川观新闻记者 宁宁

夏天,当你在家吹着空调、吃着西瓜,享受来自大电网的电力时,或许会好奇:在远离陆地的偏远海岛,电从哪里来?

答案可能是一台核反应堆。更令人颠覆认知的是:这台反应堆的堆芯,可能比家里的冰箱还小,而且它与生俱来就具备极高的安全性,绝不可能发生熔毁。

这就是微堆。目前,美国、俄罗斯、中国等多国都在布局这一领域。在中国,总部位于四川的中国核动力研究设计院(以下简称“核动力院”)团队正加紧研发设计,计划未来将微堆率先应用于我国的海岛上。

微堆应用AI模拟图(核动力院供图)

体型小、续航强,安全性与生俱来

什么是微堆?

中国核动力研究设计院科研人员黄山介绍,核反应堆是分“段位”的:例如,以“华龙一号”为代表的大堆,电功率超1000兆瓦,占地达几平方公里,建设周期长达五六年;又如“玲龙一号”等小堆,电功率在100兆瓦左右,建设如同拼装乐高,一般三五年能建成;而微堆,电功率不超过10兆瓦,被形象地称作核能界的超级“充电宝”。

“但要注意,它并非简单地将大堆缩小,而是一种从设计之初就追求天生安全、极致小巧的全新核能装置。”黄山强调。

微堆的固有安全性,关键在于其燃料。它采用一种名为铀氢锆的特殊燃料,自带“刹车”功能——一旦温度升高,核反应会自动减弱,从根本上防止反应失控。

与传统反应堆多以水作为冷却剂不同,微堆使用的是液态铅铋合金。这种金属液体能在常压下工作,传热速度极快。“一旦意外接触空气或水等冷源,它会迅速冷却凝固,实现对放射性物质的包裹,避免二次污染。”黄山说,再加上铅本身就是屏蔽辐射的材料,用它作为冷却剂,安全性更是稳上加稳。

除了安全,微堆还十分“迷你”,堆芯大小与家里的冰箱相近,整个发电系统能够塞进两三个集装箱,无论是地上的卡车、天上的飞机,还是海里的轮船,都能轻松运输。而且,装一次燃料,就能连续供电5—10年,甚至更长时间无需换料。

在微堆研制方面,四川已走在前列。

在燃料方面,核动力院是全球除美国企业外,唯一掌握铀氢锆燃料设计、制造技术的单位,具备完整的研制及批量生产能力。

在反应堆技术方面,自2013年起,核动力院持续开展相关技术攻关,已完成体系化研发保障建设,解决了设计、材料、设备等关键问题,实现全面技术突破,并培育了相关设备产业生态链。

在团队看来,这些成果为微堆后续的工程化应用储备了充足的后劲。

微堆应用AI模拟图(核动力院供图)

应用场景广,专治“大电网够不着”

微堆主要用于哪些方面?答案是:专治各种“大电网够不着”的痛点。

目前,我国绝大部分岛礁依赖柴油发电,不仅成本高、不环保,遇到天气差,船只无法上岛时,还面临断电风险。

针对这些痛点,团队提出,将微堆与高性能水泥浮体相结合,为岛礁提供全新的能源解决方案。

具体来说,浮体式微堆可建在岛礁周边,不占用陆地面积。例如,针对一些海岛潜在用户,可配置一台2兆瓦级的铀氢锆铅铋微堆,通过模块化设计实现安装和维修,设计寿命达40年以上。

团队介绍,微堆产生的热能除了用于发电外,次高温还可以引入海水淡化处理设施,持续生产淡水,满足岛礁居民生活和生产用水的刚性需求。另外,最后的余热还能进行海产品养殖,形成海参、对虾、鲍鱼、石斑鱼等温水养殖基地。

微堆的应用场景远不止于海岛:偏远山村也可以摆脱又吵又贵还不环保的柴油发电机;在矿区、油田可就地供电,同时提供工业热能和蒸汽;假如遇到灾害导致电网瘫痪,微堆车可开进现场,即插即用。

但要实现大规模应用,经济性是绕不开的话题,这也是微型核反应堆普遍面临的挑战。

“相比其他燃料,铀氢锆燃料本身有一定经济优势,在同样的功率等级下,其铀装量可以节省1/4—1/3,燃料成本可节省上亿元。同时,在保证安全的前提下,尽量采用极简化、模块化设计,尽可能提高经济性。”黄山表示,团队还在探索通过多场景搭配储能、与其他新能源结合等方式,进一步提升微堆的综合经济效益。

令人期待的是,在不久的将来,这种“四川造”微堆或将被推广到更多岛礁,为它们提供电力、淡水、水产养殖热源,带来一套全新的清洁能源解决方案。