8月10日，全球首個(gè)陸上商用模塊化小堆“玲龍一號(hào)”反應(yīng)堆核心模塊成功吊裝。“玲龍一號(hào)”核島設(shè)備安裝關(guān)鍵路徑上的第一個(gè)里程碑節(jié)點(diǎn)順利完成。
“玲龍一號(hào)”反應(yīng)堆核心模塊主要包括壓力容器和蒸汽發(fā)生器兩個(gè)關(guān)鍵設(shè)備。“與‘華龍一號(hào)’的分散布置相比，‘玲龍一號(hào)’最突出的特征就是一體化設(shè)計(jì)、模塊化建造等。這次核心模塊吊裝就是最好的詮釋。”中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院副院長(zhǎng)唐傳寶說(shuō)。
這一天，中核集團(tuán)“玲龍一號(hào)”設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，等了整整20年。
踏入核能開(kāi)發(fā)“無(wú)人區(qū)”
沒(méi)有可以參考的方案，每一個(gè)參數(shù)、方案都得來(lái)不易
國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)認(rèn)定，電功率30萬(wàn)千瓦以下的核反應(yīng)堆被稱為小堆。
“大堆可以看作是一個(gè)家用的臺(tái)式電腦，包括顯示器、主機(jī)、鍵盤等。小堆可以把它當(dāng)作一個(gè)筆記本電腦，它的顯示器、主機(jī)、鍵盤等都集中到一起。”中核集團(tuán)“玲龍一號(hào)”總設(shè)計(jì)師宋丹戎說(shuō)。
早在上世紀(jì)七八十年代，國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)就開(kāi)始倡導(dǎo)發(fā)展中小型反應(yīng)堆。包括美國(guó)、俄羅斯、日本、韓國(guó)、英國(guó)等在內(nèi)的越來(lái)越多的國(guó)家，競(jìng)相加入模塊化小堆研發(fā)行列。
除了核能發(fā)電，小堆在非電領(lǐng)域，包括工業(yè)工藝蒸汽、區(qū)域供熱、海水淡化等領(lǐng)域的應(yīng)用也有廣闊的市場(chǎng)需求，還可以應(yīng)用于廣大內(nèi)陸地區(qū)、海島、海上油氣鉆井平臺(tái)的供電、供汽、供熱。
2003年，在川央企中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院(以下簡(jiǎn)稱“中核動(dòng)力設(shè)計(jì)院”)開(kāi)始核能綜合利用的探索研究，以海水淡化、核能供熱等需求為目標(biāo)，完成概念方案和安全性及經(jīng)濟(jì)性評(píng)估。
2009年8月，小堆技術(shù)研究進(jìn)入中核動(dòng)力設(shè)計(jì)院核電科研“十二五”規(guī)劃項(xiàng)目清單。2011年，中核集團(tuán)模塊化小堆的研發(fā)正式啟動(dòng)。項(xiàng)目代號(hào)ACP100，別稱“玲龍一號(hào)”，它與大家熟知的“華龍一號(hào)”是“親兄弟”。
“玲龍一號(hào)”副總設(shè)計(jì)師秦忠說(shuō)，“玲龍一號(hào)”區(qū)別于其他小堆的關(guān)鍵一點(diǎn)就是真正實(shí)現(xiàn)模塊化制造。只有真正實(shí)現(xiàn)模塊化，才能實(shí)現(xiàn)工廠批量制造，在提高質(zhì)量的同時(shí)，降低造價(jià)。
“‘玲龍一號(hào)’研發(fā)讓核能開(kāi)發(fā)進(jìn)入‘無(wú)人區(qū)’。”秦忠說(shuō)，“玲龍一號(hào)”是完全從零開(kāi)始的全新設(shè)計(jì)，在沒(méi)有任何參考的基礎(chǔ)上，朝著既定目標(biāo)，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新去完成設(shè)計(jì)，最終還要通過(guò)核安全部門的審查。“每一個(gè)參數(shù)、方案都需要無(wú)數(shù)次的分析、論證、試驗(yàn)，反復(fù)迭代。”
2012年，“玲龍一號(hào)”技術(shù)設(shè)計(jì)完成;2014年12月，“玲龍一號(hào)”標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)完成;2016年，“玲龍一號(hào)”通過(guò)國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)安全審查，成為全球首個(gè)通過(guò)IAEA安全審查的小型壓水堆技術(shù)。
2021年7月13日，中核集團(tuán)海南昌江多用途模塊式小型堆科技示范工程(小堆示范項(xiàng)目)在海南昌江核電現(xiàn)場(chǎng)正式開(kāi)工。該項(xiàng)目成為全球首個(gè)開(kāi)工的陸上商用模塊化小堆，標(biāo)志著我國(guó)在模塊化小型堆技術(shù)上走在世界前列。
再造“核電之肺”
十多年的科研攻關(guān)，終于開(kāi)花結(jié)果
有“核電之肺”之稱的蒸汽發(fā)生器，設(shè)計(jì)、制造過(guò)程同樣充滿艱辛。
大堆蒸汽發(fā)生器高度約21米;而小堆蒸汽發(fā)生器高度僅僅約2米。“雖然都是蒸汽發(fā)生器，但是兩種不同的技術(shù)路線。小堆的蒸汽發(fā)生器具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、耐腐蝕性好、傳熱效率高等優(yōu)勢(shì)。”“玲龍一號(hào)”蒸汽發(fā)生器設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人劉威說(shuō)。
針對(duì)一體化布置的特點(diǎn)，團(tuán)隊(duì)開(kāi)展蒸汽發(fā)生器緊湊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。“每一個(gè)設(shè)計(jì)都要經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次反復(fù)論證，才能得出最優(yōu)解。”劉威說(shuō)。
2021年2月，蒸汽發(fā)生器一次側(cè)水壓試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)被陰霾籠罩。“試驗(yàn)失敗了。”接到電話的一瞬間，“玲龍一號(hào)”蒸汽發(fā)生器項(xiàng)目課題負(fù)責(zé)人黃衛(wèi)東心想，“完了，我們的節(jié)點(diǎn)保不住了。”
黃衛(wèi)東說(shuō)，蒸汽發(fā)生器一次側(cè)是一回路承壓邊界主要組成部分，而一次側(cè)水壓試驗(yàn)是檢驗(yàn)其整體強(qiáng)度、密封性和制造質(zhì)量的重要試驗(yàn)，也是制造中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。團(tuán)隊(duì)迅速找原因，最終花了4個(gè)月時(shí)間解決了問(wèn)題，保證了任務(wù)節(jié)點(diǎn)。
2022年9月，“玲龍一號(hào)”首堆蒸汽發(fā)生器通過(guò)出廠驗(yàn)收。“十多年的科研攻關(guān)，終于開(kāi)花結(jié)果了。”黃衛(wèi)東感慨地說(shuō)。
隨著吊裝完成，此后堆內(nèi)構(gòu)件、主泵等關(guān)鍵設(shè)備也陸續(xù)到場(chǎng)安裝，距離揭開(kāi)“玲龍一號(hào)”神秘面紗又更近一步。
重塑“心臟”
體積雖然變小了，但是它的功能反而增加了，設(shè)計(jì)非常復(fù)雜
“并不是單純地把大型核電小型化。”宋丹戎說(shuō)，“玲龍一號(hào)”是一個(gè)涉及多需求多目標(biāo)多技術(shù)耦合的新堆型。以往可以直接用的一些大型壓水堆技術(shù)理論，包括數(shù)據(jù)等，對(duì)于它都不適用，必須從頭開(kāi)始。
反應(yīng)堆壓力容器是核電站核心設(shè)備之一，也是反應(yīng)堆中唯一不可更換的主設(shè)備，被喻為核電站的“心臟”，對(duì)核電站安全、穩(wěn)定運(yùn)行有著至關(guān)重要的作用。為滿足小堆多功能集成化的設(shè)計(jì)需求，小堆壓力容器采用一體化設(shè)計(jì)。“小堆體積雖然變小了，但是它的功能反而增加了，設(shè)計(jì)非常復(fù)雜。”“玲龍一號(hào)”反應(yīng)堆壓力容器設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人董元元說(shuō)，“玲龍一號(hào)”反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜。在常規(guī)反應(yīng)堆壓力容器的功能上，還具有支承主泵、包容蒸汽發(fā)生器、消除主管道、堆內(nèi)分流等額外的功能作用。
針對(duì)如何與主泵直接連接，并形成進(jìn)出口回路的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，團(tuán)隊(duì)反復(fù)研究，提出6種設(shè)計(jì)方案，對(duì)每一種方案進(jìn)行分解、論證，對(duì)每一種方案進(jìn)行三維建模分析，最終對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行固化。
2023年7月13日，全球首個(gè)陸上商用模塊化小堆“玲龍一號(hào)”反應(yīng)堆核心模塊完成出廠驗(yàn)收，發(fā)運(yùn)前往海南。8月10日，“玲龍一號(hào)”反應(yīng)堆核心模塊正式吊裝，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。
“玲龍一號(hào)”研發(fā)時(shí)間線
2003年
中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院開(kāi)始核能綜合利用的探索研究，以海水淡化、核能供熱等需求為目標(biāo)，完成概念方案和安全性及經(jīng)濟(jì)性評(píng)估
2009年8月
小堆技術(shù)研究進(jìn)入中核動(dòng)力設(shè)計(jì)院核電科研“十二五”規(guī)劃項(xiàng)目清單
2011年
中核集團(tuán)模塊化小堆的研發(fā)正式啟動(dòng)
2012年
“玲龍一號(hào)”技術(shù)設(shè)計(jì)完成
2014年12月
“玲龍一號(hào)”標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)完成
2016年
“玲龍一號(hào)”通過(guò)國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)安全審查，成為全球首個(gè)通過(guò)IAEA安全審查的小型壓水堆技術(shù)
2022年9月
“玲龍一號(hào)”首堆蒸汽發(fā)生器順利通過(guò)出廠驗(yàn)收
2023年7月13日
“玲龍一號(hào)”反應(yīng)堆核心模塊完成出廠驗(yàn)收，發(fā)運(yùn)前往海南
2023年8月10日
“玲龍一號(hào)”反應(yīng)堆核心模塊成功吊裝(四川日?qǐng)?bào)全媒體記者 徐莉莎 徐浩煊)
編輯：郭成
