核能领域的“移动充电宝”——记玲龙一号的研发

核能工业的转折点”“开创核能多用途新时代”“游戏的改变者”……一直以来，模块化小堆(以下简称小堆)都被国内外核电领域的专家给予了很高的评价，特别是福岛核事故后，小堆因其更具灵活性和安全性，开始受到了热捧。

中国核动力研究设计院紧跟世界核能发展趋势，通过十几年的刻苦攻关，研发出了具有完全自主知识产权的多功能模块化小型压水堆堆型，这是继华龙一号后的又一自主创新重大成果，填补了国内空白。

玲龙一号应运而生，也成为了中国核电“重启”的重要选项。

在期许中“诞生”

什么是小型堆?国际原子能机构认定——电功率30万千瓦以下的核反应堆。

“大堆我们可以把它看作一个家用的台式电脑，包括了显示器、主机、键盘等等，小堆我们可以把它当作家里面的一个笔记本电脑，它的显示器、主机、键盘等都集中到一起了。”中核集团玲龙一号总设计师宋丹戎给出了更通俗的解释。

早在上世纪七八十年代，国际原子能机构就开始倡导发展中小型反应堆。包括美国、俄罗斯、日本、韩国、英国等在内的越来越多的国家，竞相加入到模块化小堆研发的行列。

进入二十一世纪后，随着小地区或偏远山区供电、城市冬季集中供热、工业园区集中供热、岛礁供电、海上石油开采等领域对清洁能源的需求进一步提升，以及国家为实现“美丽中国”对构建绿色能源体系的强烈需求，小堆在功率规模可变化、模块化快速组装、运输便捷性、需求满足稳定性、适应环境条件强等方面综合优势十分显著。而压水堆技术作为目前世界上商业应用最为广泛的核能应用技术，拥有最高的技术成熟度和最丰富的工程应用经验，在小堆的研发过程中是优先考虑的设计技术。

2003年，核动力院开始了小型多用途一体化堆的探索研究，以海水淡化、热电联产、核能供热等需求为目标，完成了概念方案和安全性及经济性评估，为后续项目发展奠定了良好的基础。

2009年，中核集团在“十二五”规划中提出了“差异化发展”的战略，小堆逐渐“浮出水面”。

2010年，中核集团将小型多用途堆技术研发列为集团公司重点科技专项。

2011年，中核集团对模块化小堆的研发正式启动。项目代号ACP100，别称玲龙一号，它与大家熟知的华龙一号是“亲兄弟”。

全球首个陆上商用模块化小堆开工建设

虽说玲龙一号是一个小型堆，但这并不是单纯的把大型核电小型化。

“玲龙一号是一个涉及多需求多目标多技术耦合的新堆型，没有现成的堆型可以作为参考。设计过程中遇到的最大的问题是以往可以直接用的一些大型压水堆技术理论，包括数据等，对于它都不适用，必须从头开始。”宋丹戎说，玲龙一号目前是全球唯一通过国际原子能机构官方审查的三代核能小堆，由于是全球首座商业三代核小堆项目，此前没有经验可循，边实践、边总结、边调整，成为了建设者们的“必修课”。“我们开始小堆研发的时间跟国际基本同步，有些研发甚至更靠前，因此，我们也没有可以借鉴的成熟经验，只能摸着石头过河。”

2010年8月，成都正值酷暑。宋丹戎却带领着小堆研发团队加班加点的构思和研讨小堆的设计方案。在核动力院会议室里，宋丹戎、反应堆结构设计研究室主任罗英和时任堆总体及堆内构件专业组组长的许斌等经过慎重讨论达成共识——为了占据先机，必须提前拿出小型堆反应堆总体结构的初步方案。这是一道死命令。

小堆最核心的技术是反应堆结构一体化布置设计技术。年轻的工程师陈训被选定为反应堆结构总体技术负责人，时间紧，任务重，他通过查阅大量资料，终于有了关于小堆的初步构想。可构想是否可行、有没有缺陷，还需要让更富有经验的老前辈来把关。陈训带着小堆的初步构想找到了拥有40多年反应堆结构设计经验的老专家郝维明，通过10多天的反复讨论，两人一次性提交了4份不同的设计初步方案。最终，在广泛征求了大家意见的前提下，敲定了最佳方案，也就是如今中核集团向世界推出的玲龙一号的雏形。

为取得全球通行证，玲龙一号主动接受了国际原子能机构通用反应堆安全审查，从2014年至2015年，玲龙一号研发团队完成了4000多份报告，并先后到维也纳、北京完成三轮次的技术答辩，历时2年。最终，在2016年，它成为全球首个通过IAEA安全审查的小型压水堆技术。相比全世界很多国家开发的小堆都还停留在纸上，我国率先迈出了模块化小堆工程落地这关键一步。

2020年10月下旬，12位核电行业专家坐在一起，举行为期一周的玲龙一号项目总工期沙盘推演活动，活动现场并没有真正的沙盘，专家们聚在一起对玲龙一号施工中可能遇到的问题进行详细的分析与研讨，甚至细到核岛中的一颗螺丝钉。“通过大家的头脑风暴，对相关的应对措施我们也提出了一些比较合理的方案，让专家帮我们识别，帮我们判断，这样把一些风险提前消除。”核动力院小堆项目经理李松说，为了早日实现玲龙一号项目落地，大家都卯足了干劲。

2021年7月13日，中核集团海南昌江多用途模块式小型堆科技示范工程(小堆示范项目)在海南昌江核电现场正式开工，至此，该项目成为全球首个开工的陆上商用模块化小堆，标志着我国在模块化小型堆技术上走在了世界前列。

打造又一“国家名片”

既然有了华龙一号这样技术成熟的大堆，为什么还要研发玲龙一号这样的小堆呢?答案是：它更小巧、更灵活、更安全、更靠近用户，号称“移动充电宝”。

众所周知，全世界在建及运行中的百万千瓦级压水堆核电反应堆，个个都是庞然大物。以法国的M310和EPR、美国的AP1000为例，堆型均为分散型布置，光是反应堆压力容器的直径就有4米多，高度超过12米。再算上压力容器外面布置的蒸汽发生器、冷却剂主泵、稳压器等主设备，整个反应堆一回路的直径接近60米，比两个篮球场加起来还要大。而研发玲龙一号的任务要求，一是要“个头小”，二是要更安全。

玲龙一号之“小”，小在功率和体积。玲龙一号功率仅有华龙一号的十分之一，华龙一号是功率达到百万千瓦级的大堆，而玲龙一号是功率为十万千瓦级的核电小堆，较低的功率降低了核燃料装载量。此外，与大型压水堆相比，玲龙一号由于体积小，占地面积较小。更小的功率和体积适配更多的应用场景。不仅可以布置在陆地上，还可以布置在海上平台、偏远岛礁等，实现供热供电、热电联产，实现压水堆技术的多领域多场景多需求应用，为我国经济建设提供更强劲的动力。

同时，玲龙一号采用的是模块化建造，通过单个模块标准化设计、制造批量化生产，降低了制造成本，模块式小型堆系统简化、设备尺寸小、运输方便、运行操作更为简便，创新性的模块化设计技术，可实现工厂组装和现场安装，极大缩短了建造周期，并可根据用户负荷需求，灵活组合规模，滚动开发建设，有效降低了模块式小型堆的投资成本，确保了经济效益。

除此之外，保证高安全性也是玲龙一号必须要完成的重要课题。玲龙一号最突出的特征是一体化设计、模块化建造、高固有安全性和完全非能动的安全系统。事故时通过重力和自然循环等非能动方式将堆芯热量导出，实现长期冷却，上部设置密封厂房作为二次屏障。安全分析表明，堆芯损毁频率小于10-8/堆年，大规模放射性释放频率小于10-9/堆年，安全性处于三代核电先进水平。

作为清洁能源，核能发电具有安全友好、绿色低碳、经济高效等多重优势。玲龙一号发电功率12.5万千瓦，建成后年发电量可达10亿千瓦时，满足52.6万户家庭生活所需。它的推广应用可以大大减少我国化石能源的消耗、促进节能减排。同时，每台玲龙一号机组每年发电相当于减少二氧化碳排放88万吨，相当于植树造林750万棵。面向我国“2030年要碳达峰，2060年实现碳中和”目标，安全积极有序的批量发展核电，可以连续、稳定地承担碳达峰、碳中和任务，助力我国深入推进能源转型，优化能源结构。

“2011年以来，受福岛核事故等因素影响，全球核电消费量在所有能源消费中的占比长期低迷，但核能的综合利用仍有强烈的需求，市场潜力无限。除了电的需求以外，还有大量的能源需求，包括蒸汽、热水、海水淡化等，这些需求实际上还在非常快的增长。” 宋丹戎说，核能转化的蒸汽可以用于工业生产，热水可以用于冬季供暖，海水淡化也有很大的市场空间。玲龙一号一体化的设计提升了安全性，未来可以布置到离城市、离用户更近的地方。

玲龙一号与我国百万千瓦级自主三代核电华龙一号的完美配合，已经成为中核集团驰骋抢摊海外市场、支撑国家“一带一路”倡议的“双龙”。可以预见，安全智能的模块式小型堆将推动我国在世界核能领域技术领先、率先突围，成为中国制造及原创科技品牌又一张靓丽的名片。