中國核動力研究設計院總工程師 宋丹戎:核能是一種清潔能源,在能源領域起著負荷的作用,在建設大型堆的同時,小型堆也越來越受到世界各國能源行業的青睞。國際原子能機構把300兆瓦電功率以下的反應堆稱為小型堆,它不僅是小,它可以模塊化建設,可以在工廠預制,通過模塊化的運輸方式運到現場,功率小,但是它可以模塊化的組裝、模塊化的運輸、模塊化的安裝。相比于大型堆,小型堆有一些特點,首先它的功率比較小,系統簡單,安全性高,可以建在離城市和用戶比較近的地方。運行相對靈活,相對于大型堆,它的用途要多一些,不僅是發電,還可以用于區域的供熱、海水淡化、工藝供熱。由于它的體積比較小也可以裝到船體上作為浮動核電站。
國內外在上個世紀就有不少小型堆,當然那是在核電發展初期,功率比較小,歷史久遠。進入21世紀以后,世界各國隨著核電技術的發展,致力于開發革新型的小型堆。美國能源部提出小型堆的概念,首先它要滿足模塊化的設計、模塊化的制造、模塊化的運輸,現場能夠快速安裝,在工廠預制以后帶動它的成本降低,縮短現場的建造周期,縮短整個核電的建設周期。截止到2022年,國際原子能結構統計了全世界有18個國家開發了83個反應堆,其中31個是壓水堆,大部分是一體化的小型壓水堆。小型堆目前比較成熟的還是壓水堆,功率集中在幾十兆瓦到200兆瓦之間。
中核集團玲龍一號(ACP100),國電投開發了“CAP150”和美一號供熱堆。清華大學開發了低溫供熱堆。國內開發也是以壓水堆為主,一體化的壓水堆是主流,以及一些氣冷堆,金屬冷卻堆都在研發階段。清華大學的高溫氣冷堆去年已經并網發電。
發展的需求,小型堆和大型堆不太一樣,它的需求主要是對于老舊小火電機組的替代、海水淡化、區域供熱、浮動核電站和中小電網。在我國的北方,它主要用于供熱。在區域電網可以替代以前的小電網,中國是大電網,連成一片。在有些國家是區域的小電網,小型堆可以發揮其發電的作用。
另外可以區域供熱,給能源大戶,需要蒸汽的化工廠、工業企業提供工藝供熱,也可以替代燃煤給城市居民供熱。小型堆的體積比較小,可以裝到浮動核電平臺上,為海島開發、海洋開發、石油采油作為能源。在中東地區,在我國沿海缺水的地方也可以作為海水淡化的能源來源。
下面簡單介紹一下玲龍一號(ACP100)開發的概況。中核集團從事小型堆的開發已有多年,我們開發了多種小型堆。ACP100在“十二五”期間列入了國家重大科研項目。中核集團從2010年開始開發小型堆,其間經過了國際原子能的審查,經過了兩評報告,經過了國家核安全局的安全審查,一直到2021年7月,第一罐混凝土澆灌,正式開工。
在研發期間做了大量的科研試驗,這些試驗都是在中國核動力院相關的臺架上完成的。有大量設備依托于國內各大核電企業、制造企業,開發了多項關鍵設備,目前主要的設備包括壓力容器、直流蒸汽發生器、控制棒驅動機等都可以實現國產化。
研發的同時我們也和國家審評中心進行了安全方面的研究和驗證,滿足了最新的我國核安全法規的要求。我們也向國際原子能機構提交了安全評估報告,國際原子能機構經過評估認為ACP100是創新的小型壓水堆設計,具有固有安全+非能動安全,可以保證早期大規模放射性釋放的實際消除。
總體方案和大堆不一樣,我們是從傳統的環路式的反應堆演化成為一種一體化的革新的反應堆,它的蒸發器、壓力容器都是一體化的放置。它是一體化的反應堆加上非能動的安全系統,采用了完全非能動的安全系統設計,設計上可以取消廠外應急,可以實現多種用途。今后可以用于海上核動力平臺。采用了單堆單機的布置,電功率125兆瓦,兩年的周期,采用了57組燃料組件。
再介紹一下現場示范工程的進展。在2017年,國家能源局同意開展前期工作,廠址位于海南昌江,有2座60萬的核電機組正在運行,有兩座華龍一號120萬千瓦的大型核電站在建設,還有就是我們的小堆在建設。
項目申請和大核電一樣,通過了國務院常務會的核準。國家核安全局經過環境評價報告的審查,安全分析報告的審查,目前所有的大設備都已經制造完工,正在安裝的高峰期。目前安裝已經接近尾聲,到今年10月份、11月份冷試開始,明年5月份、6月份裝料,明年年底能夠發電。
我們建議把這種模塊化的小型堆作為核能應用戰略的技術路線納入國家的規劃,系統布局。按照國家建設清潔低碳能源體系的要求,大力拓展小型堆,發揮小型堆在能源體系中引領的至關重要的作用,今后可以把小型堆和光伏、風電等清潔能源結合起來,小型堆在調峰的時候可以用太陽能、風能,作為一個一體化的供能方案。
責任編輯: 張磊