核能“充電寶”來(lái)啦

2024年9月，坐落在海南昌江核電基地的“玲龍一號(hào)”主體廠房結(jié)構(gòu)施工完成。這是我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、全球首個(gè)陸上模塊化小型核反應(yīng)堆。

網(wǎng)上有售

“玲龍一號(hào)”已經(jīng)通過(guò)了國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)通用安全審查，那它為什么被稱(chēng)為核能“充電寶”呢？

原來(lái)，2023年底，央企國(guó)家隊(duì)的淘寶店開(kāi)業(yè)，16款代表中國(guó)智造的“大國(guó)重器”集中上架，其中“玲龍一號(hào)”被標(biāo)示為移動(dòng)核能充電寶，總價(jià)52億元，不過(guò)它也被明確標(biāo)注“僅展示，可加購(gòu)，勿拍”。

科學(xué)界對(duì)于核能反應(yīng)堆的分類(lèi)五花八門(mén)，按其所使用的冷卻劑材料，可以分為水冷堆、氣冷堆、液態(tài)金屬冷卻堆；按所使用的慢化劑材料，可分為石墨堆、輕水堆、重水堆，以及鈹慢化堆等；而按照功率分類(lèi)，電功率30萬(wàn)千瓦以下的核反應(yīng)堆被稱(chēng)為小型反應(yīng)堆。

“玲龍一號(hào)”的電功率只有12.5萬(wàn)千瓦，計(jì)劃年發(fā)電量在10億千瓦時(shí)左右，因此它被認(rèn)定為小型反應(yīng)堆。

“玲龍一號(hào)”的個(gè)頭確實(shí)小，其安全殼直徑僅30米，高39米，而它的親兄弟—我國(guó)自主研發(fā)的百萬(wàn)千瓦級(jí)壓水堆核電技術(shù)“華龍一號(hào)”的安全殼直徑約53米，高度約74米。

小巧玲瓏

雖然體積變小很多，但“玲龍一號(hào)”并非將大型核電小型化那么簡(jiǎn)單。實(shí)際上，它是一個(gè)涉及多需求、多目標(biāo)、多技術(shù)耦合的新堆型。

那么，核電站是如何發(fā)電的呢？簡(jiǎn)單地說(shuō)就是加熱水產(chǎn)生蒸汽，推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。整個(gè)過(guò)程大致分為三步，首先是核裂變反應(yīng)產(chǎn)生的巨大熱量將水加熱到327℃；第二步是在主泵的推動(dòng)下，高溫高壓的水到蒸汽發(fā)生器中將里面的水加熱成水蒸氣；最后，水蒸氣在冷凝器中冷凝成水，將熱量帶出。

由此可見(jiàn)，蒸汽發(fā)生器是核電站的重要設(shè)備，被譽(yù)為“核電之肺”。

通常大型反應(yīng)堆的蒸汽發(fā)生器，高度會(huì)超過(guò)20米，而“玲龍一號(hào)”的蒸汽 發(fā)生器高度僅2米左右。

作為核電站核心設(shè)備之一的反應(yīng)堆壓力容器，是唯一不能更換的設(shè)備，大致相當(dāng)于核電站的“心臟”。“玲龍一號(hào)”的心臟雖小，但更為兼容，兼具支承主泵、包容蒸汽發(fā)生器、消除主管道，以及堆內(nèi)分流等額外功能作用。

“玲龍一號(hào)”總設(shè)計(jì)師宋丹戎打了 個(gè)比方：“大堆可以看作是一個(gè)家用臺(tái)式電腦，包括顯示器、主機(jī)、鍵盤(pán)等。小堆則可以當(dāng)作一個(gè)筆記本電腦，顯示器、主機(jī)和鍵盤(pán)等都集中到一起。”

核電站的安全問(wèn)題一直都是人們關(guān)注的重點(diǎn)。“玲龍一號(hào)”從里到外共有燃料芯塊、燃料包殼、壓力容器，以及安全殼等4道安全屏障。同時(shí)，它采用了數(shù)道完全非能動(dòng)安全系統(tǒng)，來(lái)確保核電站的安全萬(wàn)無(wú)一失。

所謂“完全非能動(dòng)安全系統(tǒng)”是指完全不依賴(lài)外來(lái)的觸發(fā)和動(dòng)力源，而靠自然對(duì)流、重力和蓄壓勢(shì)等自然本性來(lái)實(shí)現(xiàn)安全功能的系統(tǒng)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，“玲龍一號(hào)”的上方設(shè)計(jì)有一個(gè)儲(chǔ)存水的容器，需要導(dǎo)出反應(yīng)堆里面的余熱時(shí)，即便沒(méi)有電力，水也能夠依靠自身的重力進(jìn)入里面把熱量帶出來(lái)。這僅僅是“玲龍一號(hào)”完全非能動(dòng)安全系統(tǒng)中最簡(jiǎn)單的一道。

應(yīng)用前景

“玲龍一號(hào)”的年發(fā)電量大致能滿 足50余萬(wàn)戶(hù)家庭使用，與“華龍一號(hào)”一臺(tái)機(jī)組一年就能發(fā)電100億千瓦時(shí)相比，難望其項(xiàng)背，但它的優(yōu)勢(shì)在于體積小、價(jià)格低、工期短，以及可批量生產(chǎn)等方面。

我國(guó)海域有7600個(gè)島嶼，其中有人居住的約450個(gè)。這些島嶼很多都面積不大但是位置重要，目前多是靠風(fēng)能、太陽(yáng)能和海洋能發(fā)電。這些能源通常不穩(wěn)定。倘若在島上建一座“玲龍一號(hào)”， 不但能夠滿足生產(chǎn)生活的需要，多余的電能還可用于海水淡化。

在海島使用僅是“玲龍一號(hào)”的應(yīng)用方向之一。按照我國(guó)科學(xué)家的設(shè)想，它還能應(yīng)用到城市供熱、工業(yè)供氣、石油開(kāi)采、偏遠(yuǎn)地區(qū)和孤網(wǎng)熱電聯(lián)供，以及燃煤熱電機(jī)組替代等諸多方面。

“玲龍一號(hào)”預(yù)計(jì)于2026年上半年并網(wǎng)發(fā)電，它將為我國(guó)核動(dòng)力設(shè)備自主化的藍(lán)圖再添一抹亮麗色彩。