8月10日，全球首個陸上商用模塊化小堆“玲龍一號”反應堆核心模塊成功吊裝。“玲龍一號”核島設(shè)備安裝關(guān)鍵路徑上的第一個里程碑節(jié)點順利完成。
“玲龍一號”反應堆核心模塊主要包括壓力容器和蒸汽發(fā)生器兩個關(guān)鍵設(shè)備。“與‘華龍一號’的分散布置相比，‘玲龍一號’最突出的特征就是一體化設(shè)計、模塊化建造等。這次核心模塊吊裝就是最好的詮釋。”中國核動力研究設(shè)計院副院長唐傳寶說。
這一天，中核集團“玲龍一號”設(shè)計團隊，等了整整20年。
踏入核能開發(fā)“無人區(qū)”
沒有可以參考的方案，每一個參數(shù)、方案都得來不易
國際原子能機構(gòu)認定，電功率30萬千瓦以下的核反應堆被稱為小堆。
“大堆可以看作是一個家用的臺式電腦，包括顯示器、主機、鍵盤等。小堆可以把它當作一個筆記本電腦，它的顯示器、主機、鍵盤等都集中到一起。”中核集團“玲龍一號”總設(shè)計師宋丹戎說。
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)域的應用也有廣闊的市場需求，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。
2003年，在川央企中國核動力研究設(shè)計院(以下簡稱“中核動力設(shè)計院”)開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，完成概念方案和安全性及經(jīng)濟性評估。
2009年8月，小堆技術(shù)研究進入中核動力設(shè)計院核電科研“十二五”規(guī)劃項目清單。2011年，中核集團模塊化小堆的研發(fā)正式啟動。項目代號ACP100，別稱“玲龍一號”，它與大家熟知的“華龍一號”是“親兄弟”。
“玲龍一號”副總設(shè)計師秦忠說，“玲龍一號”區(qū)別于其他小堆的關(guān)鍵一點就是真正實現(xiàn)模塊化制造。只有真正實現(xiàn)模塊化，才能實現(xiàn)工廠批量制造，在提高質(zhì)量的同時，降低造價。
“‘玲龍一號’研發(fā)讓核能開發(fā)進入‘無人區(qū)’。”秦忠說，“玲龍一號”是完全從零開始的全新設(shè)計，在沒有任何參考的基礎(chǔ)上，朝著既定目標，通過技術(shù)創(chuàng)新去完成設(shè)計，最終還要通過核安全部門的審查。“每一個參數(shù)、方案都需要無數(shù)次的分析、論證、試驗，反復迭代。”
2012年，“玲龍一號”技術(shù)設(shè)計完成;2014年12月，“玲龍一號”標準設(shè)計完成;2016年，“玲龍一號”通過國際原子能機構(gòu)安全審查，成為全球首個通過IAEA安全審查的小型壓水堆技術(shù)。
2021年7月13日，中核集團海南昌江多用途模塊式小型堆科技示范工程(小堆示范項目)在海南昌江核電現(xiàn)場正式開工。該項目成為全球首個開工的陸上商用模塊化小堆，標志著我國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)，終于開花結(jié)果
有“核電之肺”之稱的蒸汽發(fā)生器，設(shè)計、制造過程同樣充滿艱辛。
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。”“玲龍一號”蒸汽發(fā)生器設(shè)計負責人劉威說。
針對一體化布置的特點，團隊開展蒸汽發(fā)生器緊湊結(jié)構(gòu)設(shè)計。“每一個設(shè)計都要經(jīng)過無數(shù)次反復論證，才能得出最優(yōu)解。”劉威說。
2021年2月，蒸汽發(fā)生器一次側(cè)水壓試驗現(xiàn)場被陰霾籠罩。“試驗失敗了。”接到電話的一瞬間，“玲龍一號”蒸汽發(fā)生器項目課題負責人黃衛(wèi)東心想，“完了，我們的節(jié)點保不住了。”
黃衛(wèi)東說，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)水壓試驗是檢驗其整體強度、密封性和制造質(zhì)量的重要試驗，也是制造中的關(guān)鍵節(jié)點。團隊迅速找原因，最終花了4個月時間解決了問題，保證了任務節(jié)點。
2022年9月，“玲龍一號”首堆蒸汽發(fā)生器通過出廠驗收。“十多年的科研攻關(guān)，終于開花結(jié)果了。”黃衛(wèi)東感慨地說。
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)到場安裝，距離揭開“玲龍一號”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)計非常復雜
“并不是單純地把大型核電小型化。”宋丹戎說，“玲龍一號”是一個涉及多需求多目標多技術(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，對于它都不適用，必須從頭開始。
反應堆壓力容器是核電站核心設(shè)備之一，也是反應堆中唯一不可更換的主設(shè)備，被喻為核電站的“心臟”，對核電站安全、穩(wěn)定運行有著至關(guān)重要的作用。為滿足小堆多功能集成化的設(shè)計需求，小堆壓力容器采用一體化設(shè)計。“小堆體積雖然變小了，但是它的功能反而增加了，設(shè)計非常復雜。”“玲龍一號”反應堆壓力容器設(shè)計負責人董元元說，“玲龍一號”反應堆壓力容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜。在常規(guī)反應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。
針對如何與主泵直接連接，并形成進出口回路的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，團隊反復研究，提出6種設(shè)計方案，對每一種方案進行分解、論證，對每一種方案進行三維建模分析，最終對結(jié)構(gòu)設(shè)計方案進行固化。
2023年7月13日，全球首個陸上商用模塊化小堆“玲龍一號”反應堆核心模塊完成出廠驗收，發(fā)運前往海南。8月10日，“玲龍一號”反應堆核心模塊正式吊裝，為我國核動力設(shè)備自主化的藍圖再添一抹亮麗色彩。
“玲龍一號”研發(fā)時間線
2003年
中國核動力研究設(shè)計院開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，完成概念方案和安全性及經(jīng)濟性評估
2009年8月
小堆技術(shù)研究進入中核動力設(shè)計院核電科研“十二五”規(guī)劃項目清單
2011年
中核集團模塊化小堆的研發(fā)正式啟動
2012年
“玲龍一號”技術(shù)設(shè)計完成
2014年12月
“玲龍一號”標準設(shè)計完成
2016年
“玲龍一號”通過國際原子能機構(gòu)安全審查，成為全球首個通過IAEA安全審查的小型壓水堆技術(shù)
2022年9月
“玲龍一號”首堆蒸汽發(fā)生器順利通過出廠驗收
2023年7月13日
“玲龍一號”反應堆核心模塊完成出廠驗收，發(fā)運前往海南
2023年8月10日
“玲龍一號”反應堆核心模塊成功吊裝(四川日報全媒體記者 徐莉莎 徐浩煊)
編輯：郭成
