10点46分，全球首个陆上商用模块化小堆玲龙一号反应堆核心模块完成吊装，董元元

2023年8月10日凌晨，在风光旖旎的北部湾东岸海南核电现场，各方人员、车辆在紧张、有序的忙碌着。

“准备就绪，开始吊装！”

凌晨4点58分，随着一声令下，全球首个陆上商用模块化小堆玲龙一号反应堆核心模块被高高吊起，向着核岛方向移动。这是玲龙一号核岛设备安装关键路径上的第一个里程碑节点，标志着全球核能机组模块化制造迈出了从传统到革新的历史性一步。

玲龙一号反应堆核心模块由压力容器和蒸汽发生器两个关键主设备组合而成。“与华龙一号反应堆的分散布置相比，玲龙一号最突出的特征就是反应堆一体化设计、模块化建造，这次核心模块吊装就是最好的诠释。” 中核集团玲龙一号总设计师宋丹戎介绍说，玲龙一号蒸汽发生器是内置在反应堆压力容器里的，吊装前，蒸汽发生器就已经在工厂与反应堆压力容器完成了组焊。“相当于把核电站的‘肺’和‘心脏’集成在一起，这样既取消了主管道，提高了核电站安全性和可靠性，又极大地缩短了工期，提高了经济性。”

inkMacSystemFont, "Helvetica Neue", "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif; font-size: 17px; letter-spacing: 0.544px; text-align: justify; background-color: rgb(255, 255, 255);">此后，堆内构件、主泵等关键设备也将陆续到场安装，距离揭开玲龙一号“神秘面纱”，我们又更近了一步。

与玲龙一号的“初遇”

“我们应该想一想，核能除了发电以外，还能干什么？”2003年，中国核动力研究设计院就开始了核能综合利用的探索研究，以海水淡化、核能供热等需求为目标，完成了概念方案和安全性及经济性评估。

小堆逐渐“浮出水面”。

小堆究竟是什么？

国际原子能机构认定——电功率30万千瓦以下的核反应堆。

“大堆我们可以把它看作一个家用的台式电脑，包括了显示器、主机、键盘等等，小堆我们可以把它当作家里面的一个笔记本电脑，它的显示器、主机、键盘等都集中到一起了。”宋丹戎给出了更通俗的解释。

早在上世纪七八十年代，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，竞相加入到模块化小堆研发的行列。

“除了核能发电之外，小堆在非电领域，包括工业工艺蒸汽、区域供热、海水淡化等的应用也有广阔的市场需求。此外，还可以应用于广大内陆地区、海岛、海上油气钻井平台的供电、供汽、供热。” 宋丹戎一语道破了小堆备受追捧的原因。

“国外都在做，我们也不能落后。”宋丹戎说，抱着“人无我有，人有我优”的心态，核动力院踏上了小堆技术攻关之路。

2009年8 月，小堆技术研究进入了核动力院核电科研“十二五”规划项目清单。

2010年6月，中核集团将多用途小型堆技术研发列为集团公司重点科技专项。同年，中海油和中核集团签订战略合作协议，明确将小堆合作写进协议中，为海上石油开采、供电、供汽及海水淡化提供能源需求开拓了又一新领域。

2011年，中核集团模块化小堆的研发正式启动。项目代号ACP100，别称玲龙一号，它与大家熟知的华龙一号是“亲兄弟”。

2012年，完成玲龙一号技术设计；

2014年12月，完成玲龙一号标准设计；

2016年，玲龙一号通过国际原子能机构安全审查，成为全球首个通过IAEA安全审查的小型压水堆技术。

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，至此，该项目成为全球首个开工的陆上商用模块化小堆，标志着我国在模块化小型堆技术上走在了世界前列。

在突围中寻求突破

据国际原子能机构数据统计，目前，全球已有80多种小堆设计方案，但是真正落地的并不多，玲龙一号便是其中之一。

“在‘鱼龙混杂’的小堆设计方案中，我们坚定做玲龙一号，是经过长时间的思考、论证的。”玲龙一号副总设计师秦忠说，玲龙一号区别于其他小堆的关键一点就是真正的实现模块化制造。

为什么一定要做模块化制造？它真的有那么重要吗？

秦忠给出了非常肯定的回答——只有真正实现模块化，才能实现工厂批量制造，在提高质量的同时，降低造价，提高经济性。

“比如电视、冰箱等家电产品，都是在工厂生产线完成各个模块的组装，顾客买回家插上电就可以直接用，这样的流水线生产，既保证了产品质量，又降低了成本。” 秦忠打了一个形象的比喻，玲龙一号也可以看作是一个家电产品，通过模块化设计、制造、运输和快速安装，实现“即插即用”，这将是小型堆未来的发展方向。

在众多小堆方案中，玲龙一号成功突围，成为全球首个开工建造的陆上商用模块化小堆，过程中的艰难是可想而知的。

“玲龙一号研发让核能开发进入‘无人区’，需要涉险滩，过激流。”秦忠说，玲龙一号是完全的“正向设计”，也就是从零开始的全新设计，在没有任何参考的基础上，朝着既定目标，通过技术创新去完成设计，最终还要通过核安全部门的审查。“玲龙一号没有可以参考的方案，每一个参数、方案都得来不易，都需要无数次的分析、论证、试验，反复迭代。”秦忠说，从2010年立项开始，从最初的设计方案到示范工程方案，发生了非常大的变化，设计过程中历经反复打磨和优化，才有了今天的玲龙一号。

玲龙一号作为“全能选手”，在供电的同时还可满足海水淡化、区域供暖、工业供热等多种用途。一直以来，多功能模块化小型核反应堆被国内外核电领域专家给予高度评价，甚至被称为“核能工业的转折点”，将“开创核能多用途发展新时代”。随着偏远山区供电、城市冬季集中供热、工业园区供汽、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，以及国家为实现“美丽中国”、构建绿色能源体系的强烈需求，玲龙一号多方面的综合优势十分显著。

“目前，在国际上，大堆的‘玩家’很少，小堆却有很多‘粉丝’。”秦忠说，因其“多、快、好、省”的特点，玲龙一号在广大中小国家有很好的市场前景。

“摸着石头过河”

一排排高大的厂房、高耸的散热塔……这是大家对核电站的固有印象。不管是法国的M310和EPR、美国的AP1000，还是我国自主三代核电华龙一号，全世界在建及运行中的百万千瓦级压水堆核电反应堆，个个都是庞然大物。以目前最大的华龙一号反应堆压力容器为例，其总高超过4 层楼，重量相当于3头成年鲸鱼，再算上反应堆压力容器外面布置的蒸汽发生器、冷却剂主泵、稳压器等主设备，整个反应堆一回路的直径接近60米，比两个篮球场加起来还要大。

“玲龙一号虽然是一个小型堆，但这并不是单纯的把大型核电小型化。” 宋丹戎说，玲龙一号是一个涉及多需求多目标多技术耦合的新堆型，没有现成的堆型可以作为参考。设计过程中遇到的最大的问题是以往可以直接用的一些大型压水堆技术理论，包括数据等，对于它都不适用，必须从头开始。玲龙一号作为目前全球唯一通过国际原子能机构官方审查的三代核能小堆，此前没有经验可循，边实践、边总结、边调整，成为了建设者们的“必修课”。“我们开始小堆研发的时间跟国际基本同步，有些研发甚至更靠前，因此，我们也没有可以借鉴的成熟经验，只能摸着石头过河。” 宋丹戎说。

小堆最大的特点就是“小”。而在对这个“小”字的诠释上，反应堆压力容器表现的尤为明显。

反应堆压力容器是核电站核心设备之一，也是反应堆中唯一不可更换的主设备，被喻为核电站的“心脏”，对核电站安全、稳定运行有着至关重要的作用。

为了满足小堆多功能集成化的设计需求，小堆压力容器采用了一体化设计。“相对于大堆，小堆体积虽然变小了，但是它的功能反而增加了，设计非常复杂。”玲龙一号反应堆压力容器设计负责人董元元说，玲龙一号反应堆压力容器虽“小”，但其内部结构复杂。在常规反应堆压力容器的功能上，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。“感觉像做反应堆压力容器的‘套娃’。” 董元元说，反应堆压力容器的功能更多，技术要求就越复杂。

为了将小堆的理想优势变为美好现实，反应堆压力容器的结构需要彻头彻尾的改变。针对如何与主泵直接连接，并形成进出口回路的结构设计要求，团队反复研究，提出了6 种设计方案，考虑结构设计规范、制造可行性要求和在役检查要求等，对每一种方案进行分解、论证，对每一种方案进行三维建模分析，最终对结构设计方案进行了固化。

针对如何在反应堆压力容器里内置蒸汽发生器，团队反复研究规范要求，大胆地提出新型结构，并通过三维数值分析计算，对结构的受力进行评价，获得满足功能要求、符合规范要求的新型设计结构。

“‘纸上得来终觉浅’，小堆压力容器属于全新的设备，对整个方案来说，关键设计的固化都需要试验数据来支撑。” 董元元说，为了保证设计结果能切实可行的满足我国工业制造水平，针对进出口回路等特殊结构，必须充分验证其实际的制造可行性。基于此，设计团队联合制造厂，进行了进出口回路等特殊结构的制造可行性验证。完全按照产品的制造要求进行1:1 模拟体的研制，从材料的选择、焊材的选择、焊接工艺的选择、焊接工艺评定的要求、产品焊接的要求、无损检验和机械加工要求等方面，对该结构的制造可行性进行验证。

“这个过程既漫长又复杂。”谈起反应堆压力容器的创新难度，董元元非常感慨。对清华毕业的董元元来说，可能从来没有想到过自己是一个那么会“吵架”的人。“在制造关键节点，需要其他专业提供设计参数，但是当时他们科研还没有做完，没有办法提供，节点要求严格，刻不容缓，压力很大、很焦虑，实在忍不住了，就跑去找他们吵架。” 董元元笑着说，作为反应堆压力容器设计负责人对整个项目研制进度负有责任，“我长这么大，第一次跟别人吵那么多架。”最终，通过“五方协调”，问题得到了解决。

时间不会辜负奋斗者的每一滴汗水。今天，玲龙一号反应堆压力容器正式吊装，为我国核动力设备自主化的蓝图里，再添了一抹亮丽色彩。

有“核电之肺”之称的蒸汽发生器，设计、制造过程同样充满艰辛。

大堆蒸汽发生器体积尺寸较大，高度约21m；而小堆蒸汽发生器体积尺寸较小，高度仅仅约2m。“大堆的蒸汽发生器技术肯定不能拿到小堆上直接用，它们虽然都是蒸汽发生器，但是其实是两种不同的技术路线。小堆的蒸汽发生器具有体积小，重量轻，结构紧凑，耐腐蚀性好，传热效率高等优势。”玲龙一号蒸汽发生器设计负责人刘威说，针对一体化布置的特点，团队开展了蒸汽发生器紧凑结构设计。为了避免引入过大的附加载荷，选用与大堆不同的新型材质作为蒸汽发生器主要材料，并通过采用巧妙的双层套管结构，实现双面传热，增加单位空间内布置的传热面积。“每一个设计都要经过无数次反复论证，才能得出最优‘答案’。” 刘威说。

2021年2月，蒸汽发生器一次侧水压试验现场被阴霾笼罩——“试验失败了”，接到电话的一瞬间，玲龙一号蒸汽发生器项目课题负责人黄卫东想的是“完了，我们的节点保不住了。”

“当时特别沮丧，感觉要捅破天了。”黄卫东说，蒸汽发生器一次侧是一回路承压边界主要组成部分，其制造质量对核电站的安全和稳定运行至关重要，而一次侧水压试验是检验其整体强度、密封性和制造质量的重要试验，也是制造中的关键节点。“如果这个节点保不住，对蒸汽发生器的研制进度有非常大的影响，最终也会影响玲龙一号的建设进度。”黄卫东说，冷静下来后，迅速组织团队找原因，最终只花了4个月时间就解决了问题，保证了任务节点。

在整个蒸汽发生器研制过程中，类似一次侧水压试验失败的案例还有很多。“玲龙一号的蒸汽发生器结构形式和制造技术与大堆的饱和式蒸汽发生器完全不同。零件种类多、零件数量多、焊接结构多、焊缝数量多、检验项目多、检验指标高，制造难度极大。”黄卫东说，针对一系列难点，团队开展了特种零件近净成型、精密加工、精密焊接、特种结构无损检测等多种工艺方法的研究，经过长时间攻关，最终掌握了以小径厚壁管焊接、密排管板焊接、多构件精密装配为代表的全套制造工艺。

2022年9月，玲龙一号首堆蒸汽发生器顺利通过出厂验收。“十多年的科研攻关，终于开花结果了。”黄卫东感慨的说。

在玲龙一号的研发之路上，核动力院不惧“风高浪急”“险滩暗礁”，敢于创新，锐意进取，不断跨越新的“雪山”“草地”，在各种可以预见和难以预见的“狂风暴雨”“惊涛骇浪”中增强科研硬实力，在一次次紧凑攻坚、一次次创新突破中锻造发展竞争力，为核电强国建设奠定了坚实基础。

逐梦前行，光就在前方

每一次颠覆式创新的背后，都是一场“慢跑”，沿途没有鲜花、掌声、光环，往往需要经过一代人甚至几代人的持续努力，默默前行。

对核动力人来说，小堆不仅是一场“慢跑”，更是一个“浪漫的梦”。这个梦色彩斑斓、光彩夺目，这个梦指引着这群人一路前行。

“很久以前，小堆就被认为是‘未来的核选择’。”宋丹戎说，一直以来，小型核反应堆都被国内外核电领域的专家给予了很高的评价，特别是福岛核事故后，小堆因其更具灵活性和安全性，开始受到了热捧。

“小堆让核能有了更多选择。” 宋丹戎说，作为清洁能源，核能发电具有安全友好、绿色低碳、经济高效等多重优势。

玲龙一号发电功率12.5万千瓦，建成后年发电量可达10亿千瓦时，满足52.6万户家庭生活所需，一户按三口人算，100多万人可以用；

如果是热电联供，就是4亿度左右的电，相当于每年供热量600万吉焦；

如果做海水淡化，就是发电和海水淡化联合，每天就是75兆瓦的电功率，可以每天产48000吨的蒸馏水。

此外，玲龙一号的推广应用可以大大减少我国化石能源的消耗、促进节能减排。同时，每台玲龙一号机组每年发电相当于减少二氧化碳排放88万吨，相当于植树造林750万棵。面向我国“2030年要碳达峰，2060年实现碳中和”目标，安全积极有序的批量发展核电，可以连续、稳定地承担碳达峰、碳中和任务，助力我国深入推进能源转型，优化能源结构。

从2003年到2023年，20年，核动力人靠着“不飞则已，一飞冲天，不鸣则已，一鸣惊人”的定力，逐梦前行，我们相信，“大鹏一日同风起，扶摇直上九万里”的壮观，未来可期！