6月3日，中國核能電力股份有限公司發布上市公告，海南昌江多用途模塊式小型堆科技示范工程項目已獲得國務院核準。

 

十年磨一劍，中核集團在多年研究基礎上自主研發的“玲龍一號”（ACP100），分量究竟有多重？深入了解后你會發現，這堪稱中國核工業邁向世界一流核科技工業的一個關鍵里程碑。

 

01

 

— 全球首個陸上模塊化小型壓水堆 —

 

早在上世紀七八十年代，國際原子能機構（IAEA）就開始倡導發展中小型反應堆，進入21世紀后，包括美國、日本、韓國等在內的越來越多的國家加入了模塊化小堆開發的行列。

 

2009年前后，中核集團在“十二五”規劃中提出了“差異化發展”的戰略。“做小堆的初衷不是和大堆一樣去發電，而是要實現核能的多用途，滿足城市供熱、工業蒸汽、海水淡化、石油開采等不同需求。”中核集團“玲龍一號”總設計師宋丹戎說。

 

小堆之“小”，小在功率，核燃料的裝量少，只有57組燃料組件，相應的功率密度低，具有更高的固有安全性，同時占地面積也更小。因此，“小堆可以建在離城市、離人口密集區更近的地方，這與多用途的應用場景是相契合的。”宋丹戎表示，“事故分析的計算結果表明，小堆的輻射應急計劃區范圍在300米左右，而大堆一般是10公里。小堆從技術上可不需要場外應急。”

 

如何理解“固有安全性”？中核集團“玲龍一號”副總設計師秦忠打了個比方，“就像一個內在品質優秀、行為習慣非常好的學生，老師不用去督促和鞭策，他自己就很自律。”

 

“玲龍一號”采用完全非能動的安全系統，不過與同樣是非能動安全系統的大堆AP1000并不一樣，宋丹戎介紹說，“反應堆如果發生事故，最大的問題是要排出堆芯的余熱。大堆要通過噴水降溫，小堆因為功率小，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，然后從安全殼導入大氣這一最終熱阱。”

 

“玲龍一號”最突出的特征，還是一體化、模塊化的反應堆結構：蒸汽發生器、主泵、堆內構件、驅動機構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。“反應堆是一個模塊，整個反應堆包括蒸汽發生器在設備制造廠里就裝好了，運到現場直接進行后續裝配調試。而大堆是壓力容器和蒸汽發生器分別要安裝，還要在現場焊接主管道。”

 

模塊化的建造安裝，帶來的一個優勢就是可以縮短現場的施工時間，縮短建造工期，從而提高經濟性。但作為首堆，“玲龍一號”示范工程工期還是按照58個月來規劃。對此秦忠表示，決定工期的關鍵路徑在于設備制造，“‘玲龍一號’的設備基本都是全新研制的，有些設備不能馬上采購得到，還要做一部分科研。而大堆設備的規格書一出來不需要再去摸索，直接就生產制造。未來隨著小堆的批量化建設和經驗積累，建造工期可控制在36月內。”

 

與此對應，“玲龍一號”的設備國產化率達到90%以上，比我國自主研發的大堆的國產化率還要高。“畢竟是自主研發的，國外也沒有，你想買也買不到。”

 

“玲龍一號”在安全性、靈活性和多用途等方面的獨特優勢，使其在新一輪核能技術變革和國際核能產業競爭中的意義凸顯。宋丹戎飽含自豪地說道：“全世界這也是頭一個”——“玲龍一號”是全球首個陸上模塊化小型壓水堆。

 

02

 

— 從0到1的關鍵一步 —

 

中核集團對小堆的研發自2011年正式啟動，將其列入集團公司的重大科研專項。“因為和傳統的堆差別大，所以創新的程度和技術跨度大。”宋丹戎表示。

 

2019年在國家核安全局對ACP100開展安全評審的會上，時任核電安全監管司司長湯搏說過這樣一句話：“ACP100是國內目前唯一正向設計的一個反應堆。”所謂“正向設計”，意即沒有現成可以作為參考逆向推導，是完全從頭開始的自主創新設計。

 

圍繞這一開創性的堆型，中國核動力研究設計院開展了15大實驗，研發了20多項關鍵設備，并建設了全亞洲最大的非能動安全系統綜合實驗臺架，使ACP100的安全性得到了充分的驗證。

 

設計過程中遇到的最大的問題是什么？是以往可以直接用的一些理論包括數據對于小堆都不適用，必須從頭開始。“設計大堆只要大致跟國內已建的核電堆型類似，一般就可以用他們的數據，因為大致上尺寸和功率水平相近，不會出大問題。”宋丹戎說，“而小堆尺寸變了，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，所以核安全局說我們是正向設計。”

 

“大堆的設計不會遇到‘翻車’的問題，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。”談到這，宋丹戎不禁感嘆，“小堆走到今天這一步確實不容易。”

 

“作為一線技術人員感到，從0到1的原始創新是非常不容易的，每一個小小的突破、哪怕是一小步都來之不易。”秦忠也深有感觸。

 

2014~2015年，ACP100研發團隊“完成了4000多頁的報告”，把主要的安全理念和安全分析的結論都形成文字材料提交給了IAEA。2016年，IAEA向中核集團提交了ACP100通用反應堆安全審查 (GRSR)終版報告。這標志著ACP100成為世界首個通過IAEA安全審查的小堆技術。

 

IAEA的結論認為，“ACP100滿足三代核電的要求，能夠滿足實際消除大規模放射性釋放的要求，是一個先進的小型反應堆。”

 

隨著示范工程核準，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“給國內和國際的潛在用戶樹立一個信心，讓他們知道這個堆既能安全運行，又能滿足相應需求”。

 

秦忠強調道，“示范工程更完整的說法是科技示范工程，是中核集團科技創新成果的工程應用。它涉及到一百多個系統從建造、安裝、調試到運行維護的成套技術，能夠帶動我國核工業整體技術水平的進步。”同時他認為這也是中核集團面向核能非電市場應用的起步。

 

小堆在全球市場顯示出良好前景。中東的沙特、阿聯酋、約旦，東南亞的印尼、泰國等，這些國家不約而同地表示出對小堆的興趣。相比全世界很多國家開發的小堆都還停留在紙上，我國率先邁出了模塊化小堆工程落地這關鍵一步，必將對國際上的推廣應用產生重要推動。