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宋丹戎:小堆將成為中國核電的一張新名片

來源:科技日報 發布日期:2023-11-20

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受訪者供圖


>>> 人物檔案


宋丹戎,“玲龍一號”總設計師、中核集團及核動力院模塊化小型堆科研專項總設計師、中國核動力研究設計院設計總師,長期主持和從事反應堆低濃化、核能海水淡化堆、醫用同位素堆、模塊化多用途小型堆等的技術研究工作。


【總師對話】


◎實習記者 吳葉凡


碧海藍天輝映下,海南昌江核電基地有一種別樣的美。在這里,全球首個陸上商用模塊化小型壓水堆——“玲龍一號”的建設工作正熱火朝天地進行著。日前,“玲龍一號”反應堆核心模塊的吊裝工作已經完成,預計于2026年上半年并網發電。


“玲龍一號”是全球首個通過國際原子能機構通用安全審查的小型模塊化壓水反應堆。作為我國核電自主創新的重大成果,“玲龍一號”建成后,不僅將以穩定可靠的清潔能源助力海南“清潔能源島”建設和國家“雙碳”目標實現,更推動世界核能技術的發展。


近日,“玲龍一號”總設計師、中國核動力研究設計院設計總師宋丹戎接受科技日報記者采訪,講述中國核電人自主創新、勇攀高峰的創業歷程。


緊守核電安全“生命線”


記者:小型核反應堆(以下簡稱小堆)是指電功率30萬千瓦以下的核反應堆。在大型核電站發電功率已經可以達到百萬千瓦級的當下,為什么要把反應堆做???


宋丹戎:我們研發小堆并不是“為了科研而科研”,而是因為存在迫切的實際需求。


從歷史上看,早在上世紀七八十年代,由于國外一些大型核電站核事故的發生,國際原子能機構就開始倡導發展安全、可靠、經濟上可行和抗核擴散的中小型反應堆。此外,近年來,隨著核能應用場景不斷拓展,大型核電機組已經不能完全適應核能廣泛應用的需求,因此目前國內外都在開展小堆研發工作。


記者:由“大”變“小”的過程是否只是把大型反應堆(以下簡稱大堆)的各個組件縮???


宋丹戎:整個過程絕不是簡單地將大型核電小型化。對于核電站來說,最關鍵的組件就是反應堆和反應堆冷卻劑系統。傳統大堆的組件一般采用分散式的分布方式,但是“玲龍一號”則把關鍵組件集合在一起,形成了一體化、模塊化的反應堆模塊,這也是“玲龍一號”最突出的創新點。


記者:集成在一起后反應堆的體積就變小了。


宋丹戎:是的,一體化、模塊化的設計不僅使反應堆更緊湊、占地面積更小,而且還取消了傳統大堆中的主管道,從設計上就消除了主管道斷裂造成冷卻劑喪失事故的可能性,使反應堆更安全。


記者:安全性是設計中最重要的考量因素嗎?


宋丹戎:安全是核電行業的“生命線”,怎么重視都不為過。為了提升安全性,“玲龍一號”還采用了完全非能動的安全系統。當事故發生時,即使喪失廠外電和應急電源,反應堆也可以通過重力和自然循環等非能動方式,將堆芯熱量導出,實現長期冷卻,一改以往依賴水、電等外力來保障安全的傳統方式。


記者:有了多重“保險”,“玲龍一號”達到了什么樣的安全水準?


宋丹戎:“玲龍一號”的安全性處于三代核電先進水平。在設計過程中,我們邀請不同機構的專業人士反復對它進行安全實驗。安全分析結果表明,“玲龍一號”的堆芯損壞頻率(CDF)為10E-7量級。相當于一千個“玲龍一號”同時運行一萬年,才有較大可能發生一次堆芯損壞。


2016年,“玲龍一號”成為全球首個通過國際原子能機構通用安全審查的小型模塊化壓水反應堆。這意味著中國模塊式小型堆技術走在了世界前列,同時也從第三方角度驗證了“玲龍一號”的安全性。


記者:提高安全性為“玲龍一號”帶來了哪些應用優勢?


宋丹戎:以應急計劃區為例。應急計劃區是指在發生核事故后可采取隱蔽、服碘和撤離等應急響應行動的區域。一般大堆應急計劃區的半徑為5公里至10公里,“玲龍一號”的應急計劃區半徑從設計角度可以做到小于500米?;诖?,“玲龍一號”可以建造在離城市、人口密集區更近的地方,非常適合城市冬季集中供熱、工業園區集中供熱等場景。


從零開始創新設計


記者:模塊化小型堆是一個全新的概念,在全球都沒有先例的情況下進行探索,起初您和團隊有信心嗎?


宋丹戎:說實話,在研發之初,我們也沒有十足的把握。當時,在全球范圍內,還沒有任何成熟的三代核電小堆問世。國外主要的小型壓水堆研發國家,包括美國、俄羅斯、阿根廷、韓國、英國等,提出了各自小型壓水堆設計方案,但絕大部分都處于設計或評審階段,我們沒有任何成熟的經驗可以借鑒。


記者:這意味著研發工作要“摸著石頭過河”了。


宋丹戎:是的,我們不僅缺乏經驗,數據工作也要從零開始。以往設計大堆時,一般可以借鑒相關數據。


不過,小堆的尺寸、功率、布置都變了。比如,它的燃料組件相比大堆要短,短了以后燃料組件壓緊力是多少、變形量是多少,這些都得重新計算、從頭開始研究。


記者:從頭開始創新,一定非常艱難。


宋丹戎:沒錯,“從0到1”的原始創新是非常不容易的,每一個小小的突破、哪怕是一小步都十分艱難。有時,原本的設計驗證到一半,突然發現有問題,只能推倒重來。過去十幾年來,這樣的事情我們經歷了無數次。其間,我們組織開展了30多項實驗,研制了20多臺關鍵設備。


記者:在“玲龍一號”建設過程中,您對遇到的哪個困難印象最深?


宋丹戎:在研發初期,“玲龍一號”的選址地是蘭州。就在我們已經在蘭州選好廠址并開展了大量工作的時候,福島核事故發生了,核電科研也在一定程度上受到質疑。面對困難,團隊沒有動搖,我們對小堆很有信心。此后,我們重新在沿海地區選了廠址,繼續推進小堆的研發建設工作。


記者:更換廠址后,研發過程開展得順利嗎?


宋丹戎:應該說,研發過程就是問題“疊著”問題,創新就是積極地解決問題。2018年,我們又遇到了一個棘手的問題——“玲龍一號”的造價和用戶的期望存在一定差距,但民用項目要有生命力,就必須有一定的經濟性。這是我們后期遇到的重大挑戰。


記者:經濟性問題是如何解決的?


宋丹戎:當時相關科研工作已經進行了七八年,不能遇到問題就停下,這個決心我們還是有的。我們從設備、系統、電氣、土建等方面,進行了約18項的優化工作。最終,在不降低反應堆安全性的前提下,成功提升了“玲龍一號”的經濟性。


記者:現在“玲龍一號”經濟性怎樣?


宋丹戎:應該說,經濟實惠是“玲龍一號”的一大“賣點”。相比大堆,“玲龍一號”系統簡單、建造投資少,它應用的創新性模塊化設計,可以實現批量化的制造生產,大大縮短了建造周期。同時,“玲龍一號”能夠根據用戶負荷需求,靈活組合規模,滾動開發建設,有效降低了模塊式小堆的投資成本,確保了經濟效益。


記者:未來以“玲龍一號”為代表的小型反應堆在國際上的應用前景怎樣?


宋丹戎:由于大堆的一次性投資成本很高,許多發展中國家難以解決建設的一次性融資問題,再加上受地質、氣象、冷卻水源、運輸、電網容量等的限制,發展中國家對中小堆發電有現實需求。


目前,中東、東南亞的多個發展中國家對小堆都表現出濃厚的興趣。當前世界核電裝機容量的增長極在發展中國家與新興工業國家,它們也是未來國際核電技術推廣應用的主要市場。我相信“玲龍一號”將成為中國核電的一張新名片,為人類和平利用核能貢獻中國力量。


板凳甘坐十年冷


記者:相比其他行業,核電行業出成果比較慢,您和團隊是否為此困惑過?


宋丹戎:的確,要想在這個行業取得一些成績,需要下慢功夫。核燃料的研發、反應堆型的研發等,這些沒有十年八年是干不來的。在這個過程中,也有人耐不住寂寞,轉行去了更容易出成果的行業,但我們還是堅定信念:一定要把安全、清潔、可靠的小型反應堆做出來。這一直支撐著我們。


記者:雖然出成果慢,但不能浮躁。


宋丹戎:是的,這是客觀規律決定的,所以一定不能盲目圖快。核電領域涉及的專業非常多,有堆芯設計、反應堆結構設計、儀表和控制系統設計、安全分析、力學分析等。我們必須靜下心來,各個專業的科研人員明確自己的職責,踏踏實實做好各項工作,協調配合,這樣才能夠打造出硬“核”成果。


記者:如果不同專業的科研人員對于研發工作有不同看法,您怎么解決?


宋丹戎:舉例來說,在堆芯設計的過程中,儀控專業科研人員提出在反應堆壓力容器上要放置溫度傳感器,但從結構專業角度看,放傳感器開的洞會影響整個結構的完整性。遇到這類矛盾,總設計師就要扮演好掌舵人的角色,從總體上進行協調平衡,把控好研發設計方向。


記者:核電研發應用領域是否存在人才缺口?


宋丹戎:目前我們比較缺乏的是傳統工科專業的青年人才?,F在很多學生愿意去學計算機、人工智能,學傳統機械設計、自動化專業的人才反倒少了一些??蓪τ谝粋€核電站的建設來說,幾乎每個研發環節都需要傳統工科領域的人才。


記者:您認為中國核電人應具備怎樣的精神?


宋丹戎:核電是攸關國計民生的大工程,培養核電人才首先就是要筑牢理想信念、樹立正確的價值觀,讓青年人才立志于用所學所長服務國家和人民。


上世紀90年代,我曾去過法國,當時我們的核電技術是要向法國學習的。不過,2000年以后,隨著我們技術的不斷提高,法國反過來要向我們學習。從2002年我們自主設計的秦山二期核電站實現商運,到2021年自主設計的三代核電技術堆型“華龍一號”投入商運,我國自主核電技術實現了從無到有、由小到大、由弱至強的飛躍。而這一切都離不開中國核電人在艱難困苦中自主創新、勇攀高峰的精神。


記者:您覺得該如何吸引優秀的青年人投身核電應用、研究領域?


宋丹戎:我認為應該加強公眾核教育、核文化宣傳,提升公眾關于核事業發展對于國家、民族和自身的利益的認知,從而提高從事核電應用、研究領域人才的使命感、榮譽感。此外,還需要加強人才培養,通過企業和高等學校聯合培養核電人才,拓寬人才通道,另外還要建立科學合理的激勵制度。


記 者 手 記


宋丹戎是一位極其低調的總設計師,網上幾乎找不到他的資料。在為數不多的采訪中,他也都是在談技術、談研發。


在采訪宋丹戎的過程中,我常有一種錯覺——自己面對的不是“玲龍一號”的總設計師,而是一位循循善誘的師長。他總能夠抽絲剝繭,把復雜的核電站部件功能說得一清二楚,把高深的核動力技術原理講得通俗易懂。


“責任”是宋丹戎采訪中一再提及的關鍵詞。對于中國核電人來說,他們身上肩負著優化能源結構、發展清潔能源的責任,也肩負著保障能源供給安全、保障核電站運行安全的責任。


宋丹戎說,事業高于一切、責任重于一切。在他看來,核電人才應當具備堅定的理想信念,能夠繼承和發揚“兩彈一星”精神、“四個一切”核工業精神、新時代核工業精神,勇于開拓創新、矢志艱苦奮斗。




“玲龍一號”的建設工作正在如火如荼地進行,中國核電人也將砥礪奮進,續寫新的華章。


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