小型核堆“玲龙一号”问世,被国外重点关注,会是核航母心脏吗?

振豪看国际 2023-05-19 02:00:00

自打福建舰官宣下水后,网友们对国产核动力航母越来越期待。而对于核动力航母而言,制造难点就在于心脏:小型核反应堆。

玲龙一号,全球首个陆上商用模块化小堆,是由我国自主研制的小型核反应堆。

网上有很多人把它和核动力航母联系到一起,甚至有不少人认为它可以用作核动力航母的心脏,甚至拿“玲龙一号”发电功率大于尼米兹级航母的小型核反应堆发电功率,来说明玲龙一号可以作为核动力航母心脏,然而事实真的如此吗?

还真不是!

我发现很多博主们在科普玲龙一号的时候,会犯两个错误:

1:把玲龙一号写成玲珑一号,实际上官方表述都是使用“玲龙一号”。

2:错把玲龙一号当成核动力航母的“心脏”,但稍微分析一下就会发现不是。

民用的小型核反应堆和军用的小型核反应堆还是有很大区别的。我们可以把玲龙一号和美国尼米兹级航母的心脏的参数做一个简单的对比。

玲龙一号总功率是38.5万千瓦,全部输出功率都用来发电,发电功率12.5万千瓦;尼米兹级航母采用的是:A4W反应堆,单台功率是55万千瓦,其中推动航母前进的轴功率达到了9.7万千瓦,用来发电的峰值功率是3.2万千瓦。由于使用了2台A4W反应堆,所以总功率达到了110万千瓦,总轴功率达到了19.4万千瓦,峰值发电功率达到了6.4万千瓦。

总结下来,我们不难发现,玲龙一号输出的功率都是用来发电的,而尼米兹级航母除了发电,更多的是要用来驱动航母前进,所以仅仅比较两者发电大小,其实没有多少意义。

仅从总功率来看,尼米兹级航母的A4W反应堆(55万千瓦)也要比玲龙一号(38.5万千瓦)高出一些。除此之外,玲龙一号属于陆上商用模块化小堆,而非海上军用核反应堆,民用和军用还是有本质区别的。

其中,两者使用的核燃料丰度是完全不一样的。玲龙一号反应堆核燃料丰度只有3-5%,而军用核反应堆的核燃料丰度要远远高于这个数值。就拿尼米兹级航母的A4W反应堆来说,核燃料丰度为40%;而美国福特级航母使用的是A1B反应堆,它的核燃料丰度达到了97.3%。这也意味着民用和军用核反应堆的材料是有所区别的,因为两者考虑的要素不同,民用更追求极致性价比,经济性尤为重要,而对于军用核反应堆来说,成本并不是第一考量的要素,更侧重于性能。

那么很多人可能就有疑问了,那几个玲龙一号拼合到一起,一起给航母驱动不就行了吗?

甚至会有人想到,我国早就在上世纪80年代前后,自主研发了核潜艇,是不是也可以把核潜艇的“心脏”用到航母上?

前面也提到玲龙一号相对于一般核动力航母的“心脏”输出功率要小很多,核潜艇的排水量要比核动力航母小得多,我国094型战略核潜艇的排水量在1万吨左右,而核动力航母排水量是要超过10万吨的。因此,其实核潜艇的“心脏”并不能直接用到核动力航母上的。

所以,这两个问题的本质其实是一样的,都是用一个“小一点的心脏”去驱动超大的核动力航母,也就是小马拉大车,肯定是拉不动的。有一个现成的案例,全球现在除了美国之外,就只有法国拥有核动力航母,这就是:戴高乐号航空母舰。

它的“心脏”用的是与法国凯旋级弹道导弹核潜艇一样的K-15核反应堆。戴高乐号航母排水量仅为4万吨,同时用了2台K-15核反应堆,但只能输出76200轴马力,这动力根本不够用,所以理论上戴高乐号航母最快速度为27节。但事实上,它从来没跑到过这个速度。

而我们要知道的是,一般航母的最快速度都在30节以上。因此,一直以来,戴高乐号航母都被人所诟病。

所以,看明白了把?用民用的小型核反应堆和核潜艇的核反应堆都是不可行的。如果要研发核动力航母就需要研发专为航母设计的“心脏”。玲龙一号的代号是:ACP100,而中核集团申报了“代号为:ACP100S”的海上浮动核电站纳入能源创新“十三五”规划。相信这款“ACP100S”海上浮动核电站的研发对于我国研制新一代核动力航母“心脏”有巨大的助力。

那可能很多人就要问了,既然“玲龙一号”无法作为核动力航母的“心脏”,那它又有什么重大意义呢?

2014年5月28日,中核集团新能源有限公司总经理钱天林应邀参加了在国际小堆论坛,并在进行了大会发言:

以往带着ACP100,参加过国际会议、论坛和展览,但作为大会发言,正式推介我们的ACP100还是第一次。

当钱天林谈起这次参与国际小堆论坛的感受时,他说:

发言之前,没有人知道我,也没有人知道我会带来什么,自然都没人搭理我。可是当我上台介绍完我们的ACP100,在茶歇的时候,许多人都涌来了,递上名片,希望有进一步合作的机会。

从无人知晓,到主动递名片,玲龙一号正如当年的华龙一号那样,让中国核电技术又一次向前迈进。不过,要细聊这个“玲龙一号”,我们就不得不从核电行业说起。

任何一个核电站事故,都是所有核电站的事故。

这是核电站行业里的一句名言。无论是切尔诺贝利核电事故,还是福岛核泄漏事故,都给当时的核电行业带来了毁灭性的打击。最早发展核电的德国,做出了最终全面放弃核电的决定,不少国家至今依然选择削减核能。

核电站泄露导致的事故,往往波及面很广,导致当地居民不得不搬离,而日本福岛核泄漏事故,甚至产生了大量的核废水,处理这些核废水又是一个棘手的问题。

对于传统核电行业来说,除了核泄漏的风险之外,还有2个难题:

核废料的处理问题;选址问题。

对于核废料的处理,现在来看,最为稳妥办法就是装到罐子里, 然后埋在地下或者深海当中。这看起来好像很安全,但实际上并非如此,如果发生地质灾害,就有核泄漏的风险。

除此之外,由于核电都需要水来降温冷却,所以一般会把核电站建设到江河湖海边,比如:广东大亚湾、浙江秦山等,这就导致内陆周边没有没有湖、河的地区无法建设核电站。

基于核电发展出现的瓶颈,2000年,美国拉着十几个国家一起开了一个关于未来核电技术的会议。在这次会上,确定了6个未来新型核反应堆的技术发展路线,分别是:

超高温气冷堆超临界压水堆熔盐堆气冷快堆铅冷快堆钠冷快堆

这些技术路线从本质上都是在致力于解决核泄漏隐患的难题,以及选址难的问题。其中,核泄漏隐患的问题,如果放眼过去的核泄漏事件。有一类是很难防范的,这就是地质灾害导致的核泄漏,就拿日本的福岛核事故来说,2011年3月11日,当时日本东北太平洋地区发生了里氏9.0级地震,产生了海啸。地震和海啸使得福岛核电站的核电设备、应急柴油发电机、直流供电系统等设备接连遭受破坏。虽然机械设备都停了,但核反应过程不是说停就能停的,核反应堆会持续发热,这些热没有即使散出去,核燃料的锆金属包壳会和海啸引入的水发生反应产生氢气,这就会引发爆炸,进而造成了核泄漏。

当然,在整个核电站事故中,除了这些原因,也和很多日本相关工作人员的操作失误有关,一起酿成的悲剧。但是,核事故发生后,如何能在不依赖外部干预的情况下,让反应堆能通过合理的设计和机制,自我控制核泄漏,是这次会议讨论的关键,而这6条技术路线就是运用了这个思路。

我国现在其实已经成功实现了2个技术路线,分别是:

甘肃武威的钍基熔盐反应堆(全球首座)山东荣成的华能石岛湾高温气冷堆核电站

其中,2021年12月,华能石岛湾高温气冷堆核电站成功并网发电,它的设计就很特别,不是那种很大的反应堆,而是把以前那种大反应堆,拆成了10个相互独立的小反应堆。万一发生意外,由于功率密度仅有大堆的1/30,所以核反应堆的余热就不易堆积,这就能更安全的散出去。

不仅如此,核燃料还会用四层陶瓷材料包裹起来,形成一个陶瓷球。当发生意外时,由于石墨和陶瓷都具有耐高温的特性,熔点都在3000℃以上,核燃料大量的余热都会被锁在陶瓷球当中,这就解决了核泄漏的安全隐患。

玲龙一号,其实也是小堆,高有14米、长宽不超过10米,是目前世界上体积最小的反应堆。我国的“华龙一号”核反应堆,是三代大型核反应堆,发电功率可以达到惊人的120万千瓦。而玲龙一号,发电功率为发电功率12.5万千瓦,差不多只有“华龙一号”的十分之一。同时,玲龙一号的最大特点是:

一体化设计模块化建造完全非能动的安全系统

一体化设计和模块化建造指的是,反应堆整体就是一个模块,蒸汽发生器、反应堆、主泵、主管道等集合为一体,它会在工厂里就安装好,然后被运到现场直接就可以进行安装调试了,而不是像传统核电那样,在现场施工,安装,调试,这可以大大缩减施工的时间,缩短建造工期,同时工厂可以批量化生产。

至于“完全非能动的安全系统”,说白了就是在发生意外后,玲龙一号可以自动停止,不需要外界的干预,仅仅利用自然效应,就可以确保不会发生核泄漏。当然,这里最核心的原因是玲龙一号所需要的疏散半径仅有300米,而其自身的厂区就有300米,所以发生意外时,不需要疏散,波及到的范围都在厂区内。

你要知道,日本福岛事件的疏散半径达到了20公里,这足以见得玲龙一号的技术优势。2016年4月,玲龙一号成为全球首个通过国际原子能机构通用安全审查的小堆技术。因此,钱天林说:

这就意味着它可以大大简化应急计划,让‘贴近城市、靠近用户’成为可能。在国内市场,中核集团已与福建、浙江、江西、湖南、黑龙江吉林签署开发协议。

玲龙一号,虽然发电量不如大型核反应堆堆,但其实也不少了,它可以广泛用于城市采暖供热、工业供汽、核能海水淡化、热电汽三联产等应用场景。一台“玲龙一号”,可以为500万平方米的建筑面积、10万人供暖。一年的发电量也达到了10亿度。

未来,玲龙一号甚至可能出海,加拿大、中东等多个市场目标国家都十分看好玲龙一号,也被美俄法等核能大国看成是未来的合作伙伴和竞争对手。

根据中核集团公布的消息,2021年7月13日,“玲龙一号”核岛安装工程已经正式开工,计划总工期为58个月。

也就是说,到了2026年,全球首座“玲龙一号”将建成,这可以说是我国核电史上的一次重大突破。

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