道的连接。“反应堆是一个模块,整个反应堆包括蒸汽发生器在设备制造厂里就装好了,运到现场直接进行后续装配调试。而大堆是压力容器和蒸汽发生器分别要安装,还要在现场焊接主管道。”

模块化的建造安装,带来的一个优势就是可以缩短现场的施工时间,缩短建造工期,从而提高经济性。但作为首堆,“玲龙一号”示范工程工期还是按照58个月来规划。对此秦忠表示,决定工期的关键路径在于设备制造,“‘玲龙一号’的设备基本都是全新研制的,有些设备不能马上采购得到,还要做一部分科研。而大堆设备的规格书一出来不需要再去摸索,直接就生产制造。未来随着小堆的批量化建设和经验积累,建造工期可控制在36月内。”

与此对应,“玲龙一号”的设备国产化率达到90%以上,比我国自主研发的大堆的国产化率还要高。“毕竟是自主研发的,国外也没有,你想买也买不到。”“玲龙一号”在安全性、灵活性和多用途等方面的独特优势,使其在新一轮核能技术变革和国际核能产业竞争中的意义凸显。宋丹戎饱含自豪地说道:“全世界这也是头一个”——“玲龙一号”是全球首个陆上模块化小型压水堆。

02  — 从0到1的关键一步 —

中核集团对小堆的研发自2011年正式启动,将其列入集团公司的重大科研专项。“因为和传统的堆差别大,所以创新的程度和技术跨度大。”宋丹戎表示。

2019年在国家核安全局对ACP100开展安全评审的会上,时任核电安全监管司司长汤搏说过这样一句话:“ACP100是国内目前唯一正向设计的一个反应堆。”所谓“正向设计”,意即没有现成可以作为参考逆向推导,是完全从头开始的自主创新设计。

围绕这一开创性的堆型,中国核动力研究设计院开展了15大实验,研发了20多项关键设备,并建设了全亚洲最大的非能动安全系统综合实验台架,使ACP100的安全性得到了充分的验证。

设计过程中遇到的最大的问题是什么?是以往可以直接用的一些理论包括数据对于小堆都不适用,必须从头开始。“设计大堆只要大致跟国内已建的核电堆型类似,一般就可以用他们的数据,因为大致上尺寸和功率水平相近,不会出大问题。”宋丹戎说,“而小堆尺寸变了,比如它的燃料组件相对大堆要短,短了以后燃料组件压紧力要多少?变形量是多少?包壳管气腔高度定多少?这些量都得重新算,要从源头上开始研究,所以核安全局说我们是正向设计。”“大堆的设计不会遇到‘翻车’的问题,小堆设计是有可能遇到‘翻车’问题的。走到一半,有可能设定的目标达不到,必须完全推倒重来。”谈到这,宋丹戎不禁感叹,“小堆走到今天这一步确实不容易。”

“作为一线技术人员感到,从0到1的原始创新是非常不容易的,每一个小小的突破、哪怕是一小步都来之不易。”秦忠也深有感触。2014~2015年,ACP100研发团队“完成了4000多页的报告”,把主要的安全理念和安全分析的结论都形成文字材料提交给了IAEA。2016年,IAEA向中核集团提交了ACP100通用反应堆安全审查 (GRSR)终版报告。这标志着ACP100成为世界首个通过IAEA安全审查的小堆技术。

IAEA的结论认为,“ACP100满足三代核电的要求,能够满足实际消除大规模放射性释放的要求,是一个先进的小型反应堆。”

随着示范工程核准,心血浇筑而成的种子终于落地开花。宋丹戎表示,“示范”的重要意义在于“给国内和国际的潜在用户树立一个信心,让他们知道这个堆既能安全运行,又能满足相应需求”。

秦忠强调道,“示范工程更完整的说法是科技示范工程,是中核集团科技创新成果的工程应用。它涉及到一百多个系统从建造、安装、调试到运行维护的成套技术,能够带动我国核工业整体技术水平的进步。”

同时他认为这也是中核集团面向核能非电市场应用的起步。小堆在全球市场显示出良好前景。中东的沙特、阿联酋、约旦,东南亚的印尼、泰国等,这些国家不约而同地表示出对小堆的兴趣。相比全世界很多国家开发的小堆都还停留在纸上,我国率先迈出了模块化小堆工程落地这关键一步,必将对国际上的推广应用产生重要推动。

“玲龙一号”未来可期。



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图为技术


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