重量約20公斤，高度累計超過半米，近一年時間準備的4000多頁A4紙寫滿英文，需要作為玲龍一號接受三代核能小堆審查的材料，遞交給國際原子能機構(gòu)。
據(jù)國際原子能機構(gòu)認定，電功率30萬千瓦以下的核反應堆即為小型堆，但想取得國際原子能機構(gòu)通用反應堆安全審查這張“全球通行證”，并非易事。
“在材料遞交完后，我們到國際原子能機構(gòu)的總部去過三次進行交流，評審團也到中國現(xiàn)場進行過兩次審核，每一次都要進行好多輪技術(shù)答辯，算下來整個流程歷時2年。”中核集團模塊式多用途小型堆總設計師宋丹戎告訴封面新聞記者，評審會針對安全性提出各種問題，團隊需要給出安全性證據(jù)、計算分析和實驗結(jié)果來證明小堆的安全。
2016年4月，我國自主研發(fā)并具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“玲龍一號”，成為全球首個通過國際原子能機構(gòu)(IAEA)安全審查的模塊式小型堆。
從2011年中核集團對模塊化小型地的研發(fā)正式啟動(項目代號ACP100，別稱玲龍一號)，宋丹戎的信念、工作和生活相互交織，都圍繞著玲龍一號，它們共同發(fā)生化學反應，讓這場以年來計時賽程耗時的馬拉松，離夢想的終點越來越近。
用12年的時間“奔跑”，將紙面設計真正落地為大國重器，宋丹戎稱之為“十分高興”，工作理想與個人追求高度契合，這是成年人在工作中很少能體驗到的時刻。“預計到2026年正式發(fā)電，那就更高興了。”
中核集團模塊式多用途小型堆總設計師宋丹戎。(圖片來源：受訪者供圖)
為什么玲龍一號被稱作“移動充電寶”?
8月10日，南國椰林的晨色微亮，在多數(shù)人都沉睡的時刻，一場前所未見的吊裝任務，已拉開序幕。
一聲令下，玲龍一號反應堆核心模塊被高高吊起，向著核島方向移動，數(shù)十分鐘過去，終于吊裝成功。隨著壓力容器、蒸發(fā)器等關(guān)鍵設備一步到位。10點46分，降至距就位約1米的高度，五公司宣布吊裝活動結(jié)束，轉(zhuǎn)為保溫層安裝階段。
這是玲龍一號核島設備安裝關(guān)鍵路徑上的第一個里程碑節(jié)點，是核反應堆模塊化制造和安裝的一次“首秀”。“玲龍一號”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，也標志著我國在模塊式小型堆建造上走在了世界前列。
“玲龍一號”還有一個功能性極強的外號——核能領域的“移動充電寶”。
“我們開發(fā)的小型堆，功率比較小，占地面積比較小，相較于大型堆來說，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，所以說可以說從概念上來說，它可以比較靈活，可供選擇的場址廣泛，所以又稱作移動充電寶。”宋丹戎向封面新聞記者解釋道。
與大型壓水堆相比，玲龍一號由于體積小，占地面積較小。更小的功率和體積適配更多的應用場景。“除了核能發(fā)電之外，小堆在非電領域，包括工業(yè)工藝蒸汽、區(qū)域供熱、海水淡化等的應用也有廣闊的市場需求。此外，還可以應用于廣大內(nèi)陸地區(qū)、海島、海上油氣鉆井平臺的供電、供汽、供熱。”宋丹戎告訴封面新聞記者，目前，團隊開發(fā)了一種浮動核電站，在陸上堆示范完成以后，可以把小型堆裝到浮動平臺上，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，真正實現(xiàn)這種移動的充電寶的作用。
宋丹戎在玲龍一號項目現(xiàn)場(圖片來源：受訪者供圖)
為什么要把核反應堆做得越來越“小”
“玲龍一號”是由中核集團研發(fā)并具有自主知識產(chǎn)權(quán)的多功能模塊化小型壓水堆，也是全球首個開工的陸上商用模塊化小堆。
但什么是小堆呢?
根據(jù)國際原子能機構(gòu)(IAEA)給出的定義，是電功率在30萬千瓦以下的反應堆。“大堆我們可以把它看作一個家用的臺式電腦，包括了顯示器、主機、鍵盤等等，小堆我們可以把它當作家里面的一個筆記本電腦，它的顯示器、主機、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、模塊化的反應堆結(jié)構(gòu)是玲龍一號的突出特征，這意味著玲龍一號的蒸汽發(fā)生器、主泵、堆內(nèi)構(gòu)件、驅(qū)動機構(gòu)等反應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)場施工時間及建造工期，初投資低、建造周期短，提高經(jīng)濟性。
據(jù)宋丹戎介紹，小堆除了可以實現(xiàn)多場景多功能的應用，還采用非能動的堆芯冷卻系統(tǒng)和余熱冷卻系統(tǒng)。因為功率小，小堆完全依靠空氣自然對流就能將熱量從堆芯導入鋼制安全殼內(nèi)，然后從安全殼導入大氣這一最終熱阱。
早在上世紀七八十年代，國際原子能機構(gòu)就開始倡導發(fā)展中小型反應堆。包括美國、俄羅斯、日本、韓國、英國等在內(nèi)的越來越多的國家，競相加入到模塊化小堆研發(fā)的行列。
“實際上，就壓水堆而言，全世界開發(fā)小型堆有三、四十個國家，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核電站，是已經(jīng)建成了的，阿根廷有一個2.5萬千瓦的小型堆還在建設中。”宋丹戎告訴封面新聞記者，雖說“玲龍一號”是一個小型堆，卻不是單純地把大型核電小型化。以往設計大堆可以直接用的一些理論及數(shù)據(jù)，對于小堆都不適用，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。小堆設計是有可能遇到‘翻車’問題的。走到一半，有可能設定的目標達不到，必須完全推倒重來。”
宋丹戎直言，相比很多國家開發(fā)的小堆都還停留在紙上，玲龍一號作為全球第一個實現(xiàn)商用的小型堆，我國已經(jīng)率先邁出了模塊化小堆工程落地這關(guān)鍵一步，或?qū)H上的推廣應用產(chǎn)生重要推動。
玲龍一號反應堆核心模塊吊裝現(xiàn)場。
“小塊頭”如何為中國“雙碳”目標發(fā)力?
“很久以前，小堆就被認為是‘未來的核選擇’。”宋丹戎說，一直以來，小型核反應堆都被國內(nèi)外核電領域的專家給予了很高的評價，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，作為清潔能源，核能發(fā)電具有安全友好、綠色低碳、經(jīng)濟高效等多重優(yōu)勢。玲龍一號全球首堆工程建成投運后，預計每年發(fā)電量可達10億度，可滿足海南52.6萬戶家庭用電需求。
面向我國“2030年要碳達峰，2060年實現(xiàn)碳中和”目標，安全積極有序地批量發(fā)展核電，可以連續(xù)、穩(wěn)定地承擔碳達峰、碳中和任務，助力我國深入推進能源轉(zhuǎn)型，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)。每臺玲龍一號機組每年發(fā)電，相當于減少二氧化碳排放88萬噸，相當于植樹造林750萬棵，可以大大減少我國化石能源的消耗、促進節(jié)能減排。
“2011年以來，受福島核事故等因素影響，全球核電消費量在所有能源消費中的占比長期低迷，但核能的綜合利用仍有強烈的需求，市場潛力無限。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，這些需求實際上還在非常快地增長。”宋丹戎告訴封面新聞記者，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空間。玲龍一號一體化的設計提升了安全性，未來可以布置到離城市、離用戶更近的地方。
充滿可能性的應用場景電力系統(tǒng)的脫碳是全社會實現(xiàn)零碳發(fā)展的關(guān)鍵，供熱是全球最大的終端能源消費領域。隨著小地區(qū)或偏遠山區(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、海上石油開采等領域?qū)η鍧嵞茉吹男枨筮M一步提升，以及實現(xiàn)“美麗中國”對構(gòu)建綠色能源體系的強烈需求，小堆憑借自身綜合優(yōu)勢，具有廣闊的應用前景。
要開拓“一帶一路”乃至全球市場，示范工程的示范效應非常關(guān)鍵。IAEA發(fā)布的《2050核能技術(shù)路線圖》表示，建立一個小堆市場，首要條件是供應商在自己國家首先成功地建造第一座小型堆，然后其他國家才會考慮在本國推廣。小堆是當前國際核能領域競爭的焦點之一。
宋丹戎表示，小堆在全球市場也顯示出良好前景。沿著南海出去，“一帶一路”沿線的一些國家，也不約而同地表示出對小堆的興趣。“國土面積小的國家，電網(wǎng)也比較小，如果建一個大堆，就會占電網(wǎng)一半的功率，一旦大堆檢修或者換料，對電力系統(tǒng)的沖擊比較大，所以有些國家是更希望有多建幾個小型堆，對大電網(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。”
