第二届电力电子科普征文大赛-入围奖

《中国纤检》 陈春全

2024年春节前夕，“玲龙一号”的外穹顶在海南昌江核电基地完成吊装。这标志着我国具有自主知识产权的，全球首个陆上模块化小型核反应堆厂房的主体结构已全部施工完成。

  “玲龙一号”施工现场

网上有售

“玲龙一号”是全球首个通过国际原子能机构通用安全审查的小型反应堆。它为被称为核能“充电宝”，这又是为什么呢？

原来，就在2023年“双十一”之前，央企国家队的淘宝店开业。总共16 款代表中国智造的“大国重器”集中上架，其中“玲龙一号”便被标示为移动核能充电宝，总价52亿元。不过，在网购平台上它也被明确标注“仅展示可加购勿拍”。

其实，无论是“充电宝”还是“小型反应堆”，甚至是“玲龙一号”这个名字，都在向外界透露出它“小巧玲珑”的特点。科学界对于核能反应堆的分类五花八门，按其所使用的冷却剂材料，可以分为水冷堆、气冷堆、液态金属冷却堆。按所使用的按慢化剂材料，可分为石墨堆、轻水堆、重水堆、铍慢化堆等。而按照功率分类，电功率30万千瓦以下的核反应堆被称为小型反应堆。

“玲龙一号”的电功率大约只有12.5万千瓦，计划年发电量在10亿千瓦时左右。因此，按国际原子能机构认定“玲龙一号”是一个小型反应堆。

 与“华龙一号”对比图

它不但功率低，个头也很小。“玲龙一号”的安全壳直径仅30米，高不过39米。而它的亲兄弟，我国自主研发的第三代百万千瓦级压水堆核电技术“华龙一号”的安全壳直径约53米，高度在74米左右。显而易见，“玲龙一号”比我们想象中的核电站要小很多。

小巧玲珑

虽然体积变小很多，但“玲龙一号”并非将大型核电小型化那么简单。据了解，它实际上是一个涉及多需求、多目标、多技术耦合的新堆型。

那么，核电站是如何发电的呢？简单地说就是加热水产生蒸汽，推到汽轮发电机发电。整个过程大致分为三步，首先核裂变反应产生的巨大热量将水加热到327°。第二步在主泵的推到下，这些高温高压的水到“蒸汽发生器”中将里面的水加热成水蒸气。最后，在冷凝器中水蒸气冷凝成水，将热量带出。

由此可见，“蒸汽发生器”是核电站里的一个重要设备。科学家们也称它为“核电之肺”。通常大型反应堆的蒸汽发生器，高度一般都会超过20米。而“玲龙一号”本身设计体积就需要小，所以它的蒸汽发生器高度仅仅只有约2米。在经过无数次的攻关、试验甚至是失败之后，“玲龙一号”的蒸汽发生器才最终研制成功，具有体积小、重量轻、结构紧凑、耐腐蚀性好、传热效率高等优势。

“玲龙一号”压力容器

作为核电站核心设备之一的反应堆压力容器，是唯一一个不能更换的设备，大致相当于核电站的“心脏”。“玲龙一号”的心脏不但小，并且按照采用模块化设计的要求还需要更为“兼容”。在经过我国科学家们反复分解、论证以及攻关后，最终它的反应堆压力容器除了具备常规反应堆压力容器的功能外，还具有支承主泵、包容蒸汽发生器、消除主管道、堆内分流等额外的功能作用。

按照“玲龙一号”总设计师宋丹戎的说法就是，“大堆可以看作是一个家用的台式电脑，包括显示器、主机、键盘等。小堆可以把它当作一个笔记本电脑，它的显示器、主机、键盘等都集中到一起。”

众所周知，核电站的安全问题一直都是人们关注的重点。“玲龙一号”从里到外共有燃料芯块、燃料包壳、压力容器和安全壳4道安全屏障。只要它们其中一道屏障保持完整，就不存在发生放射性物质外泄的可能。同时，“玲龙一号”还采用了数道完全非能动安全系统，来确保核电站的安全万无一失。

所谓“完全非能动安全系统”就是指完全不依赖外来的触发和动力源，而靠自然对流、重力、蓄压势等自然本性来实现安全功能的系统。简单地说，在“玲龙一号”上方设计有一个储存水的容器，需要导出反应堆里面的余热时，即便没有电力，也能依靠水的自身重力进入到里面把热量带出来。这还仅仅只是“玲龙一号”完全非能动安全系统中最简单的一道。

应用前景

著名科幻电影《钢铁侠》中，主角钢铁侠依靠胸口上的方舟反应堆为他的战甲提供动力。茶杯大小，型如甜甜圈的核反应堆，目前在不但工程上没法实现，就算理论上也没有实现。但是，钢铁侠却让我们打开了使用小型核反应堆的思路。

“玲龙一号”压力容器运输

虽然“玲龙一号”的年发电量大致能满足52万余户家庭的使用，但与“华龙一号”一台机组一年能就能发电100亿度来说，只能用望其项背来形容了。但是，“玲龙一号”的主要优势在于它的体积小、价格低、工期短，以及可批量生产等方面。

我国海域辽阔，总共有7600个大小岛屿，其中有人居住的约450个。距离陆地较远，面积又不大但位置却很重要的有人居住岛屿，目前一般只能通过风能、太阳能和海洋能来发电。但来自大自然的能源并不稳定，很难满足岛上人们生产、生活的需要。倘若能在某个类似岛屿上建一座“玲龙一号”，它的发电能力不但能够满足岛上居民的需要，多出来的电能还可用来进行海水淡化，进一步满足人们生存的需求。

在孤悬海外的岛屿上使用“玲龙一号”仅仅只是它的应用方向之一。按照我国科学家的设想，它还能应用到城市供热、工业供汽、石油开采、偏远地区及孤网热电联供、燃煤热电机组替代等诸多方面。

“玲龙一号”模型

“玲龙一号”预计于2026年上半年并网发电，它必将为我国核动力设备自主化的蓝图再添一抹亮丽色彩。