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“玲龙一号”全球首堆冷试成功,能否用在中国核动力航母?

10月16日,全球首个陆上商用模块式小型堆——中核集团海南昌江多用途模块式小型堆科技示范工程“玲龙一号”一回路冷态功能试

10月16日,全球首个陆上商用模块式小型堆——中核集团海南昌江多用途模块式小型堆科技示范工程“玲龙一号”一回路冷态功能试验圆满成功。

据了解,“玲龙一号”于2021年7月13日在海南核电开工建设。建成投运后,预计每年发电量可达10亿度,可满足海南52.6万户家庭用电需求,每年可减少二氧化碳排放量约88万吨,相当于一年植树750万棵。

总体来说:“玲龙一号”本身不能直接、原样地用于核动力航母,但其成功背后所代表的技术突破、设计理念和工程经验,对中国发展核动力航母(尤其是电磁弹射型)具有极其重大和积极的支撑意义。

福特级有多大吨位?11万吨,总功率700兆瓦,能跑到30节。

比如中国最先进的小型压水堆玲龙一号,整体高度仅14米,直径为8米,不仅可以用于陆地,还可以装船,中核集团展出的海上核电站方案,用的就是玲龙一号。玲龙一号单台额定热功率达到了385兆瓦,两台就是770兆瓦,已经超越福特级的A1B压水堆了。

“玲龙一号”与航母反应堆的共性

1. “小型堆”的定位:“玲龙一号”是全球首个商用陆上小型堆。这与航母所需反应堆的“小型化”、“紧凑化”方向高度一致。航母空间寸土寸金,必须将巨大的能量源塞进有限的舰体内部。

2. “模块化”设计:“玲龙一号”采用模块化设计和建造,这同样是现代舰艇,尤其是核动力舰艇的发展趋势。模块化可以缩短建造周期、方便维护和升级,这对需要长期部署和快速维护的航母至关重要。

3. 技术同源性:无论是“玲龙一号”还是航母反应堆,其基本原理(压水堆)和核心技术(核燃料、反应堆控制、一回路系统等)是相通的。中国通过“玲龙一号”等项目,积累了宝贵的设计、建造、调试和安全运行经验。

4. 强大的动力输出:“玲龙一号”的发电功率虽然无法直接等同于推进功率,但它证明了我国有能力设计和建造输出功率达到数十万千瓦级别的小型核反应堆。这为航母提供了足够的能量基础。

关键差异与直接应用的障碍(为何不能直接使用)

1. 设计目标和运行工况天差地别:

“玲龙一号”:为民用发电设计,追求稳定性、经济性和绝对安全。它建立在稳固的地基上,运行环境平稳,功率输出基本恒定。

航母反应堆:为军用舰艇设计,追求极致的功率密度、机动性和抗冲击能力。它需要在惊涛骇浪中运行,功率需要根据航母的航速要求(从巡航到30节以上高速冲刺)进行快速、大幅度的调节,以应对战术机动。此外,还必须能承受战时鱼雷、导弹等武器爆炸产生的巨大冲击。

2. 功率密度是核心瓶颈:

这是最关键的差别。航母反应堆要求在尽可能小的体积和重量内,爆发出尽可能大的功率。“玲龙一号”作为陆基商用堆,对体积重量的限制远低于军舰。其压力容器、屏蔽层等部件的尺寸和重量,对于航母来说很可能是不可接受的。将“玲龙一号”的反应堆直接塞进航母,会严重挤占其他空间,影响载机量、燃油和弹药储备。

3. 动力输出形式不同:

“玲龙一号”的最终产品是电力(通过汽轮机发电)。

航母反应堆的首要任务是提供推进动力,驱动巨大的螺旋桨。虽然核动力航母都是“核能->热能->蒸汽->推进”的原理,但系统整合和传动方式有其特殊性。当然,对于电磁弹射型航母,强大的发电能力是刚需。

4. 安全性标准的侧重点不同:

民用核电站的安全标准极端严苛,侧重于防止放射性物质泄漏到外部环境中,保护公众。

军用反应堆除了基本的安全性,更强调损管生存能力和在受损情况下的持续运行能力。

对电磁弹射型核动力航母的积极意义

尽管不能直接使用,但“玲龙一号”的成功对中国核动力航母(特别是电磁弹射型)的贡献是战略性的:

1. 证明了小型堆技术能力:它向世界宣告,中国已经完全掌握了先进小型压水堆的整套技术。从“有无”到“优劣”,我们解决了“有无”问题,并达到了国际先进水平。这扫清了发展航母核动力在基础技术层面的最大疑虑。

2. 为高功率密度反应堆铺平道路:“玲龙一号”可以被看作是相关技术的“探路者”和“试验田”。在其研发过程中积累的数据、材料和工艺经验(例如更高效的燃料组件、更紧凑的蒸汽发生器设计、更先进的控制系统),可以直接用于研发功率密度更高的军用舰载反应堆。

3. 完美契合电磁弹射的能源需求:

电磁弹射器是“电老虎”,每次弹射都需要在短时间内消耗巨额电能。

常规动力航母(如福建舰)需要专门的大型轴带发电机或辅助动力来满足弹射需求,对动力系统设计是巨大挑战。

核动力航母则没有这个烦恼。核反应堆可以提供近乎无限的、稳定的巨大电力和蒸汽动力。在采用综合电力系统(IEP) 的核动力航母上,反应堆产生的能量可以灵活地在推进系统和电网(包括电磁弹射、武器系统、日常生活)之间进行分配。“玲龙一号”成功发电,意味着我国在将巨大核能稳定转化为电能的相关技术(包括大型汽轮发电机等)上已经非常成熟。

4. 培养和锻炼了人才队伍:从设计、建造到调试、运营,“玲龙一号”项目为中国培养了一大批顶尖的核工程技术和项目管理人才,这支队伍是未来研发航母核动力最宝贵的财富。

可以做一个形象的比喻:“玲龙一号”好比是一辆技术先进、安全可靠的家庭SUV,而航母需要的是一台为F1赛车量身定制的、极致轻量化且爆发力惊人的发动机。

你不能把SUV的发动机直接装在F1赛车上,但研发这台SUV发动机所掌握的材料科学、燃烧技术、涡轮增压和电控系统,无疑是你能够造出F1发动机的坚实基础和有力证明。

因此,“玲龙一号”的成功,并不能让我们立刻看到装备同款反应堆的航母,但它强有力地预示了:中国已经为研制自己的航母用高功率密度核反应堆做好了充分的技术储备,一艘能够支持电磁弹射、拥有近乎无限航程的中国核动力航母,离我们不再遥远。