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天下 | “玲龙一号”成功吊装反应堆核心模块,“核能充电宝”装上了颗“大心脏”

2023-08-13 21:05:26 来源:文汇报 收藏


【资料图】

▲“玲龙一号”吊装反应堆压力容器。8月10日一早,隆隆的机械轰鸣声,打破南国椰林的宁静。在海南昌江核电站,全球首个建造的陆上商用模块化小型压水堆“玲龙一号”施工现场,巨灵神般威武的大型履带吊车,将重达300吨、高约3层楼的圆柱形反应堆压力容器,从地面稳稳吊起,越过一旁核岛厂房高耸的外墙,再温柔地一点点放下去。经过数小时连续作业,终于,压力容器中部探出的四支粗壮“胳膊”,精准搭上核岛堆腔四个支撑座凹台,两者仿佛紧紧相拥在一起,四周随之响起热烈的掌声……这是值得纪念的一天,“玲龙一号”终于有了“玲龙之心”。▲吊运行走。小堆赛道,“玲龙”领跑

在核能和平利用领域,小型反应堆(小堆)是近年来备受关注的一条新赛道。一方面,市场空间巨大。全球投入商业运营的几乎都是大型反应堆(大堆),功率大、身价高。以第三代机组为例,单机组输出功率普遍超过100万千瓦、造价超过200亿元。导致发达国家虽然负担得起,但因为用电需求增长平缓,大堆建好后可能面临开工不足;发展中国家虽然用电缺口大,但财力有限,往往只能“望堆兴叹”。国际市场亟需更具性价比的小堆,去填补大堆无法覆盖的空白。另一方面,赛道上的“选手”少之又少。眼下跻身小堆赛道的,有来自18个国家的近百种堆型。看着挺热闹,但因为种种原因,大部分仍停留在设计图或幻灯片阶段,仅部分堆型有望在3到5年内落地。中核集团研发并具有自主知识产权的“玲龙一号”,依靠“小步快跑”策略,将创新技术与成熟系统配套使用,在竞争中逐渐脱颖而出,成为全球首个通过国际原子能机构安全审查的三代小型反应堆。“新赛道上,‘玲龙一号’是代表中国的领跑者。”海南核电有限公司副总经理邓晓亮告诉记者,“至少未来3年内,它将具有明显先发优势。”据介绍,本次安装的压力容器,是反应堆最核心、最关键的模块,集成了压力容器、主泵连接管、蒸汽发生器等多个重要设备,未来核燃料就加装在里面,并通过可控的核裂变反应,源源不断地释放出能量。按照计划,后续“玲龙一号”还将完成机电设备等“骨骼和肌肉”、管道等“血管”、电气仪表等“神经系统”的各项安装,并进行冷试、热试、临界等多轮调试与测试。预计到2026年初,刚刚安装的这颗“大心脏”,将会真正“跃动”起来。

▲“玲龙一号”预制开工。小身板,但能派大用场

有个形象的比喻说,大堆就像台式电脑,主机、键盘、显示器,散开来能摆满一张桌子,“玲龙一号”则像一台笔记本电脑,比性能未必占优势,但胜在“小、快、灵”。小,指体积和功率。“玲龙一号”核岛建筑包括地下2层和地上3层,机组总占地面积约4个足球场,功率12.5万千瓦,年发电量10亿度。对没见过核电机组的人来说,这已经算是个“大家伙”,但对比其他大堆发现,“玲龙一号”的确玲珑,反应堆半径只有大堆约一半,占地面积少三分之一,甚至整个压力容器看起来还没有大堆1台蒸汽发生器体积大。快,说的是工期。核电行业有一句玩笑话,“建设期间大把烧钱,建完之后躺着赚钱”,点出了核电机组工期与成本以及市场竞争力之间的关系。由于采用模块化建造,很多设备可以在工厂生产制造,再运输到现场直接安装,这种“搭积木”式建造方式大大缩短了工期。邓晓亮说,目前海南核电提出了“双40”的目标,即批量化生产后,单机组造价40亿元、建设周期40个月。灵,代表了灵活的使用方式和丰富的应用场景。“玲龙一号”功率不大,但用途广泛,能服务城市和工业,也能为海洋资源开发提供助力,一台不够还可以进行多模块组合,在业内被戏称作“核能充电宝”。“拿来发电,可以满足50万户家庭生活所需;拿来供热,每年可以提供600万吉焦热量;拿来淡化海水,每天可以生产48000吨蒸馏水。此外,还可以为周边地区制冷、提供蒸汽等。”邓晓亮介绍道,距离昌江核电站3公里处有一座产业园,眼下已和园内部分企业达成协议,今后“玲龙一号”将在更多领域大显身手。

▲“玲龙一号”施工现场离用户更近,安全性更高

对于核电机组,公众关注的除了性能,还有安全。中核集团“玲龙一号”总设计师宋丹戎对于这个问题信心满满,“小堆和大堆不同,离用户更近,安全性也更高。”核电机组最危险的事故有两种:一种是管道破损导致放射性物质泄漏,另一种是热量不能及时散发导致堆芯熔化。为了最大程度杜绝这两种故障发生,“玲龙一号”有“妙招”。应对管道破损,“玲龙一号”创造性地采用了高度一体化的设计,等于将辐射物质“锁”在压力容器里,改变了以往用管道连接各个部件的做法。“没有管道,自然不存在管道破损。”宋丹戎说。应对堆芯熔化,“玲龙一号”则设计了一套非能动安全系统。所谓非能动,就是万一发生重大事故导致断水断电,机组可以不依赖外来水电、不需要人为操作,通过自然循环散发堆芯余热。具体来说,紧急情况下,热量会先进入安全壳下方一个1000立方米的大水池,水烧开后,借助蒸发与凝结,通过核岛顶部混凝土与钢壳之间的风道,将热量传递到最终热阱——大气中去,确保安全壳内热量不聚集。这种做法,相比传统大堆设计时“多拉几根外接电路、多备几台柴油发电机”的安全理念,更加巧妙。设计再精妙,落在实处才能生效。对此,中核五公司“玲龙一号”项目部质量经理俞肖路表示,他们对工程每一步都采取了最严格的监管。“开展重要施工活动时,工地上会有这样的景象,一位工人在干活,旁边层层围住几名检查人员,构成几道质量屏障,有的开着监督记录仪,有的用手机拍照,从不同角度全程监督施工,确保有据可查。后续记录仪里素材还会导出来反复看,发现有问题,马上组织整改,必要时追责。”俞肖路说,为了准确测算压力容器垫板上一组加工数据,他们根据要求,安排施工人员和质检员进行了4次“背对背”测算,互相不许交流,计算结果一致才能过关。“我们不怕麻烦,也不迷信过往经验,一切按程序办、按最高要求办,再三复核确认,只为万无一失。”

▲“玲龙一号”此前吊装稳压器。三代还在升级,四代已在路上

今年是中国核能实施“热堆-快堆-聚变堆”三步走发展战略的第40个年头。经过多年探索,中国已成为核能与核技术利用大国,大陆地区现有运行和在建核电机组77台,居世界第二位,且运行状况良好,未发生过国际核与辐射事件分级表二级及以上事件或事故。行走在昌江核电站园林般的厂区内,透过一丛丛椰子树、香蕉树、槟榔树的树梢,眺望远处高大的建筑与忙碌的吊车,能生动感受到中国核电产业近年来快速发展的轨迹。厂区一侧是核电站一期工程建设的2座国产二代半机组,2016年启用至今,承担了海南全岛30%的用电总负荷。厂区另一侧,同时在建3座国产三代机组,包括“玲龙一号”和2座“华龙一号”,这就是让核电站员工们发自内心自豪、国内唯一的“双龙腾飞,三堆共建”。在国产核电机组优秀表现的带动下,厂区附近村民的心态也在悄然变化。从最初不愿提“昌江核电站”只愿称“昌江电站”,到后来厂区附近越来越热闹,村民不再“谈核色变”,反而有越来越多的人愿意进厂区工作,还有水产企业入驻附近园区,主动来“蹭”核电站温排水,养殖生蚝和国家二级保护动物白蝶贝,现已开辟贝区近200亩。在企业白蝶贝繁育基地,记者询问正忙着照料贝壳幼苗的麦大祥,工作在核电站附近有没有顾虑,这位51岁的海南本地精壮汉子想了想说,“白蝶贝都能养大,我怕什么?”面向未来,宋丹戎表示,“玲龙一号”还在建设中,但对它的升级改造已经提上议事日程。“现在是1.0版本,后续还会有2.0、3.0版本,结构更加优化,模块化程度进一步提高,主要系统全部在工厂制造,整体建造更经济、更便捷。”他坚信,不断升级的“玲龙一号”,将和“华龙一号”互相配合,成为中国制造以及原创科技品牌的一对“国家名片”。他还透露,眼下包括高温气冷堆、钠冷快堆等在内的多种类型国产第四代核反应堆,正在积极研发推进中。“从第三代反应堆到第四代反应堆,中国对核能的利用将正式从热堆迈向快堆,这意味着更高的安全性和燃料利用率。”

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