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在發展清潔能源已經成為時代主題的今天，除了大型核電站成為世界上不少國家追捧的對象以外,對于小型反應堆的開發利用也日漸成為國際市場上一道亮麗的風景線。

按國際原子能機構（IAEA）定義，小型堆是指電功率在30萬千瓦以下，采用模塊式設計、單堆功率較小的一體化反應堆。同時，它還具有多項功能。“小堆不僅僅可用于發電，還可以綜合利用，如供暖、海水淡化、制冷、工業用熱、為海上平臺提供能源、為破冰船提供動力。”中國核電工程有限公司小堆ACP100項目設計經理李云屹介紹說：“它既可以作為大電站的補充——建造于遠離主電網的偏遠地區，又可以滿足特殊市場及特殊用戶需求。”

小堆的多元化用途，讓世界各國看到了“開創核能利用新時代”的美好前景，美、韓、俄、阿根廷等國都在投入大量人力物力，積極開展小堆的研發、推廣、建設，以搶占市場和科技制高點，占據先發的主動權。

而在這條賽道上，由中國核電工程公司設計總承包、中國核動力研究設計院負責科研的中核集團多用途小型模塊式反應堆ACP100項目正開足馬力、加速前行。“ACP100的標準設計報告已于去年年底完成，今年下半年，我們將針對備選廠址做工程初步設計。”中核集團ACP100科研專項總設計師宋丹戎介紹說：“在國際上，我們研發的進度可以說是領先的。”的確，放眼國外，韓國雖已完成標準設計，并獲得標準設計合格證，但僅止于此，尚無廠址供其開展工程設計。美國盡管積極推動小堆研發，但目前還處于概念設計階段。

領先的進度為中核集團未來搶灘小堆市場打下了良好的基礎。而這一成績的取得正是源于早先中核集團對于小堆價值的敏銳把握： 2010年6月，多用途模塊式小型堆ACP100被設立為中核集團重點科技專項。隨后，中國核動力院與中國核電工程公司成立研發團隊，并立刻投入到自主研發設計工作中。2010年底完成小堆ACP100頂層設計，2011年完成方案設計，2012年底完成標準化設計。這看似驚人速度的背后并非 “弱化了技術追求”，恰恰相反，“在依托20多年關鍵技術研究的基礎上，每一個設計環節都是精益求精。”中核集團核動力事業部副主任、ACP100科技創新示范工程項目總指揮程慧平表示。

具有前瞻性的選擇

隨著西屋公司AP1000非能動安全系統的面世與推廣，“非能動”理念已深入貫徹到三代核電堆型設計中，同時也成為最先進安全系統的代名詞。ACP100同樣融入了這一設計理念。 “‘非能動’就是自然現象，如同水從高位自然流下來一樣，失效的概率很低，可以保證反應堆更加安全。” 宋丹戎介紹說。

事實上，“雖然ACP100項目 2010年才立為專項，但其技術研發已有20多年。”核動力院小堆專家羅樹新介紹說。成熟的技術基礎讓ACP100有著先天的優勢，進一步融入“非能動”理念，無疑又大大提升了ACP100的安全值。

前瞻性的選擇，讓非能動安全系統在2010年ACP100立項之初便納入其方案設計中，同時也成為ACP100科研團隊創新研發的亮點之一。在2011年發生在日本福島的核事故，究其原因就在于其反應堆依靠的外力——柴油機被洪水淹沒，無法發電，最終致使主泵不能為反應堆提供冷卻水而導致核泄漏。而非能動安全系統恰恰規避了這一風險，形成了反應堆不依賴外力——電源實現冷卻的功能。

當然， ACP100引入的非能動安全系統并非是簡單的“拿來主義”。 與大核電非能動安全系統相比，“它們只是物理原理一樣，其系統設計完全不同。” 宋丹戎表示。ACP100的特點之一是反應堆一體化布置，將堆內核心設備集成為一體，同時取消主管道。這與大電站結構截然不同。也因此，“我們要根據小堆自身的特點重新設計。” 宋丹戎說。

沒有可參考借鑒的實物，也沒有可請教的專家，ACP100研發團隊只能在摸索中前行。從確定系統方案、系統參數及容量，到關鍵閥門的設計及研制，再到每一根管道的長度及內徑大小，每一個設計環節研發人員都要反復測算，以確保萬無一失。

打造更牢固安全屏障

可以說，日本福島核事故的發生，催生了ACP100的布置方式。“縱觀以往的發展形態，對于小型堆的布置各國并不相同，比如美國是選擇將小堆埋于地下，而韓國的設計卻是將其布置在地面之上。” 宋丹戎介紹說。福島事故前，ACP100項目組對于布置方式還在多方考量之中。而后福島時代對于安全更加強化的要求，導致國內外壓水堆核電站設計的趨勢，是將核反應堆壓力容器安裝標高盡量降低。作為壓水堆型的ACP100 “選擇將其埋于地下更多地還是出于對安全的考慮。”李云屹說。

2012年1月， 經中核集團評審，最終確定了ACP100整個反應堆廠房全部降入廠平標高以下的方案。

這樣做的優點是：有利于取消廠外應急和防范飛機撞擊等外部事件；巖體可以作為額外的一層安全屏障，形成安全殼、核島廠房、巖體對反應堆的3層保護，更加安全。

可以說，福島核事故已經成為業界提升安全水平的殷鑒。“福島事故給我們上了一堂警示課，促使我們全面反思、鞏固ACP100的安全性能。” 宋丹戎說。事故發生后，研發人員有針對性地對ACP100進行了安全設計改進：增設廠房外備用安全水池，通過重力向安全殼水池和乏燃料水池補水；適當加大安全殼的自由容積，降低在極端情況下的安全殼壓力；增設安全殼向水池的泄壓排放接口等。

“這些改進結果并非一蹴而就。記不清我們與集團、核動力院專家、領導有過多少次方案討論。總之是討論修改計算，再討論再修改再計算——直到解除潛在安全風險。” 宋丹戎表示。“所做的這一切都是出于讓小堆ACP100更加安全。” 程慧平說。

克服困難不斷前行

今年5月，針對已提出項目建議的備選廠址，研發團隊完成了ACP100工程總體設計，并轉入工程初步設計階段。ACP100的開工建設已邁出了實質性的一步。

穩扎穩打的進展，讓ACP100研發團隊信心倍增的同時也感慨不已。可以說，“ ACP100是百分之一百的自主研發。” 羅樹新說。而“自主創新就意味著走上了一條前所未有的道路，在這里，隨時會遇到從未遇到的問題，而我們所要做的就是克服眼前的困難，不斷前行。” 宋丹戎說。

作為ACP100七大試驗之一，控制棒驅動線冷態試驗是驗證控制棒驅動機構等設備的重要試驗，通過測量控制棒落棒數據，為驅動線的定型、優化設計和安全評審提供試驗依據。

其實，對于核動力院而言，控制棒驅動線冷態試驗已經開展過多次試驗。但因反應堆結構不同， ACP100試驗件與其它電站有著很大不同，也正因此，試驗件的設計、制造、安裝要重新開始。這也相當于一次全新的挑戰。

挑戰之一是試驗件是歷次同類試驗中最長的一次。由于小堆采用了一體化設計，僅驅動桿就長達8米，整個試驗件更是長達14米。

挑戰之二是試驗件結構復雜。試驗所采用的反應堆內其中一組驅動線，包含了燃料組件、導向組件、驅動機構、控制棒組件等驅動線組成部件。而其加工精度和安裝要求與原型相同，模擬原型結構的同時還要考慮多個參數測量問題。

新型驅動線的設計、試驗件的設計和試驗方案設計幾乎同步進行。試驗相關人員在項目一開始就詳細了解試驗要求、驅動線各部件的結構和部件間的接口，以把試驗件設計和試驗方案設計結合起來。既要考慮測試手段的可行性，又要盡量不改變驅動線的結構及運行環境，還要考慮試驗現場的安裝條件。為確保設計切實可行，每一個測量方案的制定都經過歷史資料調研、課題組討論、廠家咨詢、與任務方交流評估、勘察現場等多個環節。

“控制棒驅動線冷態試驗要求2013年6月全部完成，否則會影響后續試驗進度。為了保證試驗進度要求，課題組人員從2012年10月到今年1月完全放棄了節假日，全力以赴進行試驗。”核動力院反應堆工程研究所流體力學研究室副主任蔣賢國說：“歷經幾個月的奮戰，最終，我們按進度完成了全部試驗內容。”

從某種程度上講，“小堆沒有內陸和沿海的限制，有其特有的發展前景。”中國工程院院士葉奇蓁表示。自身的優勢、穩步的推進和遠景的可期讓ACP100“開創核能多用途新時代”漸行漸近。但不容忽視的是， ACP100前行的道路上仍存在“障礙”：目前國內還沒有針對小堆的安全特點和應用條件而設置相關法規和安全評審標準。小堆能否盡快納入國家核能發展規劃，能否得到工程建設資金、銷售電價和稅收方面的支持，都有待國家的政策。無論如何，先行一步的ACP100項目已經做好了搶灘市場的準備。