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全球首個(gè)陸上商用模塊化小型反應(yīng)堆——“玲龍一號(hào)” 反應(yīng)堆廠房鋼制安全殼上部筒體吊裝成功。它會(huì)成為國(guó)產(chǎn)核動(dòng)力航母的未來(lái)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(gè)陸上商用模塊化小型反應(yīng)堆“玲龍一號(hào)”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(jìn)小堆工程建設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

▲7月6日，“玲龍一號(hào)”反應(yīng)堆廠房鋼制安全殼上部筒體吊裝成功（圖片來(lái)源/中核五公司）

“玲龍一號(hào)”是目前全球唯一通過(guò)國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)官方審查的三代核能小堆，具有小型化設(shè)計(jì)、模塊化部署、非能動(dòng)安全、一體化技術(shù)的特點(diǎn)，且安全性高、占地面積小、建造周期短，而且對(duì)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(shí)還能滿足海水淡化、工業(yè)供熱等多種用途，適用場(chǎng)景更加豐富。

小巧靈活又安全

一提到核電機(jī)組，人們的腦海里總會(huì)聯(lián)想到“巨大且笨拙”的形象，然而于2019年7月破土動(dòng)工的“玲龍一號(hào)”，卻給了“核電機(jī)組”一個(gè)全新的詮釋——作為全球首個(gè)通過(guò)國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)安全審查的三代小型反應(yīng)堆，由中核集團(tuán)自主研發(fā)的“玲龍一號(hào)”更是全球首個(gè)商用多功能的模塊化小型壓水堆。

不同于百萬(wàn)千瓦級(jí)的大型堆，發(fā)電功率只有12.5萬(wàn)千瓦的“玲龍一號(hào)”，按照“功率在30萬(wàn)千瓦以下為小型堆”的標(biāo)準(zhǔn)，在規(guī)模上充其量只算是一個(gè)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(shì)。

▲ “玲龍一號(hào)”首臺(tái)設(shè)備吊裝就位現(xiàn)場(chǎng) （圖片來(lái)源/中核五公司）

對(duì)此，中核集團(tuán)玲龍一號(hào)總設(shè)計(jì)師宋丹戎曾做過(guò)這樣一個(gè)比喻，“對(duì)于‘大堆’，我們可以把它看作一個(gè)家用的臺(tái)式電腦，包括顯示器、主機(jī)和鍵盤，而小堆我們就可以把它當(dāng)做家里面的一個(gè)筆記本電腦，它的顯示器、主機(jī)和鍵盤都集中到一起了”。換而言之，“玲龍一號(hào)”雖然長(zhǎng)得小巧，但卻是名副其實(shí)的“麻雀雖小五臟俱全”。

“玲龍一號(hào)的半徑大約是‘大堆’的一半”，中核集團(tuán)海南核電工程處土建科副科長(zhǎng)楊軍華表示，核電站常規(guī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有地上布置和下沉式式布置，而“玲龍一號(hào)”這個(gè)小堆采用的則是下沉式設(shè)計(jì)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(huì)更高，“基本上能防止大飛機(jī)的撞擊”，他說(shuō)。

據(jù)了解，為了更進(jìn)一步充分驗(yàn)證并保障“玲龍一號(hào)”的安全性，科研人員還建設(shè)了全亞洲最大的非能動(dòng)安全系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)架進(jìn)行試驗(yàn)，后者幾乎是為核電機(jī)組套上了一個(gè)巨大的“金鐘罩”。具體來(lái)說(shuō)，非能動(dòng)安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，一方面可以做到防患于未然，即在設(shè)計(jì)階段就提前發(fā)現(xiàn)潛在風(fēng)險(xiǎn)，降低危險(xiǎn)發(fā)生的可能性；另一方面，如果出現(xiàn)極端問(wèn)題——譬如反應(yīng)堆失去供能，非能動(dòng)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(zhǎng)一段時(shí)間里，都無(wú)需人為干預(yù)。

不一樣的“積木”

除了小而精，在中國(guó)核電的發(fā)展道路上，“玲龍一號(hào)”的出現(xiàn)也標(biāo)志著我國(guó)在小型模塊化反應(yīng)堆（簡(jiǎn)稱SMR）技術(shù)上走到了世界前列。對(duì)此，很多人不禁要問(wèn)，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?hào)”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?qū)MR的關(guān)注度日益增長(zhǎng)，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(gè)單元運(yùn)輸?shù)桨惭b地點(diǎn)。也就是說(shuō)，SMR宛如一個(gè)巨大的樂(lè)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(yù)先按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，然后被制造和批量生產(chǎn)出來(lái)的。

▲施工現(xiàn)場(chǎng) （圖片來(lái)源/中核五公司）

一般情況下，大型動(dòng)力反應(yīng)堆的建設(shè)是因地制宜，由設(shè)計(jì)人員為了某一個(gè)特定的地點(diǎn)而“量身定制”的機(jī)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(dòng)力反應(yīng)堆更便宜、性價(jià)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(hào)”就是將蒸汽發(fā)生器、反應(yīng)堆、主泵和主管道等多個(gè)組件合而為一，在工廠內(nèi)模塊化批量制造和組裝，再運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試。

“‘玲龍一號(hào)’的模塊化能降低制造成本，同時(shí)也降低了功率”，宋丹戎說(shuō)：“不僅如此，‘玲龍一號(hào)’的一體化設(shè)計(jì)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(hào)”因?yàn)橐?guī)模小，“對(duì)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(jì)劃區(qū)可以被控制在廠區(qū)邊界內(nèi)。在這些優(yōu)點(diǎn)的加持之下，“玲龍一號(hào)”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(shuō)。

超大的“移動(dòng)充電寶”

正所謂“麻雀雖小，五臟俱全”，相比于百萬(wàn)千瓦的核電站機(jī)組來(lái)說(shuō)，“玲龍一號(hào)”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(wù)城市和工業(yè)，還能為海洋資源開(kāi)發(fā)等供電，甚至做海水淡化”，中核集團(tuán)中國(guó)核電公司工程師王玉昆在接受媒體采訪時(shí)如是說(shuō)。

如今，位于海南昌江“玲龍一號(hào)”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(yù)計(jì)2026年建成。隨著“玲龍一號(hào)”工程的推進(jìn)，人們也有了更多的新期待——能不能讓“玲龍一號(hào)”走到更廣闊的舞臺(tái)？比如大海之上？

據(jù)王玉昆介紹，因?yàn)樾∏伸`活，“玲龍一號(hào)”也可以被安裝在船只上?！氨确秸f(shuō)，船只搭載著它靠近海島的這個(gè)過(guò)程中，它就能為城區(qū)的居民提供暖氣甚至是電力，同時(shí)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(shuō)：“隨著船只繼續(xù)向前，經(jīng)過(guò)海上鉆井平臺(tái)時(shí)，安裝‘玲龍一號(hào)’的船也可以為鉆井平臺(tái)提供能量和電力，甚至為小島開(kāi)發(fā)提供能量。”

▲“玲龍一號(hào)”反應(yīng)堆廠房鋼制安全殼上部筒體吊裝就位（圖片來(lái)源/中核五公司）

讓“玲龍一號(hào)”搖身一變，成為“海上移動(dòng)充電寶”，宋丹戎認(rèn)為這個(gè)想法有著巨大潛力。“在沿海發(fā)達(dá)的地區(qū)和城市，土地資源是非常寶貴的，我們?nèi)绻ㄒ粋€(gè)反應(yīng)堆，那么它周圍的設(shè)施建設(shè)就一定會(huì)受限”，他說(shuō)：“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(huì)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(shí)也就能就地取材了。”

從節(jié)能減排到航母軍工

對(duì)于小型堆，中國(guó)工程院院士葉奇蓁曾將其譽(yù)為“核能游戲的改變者”，認(rèn)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(hào)”也將在更多領(lǐng)域，為中國(guó)的發(fā)展開(kāi)拓?zé)o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(dòng)核電發(fā)展對(duì)于我國(guó)推進(jìn)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(hào)”在建成后，有望每年減少二氧化碳排放870萬(wàn)噸、氮氧化物3萬(wàn)噸，同時(shí)年發(fā)電量可達(dá)10億千瓦時(shí)，滿足52.6萬(wàn)戶家庭一年的生活所需。加之其建造成本低、性價(jià)比高、使用靈活，“玲龍一號(hào)”的推廣與應(yīng)用，無(wú)疑將對(duì)我國(guó)力爭(zhēng)2030“碳達(dá)峰”、2060“碳中和”起到重要的助推之用。

大型堆的優(yōu)勢(shì)主要是通過(guò)發(fā)電實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性，而小型堆的優(yōu)勢(shì)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_(dá)峰、碳中和的全球能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命時(shí)代要求下，穩(wěn)定性好的清潔能源將具有較強(qiáng)的議價(jià)能力”，宋丹戎說(shuō)。

除了助力節(jié)能減排，“玲龍一號(hào)”也被視作推動(dòng)我國(guó)軍工、尤其是航母發(fā)展的重要力量。因?yàn)檎w的體積更小，理論上，“玲龍一號(hào)”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(cè)，鑒于“玲龍一號(hào)”單臺(tái)熱功率和電功率分別可以達(dá)到385兆瓦和125兆瓦，若可以在我國(guó)現(xiàn)役航母上配置兩臺(tái)組合，就相當(dāng)于為航母提供了28萬(wàn)匹馬力——超過(guò)了美國(guó)目前現(xiàn)役26萬(wàn)匹馬力的尼米茲級(jí)核動(dòng)力航母。

▲美國(guó)現(xiàn)役尼米茲級(jí)核動(dòng)力航母 （圖片來(lái)源/military.com）

相關(guān)專家指出，“玲龍一號(hào)”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(jìn)，才能用到航母上。但這也能夠?yàn)橹蟮暮藙?dòng)力航母布局提供技術(shù)基礎(chǔ)。我們相信，未來(lái)一定能夠擁有屬于自己的核航母。

（部分文字來(lái)源：央視財(cái)經(jīng)、中國(guó)核能）

出品：科普中央廚房

監(jiān)制：北京科技報(bào) | 北科傳媒

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