我们为什么要把核反应堆做得越来越“小”？

日前，位于海南昌江的全球首个陆上商用模块化小型反应堆“玲龙一号”核岛安装工程正式开工。“玲龙一号”是由中核集团研发并具有自

日前，位于海南昌江的

全球首个陆上商用模块化小型反应堆

“玲龙一号”

核岛安装工程正式开工。

“玲龙一号”是由中核集团研发

并具有自主知识产权的

多功能模块化小型压水堆，

也是全球首个开工的陆上商用模块化小堆。

全世界，

这也是头一个！

此次开始安装工程的核岛，

是整个核电站的核心。

后续，核电站的压力容器、

蒸汽发生器等主要设备

都将在核岛内进行安装。

那么问题来了，

什么是小堆？

01 什么是小堆

优势突出的「小」可爱

所谓小型堆

根据国际原子能机构（IAEA）给出的定义，

是电功率在30万千瓦以下的反应堆。

要搞懂小堆，

先搞懂核反应堆。

核反应堆是核电站的核心能源组件，

它可以将核燃料核裂变产生的能量

稳定可控地输出为热能，

进一步转化为我们需要的电能等。

世界上第一台反应堆“芝加哥一号”的功率

仅有0.5瓦，

这样的功率勉强可以点亮一个小夜灯。

而经过70多年的发展，

反应堆的功率已经可以达到百万千瓦级，

并且发展出了多种多样的堆型。

从0.5瓦到百万千瓦级别，

万物都要“Plus版”的趋势下，

为何作为能量之源的反应堆

如今又要小型化？

因为它

更灵活、更安全、更靠近用户，

堪称“超级充电宝”，

小而巧！

中国工程院院士叶奇蓁曾说：

“小堆是游戏的改变者，

能够以高安全水平

提供不同的核电联产解决方案。”

下面咱就来详细唠唠

小堆的优势——

1.小堆的“小”：

体积小、占地少、工期短

“玲龙一号”最突出的特征

是一体化、模块化的反应堆结构：

蒸汽发生器、主泵、堆内构件、

驱动机构等反应堆的部件

都集中在压力容器上，

不需要主管道的连接。

反应堆是一个模块，

运到现场直接进行后续装配调试。

而大堆是压力容器和蒸汽发生器分别要安装，

还要在现场焊接主管道。

“一体化”就像什么呢？

大堆可以看作一个家用台式电脑，

包括显示器、主机、键盘。

小堆就可以看作一个笔记本电脑，

它的显示器、主机、键盘都集中到一起了。

采用模块化建造安装模式，

可缩短现场施工时间及建造工期，

初投资低、建造周期短，

提高经济性。

2.小堆的“巧”：

多用途——可供电、热、汽、水

小堆虽小，

作用不小。

做小堆的初衷

其实不是和大堆一样去发电，

而是要实现核能的多用途。

“玲龙一号”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、热电联产等

多领域多场景多需求应用。

城市供热：

随着城镇化发展、人民生活水平提升，

北方甚至南方城市需要供热的面积不断增长。

小堆凭借先进的安全设计理念，

具有安全性好、应急要求大大简化等特点，

特别适宜于作为供热领域的能源。

海水淡化：

我国北方和部分沿海地区水资源严重不足，

北方缺水总面积达58万平方公里，

全国有300多座城市不同程度缺水，

每年缺水量58亿立方米。

利用小堆实现海水淡化，

在未来的能源市场有广泛应用。

海洋开发能源供给：

我国海岛基数多，发展需求大。

小堆能同时提供电力和高温高压蒸汽，

也可用来进行海水淡化；

投资规模小，配置灵活，

无须场外电源保障，

适合孤岛运行，

是实现海岛能源供应的重要选择。

3.小堆的固有安全性：

满足最高安全标准

小堆具有更高的固有安全性。

怎么理解这个“固有”呢？

就像一个内在品质优秀、

行为习惯非常好的学生，

老师不用去督促和鞭策，

他自己就很自律。

小堆采用非能动的堆芯冷却系统

和余热冷却系统。

因为功率小，

小堆完全依靠空气自然对流

就能将热量从堆芯导入钢制安全壳内，

然后从安全壳导入大气这一最终热阱。

小堆的辐射应急计划区范围在300米左右，

而大堆一般是10公里。

小堆可以建在离城市、离人口密集区

更近的地方，

与多用途的应用场景相契合。

02小堆的诞生

从0到1的原始创新

早在20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，

竞相加入模块式小堆研发的行列。

虽说“玲龙一号”是一个小型堆，

却不是单纯地把大型核电小型化。

以往设计大堆可以直接用的一些理论及数据，

对于小堆都不适用，

必须从头开始。

小堆尺寸变了，

比如它的燃料组件相对大堆要短，

短了以后燃料组件压紧力要多少？

变形量是多少？

包壳管气腔高度定为多少？

这些量都得重新算，

要从源头上开始研究。

中核集团“玲龙一号”总设计师宋丹戎说：

“小堆设计是有可能遇到‘翻车’问题的。

走到一半，有可能设定的目标达不到，

必须完全推倒重来。”

经过十几年的刻苦攻关，

中核集团研发出了具有完全自主知识产权的

小堆“玲龙一号”，

成为继华龙一号后的又一自主创新重大成果，

填补了国内空白。

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。

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，

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。

2020年10月下旬，

12位核电行业专家聚在一起，

举行为期一周的“玲龙一号”项目沙盘推演活动，

活动现场并没有真正的沙盘，

专家们对“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。

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。

海南昌江已形成了一个成熟的核电基地，

能够为小堆首堆建设提供支撑和保障体系。

海南自由贸易港+小堆，

将使“走出去”更加便捷。

小堆从图纸走进现实，

标志着我国在模块式小型堆技术上走在了世界前列。

这是中核集团科技创新成果的工程应用，

涉及一百多个系统

从建造、安装、调试到运行维护的成套技术，

带动整个产业链向高层次发展。

03 小堆将如何“改变游戏”？

充满可能性的应用场景

电力系统的脱碳

是全社会实现零碳发展的关键，

供热是全球最大的终端能源消费领域。

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，

以及实现“美丽中国”对构建绿色能源体系的强烈需求，

小堆凭借自身综合优势，

具有广阔的应用前景。

小堆在全球市场也显示出良好前景。

沿着南海出去，

“一带一路”沿线的一些国家，

如菲律宾、印度尼西亚、马来西亚等，

小岛很多。

中东的沙特、阿联酋、约旦等国家，

也不约而同地表示出对小堆的兴趣。

要开拓“一带一路”乃至全球市场，

示范工程的示范效应非常关键。

IAEA发布的《2050核能技术路线图》表示，

建立一个小堆市场，

首要条件是供应商在自己国家

首先成功地建造第一座小型堆，

然后其他国家才会考虑在本国推广。

小堆是当前国际核能领域竞争的焦点之一。

相比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，

必将对国际上的推广应用产生重要推动。

再往前畅想一步，

未来小堆还可以更小型化、紧凑化，

更加先进、安全。

比如——

装到人造卫星、太空飞船上，

提供强大的、稳定的、长期的能源。

或者，车载的核电源？

再或者……下面这样？

对于小堆这一核能“游戏的改变者”，

你还能想到什么应用场景？

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