6月3日，中國(guó)核能電力股份有限公司發(fā)布上市公告，海南昌江多用途模塊式小型堆科技示范工程項(xiàng)目已獲得國(guó)務(wù)院核準(zhǔn)。
十年磨一劍，中核集團(tuán)在多年研究基礎(chǔ)上自主研發(fā)的“玲龍一號(hào)”（ACP100），分量究竟有多重？深入了解后你會(huì)發(fā)現(xiàn)，這堪稱中國(guó)核工業(yè)邁向世界一流核科技工業(yè)的一個(gè)關(guān)鍵里程碑。
01
— 全球首個(gè)陸上模塊化小型壓水堆 —
早在上世紀(jì)七八十年代，國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）就開始倡導(dǎo)發(fā)展中小型反應(yīng)堆，進(jìn)入21世紀(jì)后，包括美國(guó)、日本、韓國(guó)等在內(nèi)的越來(lái)越多的國(guó)家加入了模塊化小堆開發(fā)的行列。
2009年前后，中核集團(tuán)在“十二五”規(guī)劃中提出了“差異化發(fā)展”的戰(zhàn)略。“做小堆的初衷不是和大堆一樣去發(fā)電，而是要實(shí)現(xiàn)核能的多用途，滿足城市供熱、工業(yè)蒸汽、海水淡化、石油開采等不同需求。”中核集團(tuán)“玲龍一號(hào)”總設(shè)計(jì)師宋丹戎說(shuō)。
小堆之“小”，小在功率，核燃料的裝量少，只有57組燃料組件，相應(yīng)的功率密度低，具有更高的固有安全性，同時(shí)占地面積也更小。因此，“小堆可以建在離城市、離人口密集區(qū)更近的地方，這與多用途的應(yīng)用場(chǎng)景是相契合的。”宋丹戎表示，“事故分析的計(jì)算結(jié)果表明，小堆的輻射應(yīng)急計(jì)劃區(qū)范圍在300米左右，而大堆一般是10公里。小堆從技術(shù)上可不需要場(chǎng)外應(yīng)急。”
如何理解“固有安全性”？中核集團(tuán)“玲龍一號(hào)”副總設(shè)計(jì)師秦忠打了個(gè)比方，“就像一個(gè)內(nèi)在品質(zhì)優(yōu)秀、行為習(xí)慣非常好的學(xué)生，老師不用去督促和鞭策，他自己就很自律。”
“玲龍一號(hào)”采用完全非能動(dòng)的安全系統(tǒng)，不過(guò)與同樣是非能動(dòng)安全系統(tǒng)的大堆AP1000并不一樣，宋丹戎介紹說(shuō)，“反應(yīng)堆如果發(fā)生事故，最大的問(wèn)題是要排出堆芯的余熱。大堆要通過(guò)噴水降溫，小堆因?yàn)楣β市。耆揽靠諝庾匀粚?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。”
“玲龍一號(hào)”最突出的特征，還是一體化、模塊化的反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)：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。“反應(yīng)堆是一個(gè)模塊，整個(gè)反應(yīng)堆包括蒸汽發(fā)生器在設(shè)備制造廠里就裝好了，運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)直接進(jìn)行后續(xù)裝配調(diào)試。而大堆是壓力容器和蒸汽發(fā)生器分別要安裝，還要在現(xiàn)場(chǎng)焊接主管道。”
模塊化的建造安裝，帶來(lái)的一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是可以縮短現(xiàn)場(chǎng)的施工時(shí)間，縮短建造工期，從而提高經(jīng)濟(jì)性。但作為首堆，“玲龍一號(hào)”示范工程工期還是按照58個(gè)月來(lái)規(guī)劃。對(duì)此秦忠表示，決定工期的關(guān)鍵路徑在于設(shè)備制造，“‘玲龍一號(hào)’的設(shè)備基本都是全新研制的，有些設(shè)備不能馬上采購(gòu)得到，還要做一部分科研。而大堆設(shè)備的規(guī)格書一出來(lái)不需要再去摸索，直接就生產(chǎn)制造。未來(lái)隨著小堆的批量化建設(shè)和經(jīng)驗(yàn)積累，建造工期可控制在36月內(nèi)。”
與此對(duì)應(yīng)，“玲龍一號(hào)”的設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到90%以上，比我國(guó)自主研發(fā)的大堆的國(guó)產(chǎn)化率還要高。“畢竟是自主研發(fā)的，國(guó)外也沒(méi)有，你想買也買不到。”
“玲龍一號(hào)”在安全性、靈活性和多用途等方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，使其在新一輪核能技術(shù)變革和國(guó)際核能產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中的意義凸顯。宋丹戎飽含自豪地說(shuō)道：“全世界這也是頭一個(gè)”——“玲龍一號(hào)”是全球首個(gè)陸上模塊化小型壓水堆。
02
— 從0到1的關(guān)鍵一步 —
中核集團(tuán)對(duì)小堆的研發(fā)自2011年正式啟動(dòng)，將其列入集團(tuán)公司的重大科研專項(xiàng)。“因?yàn)楹蛡鹘y(tǒng)的堆差別大，所以創(chuàng)新的程度和技術(shù)跨度大。”宋丹戎表示。
2019年在國(guó)家核安全局對(duì)ACP100開展安全評(píng)審的會(huì)上，時(shí)任核電安全監(jiān)管司司長(zhǎng)湯搏說(shuō)過(guò)這樣一句話：“ACP100是國(guó)內(nèi)目前唯一正向設(shè)計(jì)的一個(gè)反應(yīng)堆。”所謂“正向設(shè)計(jì)”，意即沒(méi)有現(xiàn)成可以作為參考逆向推導(dǎo)，是完全從頭開始的自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)。
圍繞這一開創(chuàng)性的堆型，中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院開展了15大實(shí)驗(yàn)，研發(fā)了20多項(xiàng)關(guān)鍵設(shè)備，并建設(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，使ACP100的安全性得到了充分的驗(yàn)證。
設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的最大的問(wèn)題是什么？是以往可以直接用的一些理論包括數(shù)據(jù)對(duì)于小堆都不適用，必須從頭開始。“設(shè)計(jì)大堆只要大致跟國(guó)內(nèi)已建的核電堆型類似，一般就可以用他們的數(shù)據(jù)，因?yàn)榇笾律铣叽绾凸β仕较嘟粫?huì)出大問(wèn)題。”宋丹戎說(shuō)，“而小堆尺寸變了，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？包殼管氣腔高度定多少？這些量都得重新算，要從源頭上開始研究，所以核安全局說(shuō)我們是正向設(shè)計(jì)。”
“大堆的設(shè)計(jì)不會(huì)遇到‘翻車’的問(wèn)題，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)。”談到這，宋丹戎不禁感嘆，“小堆走到今天這一步確實(shí)不容易。”
“作為一線技術(shù)人員感到，從0到1的原始創(chuàng)新是非常不容易的，每一個(gè)小小的突破、哪怕是一小步都來(lái)之不易。”秦忠也深有感觸。
2014~2015年，ACP100研發(fā)團(tuán)隊(duì)“完成了4000多頁(yè)的報(bào)告”，把主要的安全理念和安全分析的結(jié)論都形成文字材料提交給了IAEA。2016年，IAEA向中核集團(tuán)提交了ACP100通用反應(yīng)堆安全審查 (GRSR)終版報(bào)告。這標(biāo)志著ACP100成為世界首個(gè)通過(guò)IAEA安全審查的小堆技術(shù)。
IAEA的結(jié)論認(rèn)為，“ACP100滿足三代核電的要求，能夠滿足實(shí)際消除大規(guī)模放射性釋放的要求，是一個(gè)先進(jìn)的小型反應(yīng)堆。”
隨著示范工程核準(zhǔn)，心血澆筑而成的種子終于落地開花。宋丹戎表示，“示范”的重要意義在于“給國(guó)內(nèi)和國(guó)際的潛在用戶樹立一個(gè)信心，讓他們知道這個(gè)堆既能安全運(yùn)行，又能滿足相應(yīng)需求”。
秦忠強(qiáng)調(diào)道，“示范工程更完整的說(shuō)法是科技示范工程，是中核集團(tuán)科技創(chuàng)新成果的工程應(yīng)用。它涉及到一百多個(gè)系統(tǒng)從建造、安裝、調(diào)試到運(yùn)行維護(hù)的成套技術(shù)，能夠帶動(dòng)我國(guó)核工業(yè)整體技術(shù)水平的進(jìn)步。”同時(shí)他認(rèn)為這也是中核集團(tuán)面向核能非電市場(chǎng)應(yīng)用的起步。
小堆在全球市場(chǎng)顯示出良好前景。中東的沙特、阿聯(lián)酋、約旦，東南亞的印尼、泰國(guó)等，這些國(guó)家不約而同地表示出對(duì)小堆的興趣。相比全世界很多國(guó)家開發(fā)的小堆都還停留在紙上，我國(guó)率先邁出了模塊化小堆工程落地這關(guān)鍵一步，必將對(duì)國(guó)際上的推廣應(yīng)用產(chǎn)生重要推動(dòng)。
