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“行,听你的。”李佑廷苦笑了起来。其实,他从来没有催促过张清芳与周自强,每次都是两人主动要求提前结束休假。
“谢谢元首关心,我们只是在做自己份内的工作。”
“工作重要,家庭与生活也重要。”
张清芳点了点头,没有跟赵耀国争辩,给旁边的周自强递了个眼神。
“实验堆的第一阶段试运行已经结束,稳定工作了一个月。在最后一周,我们让实验堆超负荷运行,没有发现严重问题。按照我们通过数学模型做的模拟测试,实验堆的稳定运行周期肯定能达到六个月。”周自强没有那么多废话,他本来就不擅长应酬。“也就是说,实验堆已经达到了设计指标。”
“有别的问题吗?”
周自强点了点头,说道:“最大的问题就是,实验堆的经济效益没达到设计要求,甚至差了很远。”
赵耀国的眉头跳了几下,不过没有多问,等着周自强说下去。
哪想到,周自强竟然闭上了嘴,没有往下说。
“主要是堆芯的制造成本。”张清芳接过话题,说道,“根据我们获得的数据,实验堆堆芯的使用寿命没有预期的那么理想,不会超过二十年,也许只有十年。果真如此,那么实验堆的经济效益就没有达标。”
“能不能具体点?”赵耀国朝张清芳看了过去。
“实验堆堆芯的造价高达二十亿,而测试时的稳定输出功率为三十兆瓦。按照十年的使用寿命计算,即便不考虑其他的费用,而且电能的转换率达到理想的百分之六十,一度电的发电成本也高达一元二毛七,是火电站的五倍。如果算上其他费用,那么一度电的发电成本将超过两元。”张清芳稍微停顿了一下,又说道,“从商用的角度看,即便堆芯寿命达到设计的最低指标,也就是二十年,也没有商用价值。”
赵耀国眉头紧锁,随即又叹了口气。
其实,这个结果早在他的预料之中。
一年多前,张清芳与周自强完成了实验堆的设计工作。接下来,建造实验堆的工作正式启动。一个多月前,在用掉上百亿的经费后,实验堆在华中某秘密科研基地正式启动,“问天计划”的第一个成果落地。
在建造实验堆之前,周自强就在一份报告中明确提到,受到各相关技术限制,特别是主要设备制造成本的限制,实验堆不具备明显的经济性,主要体现出的是科研价值,即由他提出的理论模型能不能在实践中获得验证。做为一名纯正的科研人员,周自强显然不会考虑经济上的问题。
当时,该项目能够获得大力支持,不是因为实验堆的经济价值,而是军事价值。
做为军事应用,首先考虑的绝对不是使用成本。
拿张清芳开始提到的发电成本来说,就算一度电达到了两元,在军事应用上也完全可以接受。很简单,如果采用燃气轮机做为动力,由电动机推进,一艘全电战舰的发电成本在此之上,而不是在此之下。
正是如此,军方全力支持实验堆的建设,提供了大部分经费。
此外,还有一点备受军方重视。
这就是,按照周自强提交的设计方案,实验堆是一个小型堆,获益于基础理论,实验堆天生就不存在小型化问题,反到是在提高功率,即大型商用化上存在很多暂时无法解决的难题。
一台小到可以塞进战舰肚皮里的可控聚变反应堆有多大的价值,显然不用多说。
要知道,即便只是实验堆达到的三十兆瓦的功率,也有巨大的实用价值。如果能够把功率提高一倍,那就更不得了。要知道,花旗海军的“福特”级航母采用的两座a1b反应堆在推进时的最大输出功率为一百零四兆瓦。如果004型航母在吨位上跟“福特”级相当,那么只需要三座六十兆瓦级反应堆就能达到与“福特”级相当的性能,如果能装进去四座,就能全面超越“福特”级。只不过,到底能够装几座反应堆,还得看反应堆的小型化设计能做到何种程度。
所幸的是,最不需要担心的,其实就是小型化。
已经建成的实验堆就很小,别说航母,万吨级驱逐舰都能使用,而且能在不增加动力部分占用吨位与空间的前提下安装两座。如果能够在不增加尺寸的情况下把功率提高一倍,就能取代现有的动力设备。
能够做得这么小,关键就是由周自强教授亲自设计的堆芯。
此外,成本居高不下,也在这里。
与裂变反应堆不一样,周自强设计的堆芯没有热循环系统,即不是利用核反应产生的能量来加热介质,而是直接转换成电能。为此,堆芯由一种透光度超过了百分之九十九的光伏材料制成,而且有数百层之多。说得简单点,反应堆的堆芯其实就是一个人造太阳。在堆芯中央,以射弹方式发射出去的聚变原料在此发生反应,产生极高的温度,而且聚变反应的能量有百分之九十为光能。正是用包裹住反应区的光伏材料,将光能转换成电能,省去了中间的转换环节。为了散热,或者说是约束聚变反应所产生的高温,反应区为真空,而且受强磁场约束,聚变反应将以脉冲方式进行,即分时段点火,每一个点火周期以毫秒计算。通过控制每一次点火的时间长,以及每一次点火消耗的聚变材料来控制输出功率。因为点火需要外界提供巨大的能量,所以有很高的安全性。简单的说,只要停止点火,反应堆里的聚变反应就会立即结束。
很明显,关键就是那种被称为“纳米碳原子膜”的光伏材料。
虽然这种以碳元素为主的光伏材料本身并不昂贵,毕竟碳元素到处都有,但是现在只能在实验室里合成,不但生产效率低得吓人,成本也高得吓人。简单的说,这种材料是当今世界上最为昂贵的东西,一克就价值上亿元,相当于黄金的五十万倍。制造实验堆堆芯,用了大约十五克。
当然,产量也是个问题,这十五克光伏材料是十家大型实验室一年的总产量。
赵耀国揉了揉额头,说道:“商用化,暂时不需要考虑,毕竟在技术成熟,以及主要原材料实现工业化生产前,没有实现商用的必要。我想知道的是,如果以军事应用为主,存在哪些问题?”
“仍然是堆芯。”张清芳叹了口气。
“不能实现量产?”
张清芳摇了摇头,说道:“实现量产的研究还在进行,或者说刚起步。根据我们目前掌握的情况,别说未来几年,能在十年内找到量产‘纳米碳原子膜’的办法就很不错了。也就是说,目前只能在实验室里生产这种材料。要想建造更多的反应堆,首先就得有更多的实验室生产这种材料。”
赵耀国微微点了点头,朝坐在旁边的李佑廷看了过去。
“主要是资金,只是在此之外,还有一种选择。”
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第四章 次优选择()
午饭刚过,会议就重新开始。前来通知的秘书没有多说,参会人员也没多问。通常情况下,会在饭后休息半个小时,毕竟在吃饱了之后脑袋肯定是昏昏欲睡。赵耀国没有给大家休息时间,肯定有很重要的事情得讨论。
果不其然,会议开始前,秘书全都离开了会议室,还关闭了所有会议记录设备。
前面半个小时,主要是张清芳与周自强在介绍技术上的问题。
导致实验堆不具备商业推广价值,连军事应用价值都受到严格限制的关键因素,其实就是堆芯,准确的说是制造堆芯的关键材料的产量与价格。因为“纳米碳原子膜”在短期内难以实现量产,更别说工业化生产,所以要严格按照实验堆的设计指标来建造应用堆,在经济上没有任何价值。
按照赵耀国的意思,建造更多实验室,提高“纳米碳原子膜”的生产规模,首先实现军事应用。
对此,李佑廷给出了明确答复,即存在资金与保密的双重问题。资金方面,提高生产规模并不能降低生产成本,反而会提高生产成本,即生产“纳米碳原子膜”所需的原料没有足够的产量。保密方面的问题更严重,即大量采购生产“纳米碳原子膜”的原料,比如石墨烯必然导致市场动荡,然后受到西方国家的情报机构关注。此外,维持实验室需要大量的科技人员,同样存在保密上的问题。即便由军情局管理这些实验室,也无法保证所有从业的科技人员绝对可靠。用李佑廷的话来说,维持十座实验室以现有规模生产“纳米碳原子膜”已经达到了军情局保密能力的极限。
这个时候,周自强提出了另外一个办法。
当然,在此之前,周自强已经告诉了李佑廷,是由李佑廷向赵耀国提出来,然后由赵耀国在会议上发起讨论。
这个办法就是,通过缩短堆芯的使用寿命来降低制造成本。办法也很简单,用少量次品来代替合格的成品。按照周自强提供的科学依据,如果制造堆芯的“纳米碳原子膜”达到了百分之百的合格率,那么实验堆的堆芯至少能正常使用二十年,而且在适当降低输出功率的情况下能达到设计要求的五十年。只是,受到生产技术的限制,根本不可能获得百分之百合格的“纳米碳原子膜”。也正是合格率上存在的问题,所以实验堆堆芯的实际使用寿命根本达不到二十年。
至于这里面存在的技术难题,周自强也简单做了介绍。
主要就是,“纳米碳原子膜”的制备工艺已经达到了现有设备的极限,受到了量子效应的影响,具有不可测量性,因此很难对已经制成的“纳米碳原子膜”进行检测,也就无法准确掌握合格率。
简单的说,所有制造出来的“纳米碳原子膜”都被放到实验堆上使用,通过使用来检测是否合格。
结果显而易见,“纳米碳原子膜”的合格率不到万分之一。
其实,这也是产量低、成本高的根本原因。
只是,在淘汰掉的不合格产品中,其实有很大一部分能够使用,只是因为没有达到设计标准就被定为不合格。
这些能够使用的次品,占到了总量的百分之一,即相当于合格品的一百倍。
如果用这些次品来制造堆芯,除了需要适当的降低反应堆的输出功率之外,最大的影响就是堆芯使用寿命会大幅度缩短。按照周自强提交的报告,如果全部使用次品,再把输出功率限制在设计功率的百分之八十,实验堆堆芯的使用寿命至少有五年。关键是,堆芯的制造成本能降低一个数量级。
寿命缩短一半以上,输出功率降低两成,制造成本却能降低到原来的十分之一以下。
显然,这是一个很有可行性的替代办法。
张清芳与周自强只做技术上的报告,没有谈其他问题。做为科研人员,他们也没有资格谈论其他问题。
“虽然在商用上,我们现在掌握的技术还远远不够,即降低设计标准的反应堆依然没有商用价值,但是在军事应用上,成本在我们的接受范围之内。”李佑廷做为实验堆科研项目总负责人,对应用前景做了阐述。“以实验堆为原型,我们能够制造出额定输出功率为六十兆瓦,堆芯使用寿命为五年的应用堆,而且质量与体积都比现有的裂变堆更小。最主要的问题就是堆芯寿命,以及更换堆芯对舰艇部署效率产生的影响。为此,我咨询过几家设计所的专家,而他们给出的全都是肯定答复。与现有的裂变堆相比,聚变堆最大的优势其实是没有放射性污染。只要在设计上下足功夫,比如把堆芯设计成可以方便更换的模块,那么更换堆芯对舰艇正常使用造成的影响几乎可以忽略不计。除此之外,就是建造的成本。虽然初期投入更高,一座六十兆瓦级应用堆,只是建造价格就在五亿元以上,而每五年还需要花费两亿元更换堆芯,但是从长期的使用与维护成本来看,聚变堆反而更划算,军事应用的经济效益不在裂变堆之下。”
“这只是你的推测,还是说有实际可信的数据提供支持?”黎文强问了一句。做为国务院总理,他最关心的肯定是成本。
“这是我们草拟的报告。”李佑廷把一份文件递给了黎文强。“以004型航母为例,如果采用裂变堆,需要四座五十兆瓦级的,其建造成本为三十六亿元,而且在二十五年之后需要耗费大约二十亿元更换堆芯。如果采用四座六十兆瓦级的聚变堆,包括建造成本在内,五十年使用寿命内的总投入为九十二亿元,比裂变堆多了三十六亿元。只是,聚变堆不需要锅炉等附加设备,而裂变堆在这方面的建造费用大概是十五亿元。在更换堆芯的时候,裂变堆至少需要耗费三年时间,相当于航母服役年限的百分之六,以航母总造价为准,折算下来不会低于十五亿。四座裂变堆需要四百八十名官兵,而四座聚变堆只需要一百名官兵,而多出的三百八十名官兵在五十年内的津贴在三十亿元左右。只是这些附加投入,裂变堆的经济效益已经低于聚变堆。因为采用的是当前币值,所以算上通货膨胀与货币贬值的情况下,裂变堆的效益会更低。除此之外,四座聚变堆的总功率为二百四十兆瓦,比四座裂变堆高了百分之二十,在性能上带来的巨大提升具有的价值,我们没有估算,也无法估算,因为在激烈的战斗中,这百分之二十的差距很有可能决定航母的存亡。”
黎文强认真看完了李佑廷的报告,才转手递给了旁边的国防部长彭建军。
彭建军没有看,直接递给了财政部长,因为他早就看过了。
“即便如此,这些也只是根据现有的情况做出的分析,并不是实际可信的数据。”黎文强长出口气,才说道,“最为关键的就是,没有人可以保证能够及时完成六十兆瓦级聚变堆的建造工作,而且建造出来的聚变堆未必能够到达全部设计指标。如果出了问题,难道让航母在船台上等着?”
“这确实是个问题,不过并不是无法解决。”接话的是彭建军。“我的意见是,首先建造一艘采用聚变堆推进的战舰,而不是航母。可以用055型驱逐舰做平台,也可以用097型攻击核潜艇。等到聚变堆上舰完成测试,在证明了其确实能够替代裂变堆之后,再用到航母上也不迟。”
“只是这样一来,004型航母显然不可能采用聚变堆。”副总理段峰岭说了一句。
“如果只是测试聚变堆的实际使用价值,未必需要专门建造一艘战舰,可以利用现有的战舰改造。”
“就算如此,时间上也不允许。”黎文强依然坚持自己的主张,即以稳妥为住,先用不存在任何技术难题的裂变堆。
“各位,你们觉得这个问题需要反复争论吗?”赵耀国忍不住了,说道,“到目前,张清芳教授与周自强教授有让我们失望吗?实验堆项目进展顺利,就算有所偏差,也在预料范围之内。至于004型航母,我们有必要因为这些担心就开倒车?哪怕出了问题,聚变堆没有达到设计指标,也可以让航母在船台上等着。到时候,再建造一批003型航母,难道就不行吗?”
这下,黎文强闭上了嘴。段峰岭则微微点了点头,表示赞同赵耀国的意见。
“如果没有问题,004型航母的动力系统就定为聚变堆。”赵耀国稍微停顿了一下,才说道,“彭部长,相关设计工作一定要抓紧。”
“没问题,我会尽快做出安排。”
“现在,我们讨论第二个问题。”赵耀国扫了参会人员一眼,才说道,“虽然按照最乐观的估计,也要十年之后才能解决‘纳米碳原子膜’的工业化量产难题,而实际需要的时间肯定不止十年。只不过,我们不可能等到那个时候再来搞基础建设,因为围绕着可控聚变核电站的基础建设至少要二十年,甚至三十年才能完成。我要说的是,我们现在就得为可控聚变核能时代的到来做准备。”
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第五章 引领潮流()
说到经济话题,会议气氛一下就冷了下来,甚至有点紧张
显然,这绝对不是在增加几千亿军费开支那么简单的事情。要知道,就算没有张清芳与周自强研制的可控聚变反应堆,004型航母也会开工建造,不过晚几年罢了,而且耗费不但不会降低,还要增加不少。李佑廷提供的报告里就明确的提到,聚变堆能够大幅度降低核动力航母的全寿命成本。
围绕着可控聚变核电站进行的基础建设,前期投资不是几千亿,甚至不是几万亿就能解决的,而是几十万亿、上百万亿的巨大投入,还会持续数十年之久。由此造成的负担,根本无法想像。
在“问天计划”正式启动之后,国务院的官员大多持保守立场,连国防部长彭建军也不例外。当然,彭建军主要是担心基础建设工程大规模启动之后会对军费造成影响,使得众多军备项目无法顺利推进。黎文强的立场最为坚定,即认为在可控聚变核电站真正具备商业应用价值之前,必须控制基础建设的规模,绝不能盲目投资,避免造成不必要浪费。虽然段峰岭的态度比较暧昧,但是在涉及到国家投入的关键问题上,他比较偏向于黎文强,即认为过大的前提投资存在巨大风险,还是不可控的风险,因此前期建设工作一定要谨慎,最好在有了十足把握之后再走出决定。至于其他的部长级官员,大多支持黎文强,只有少数赞成提前开始进行基础建设。
当然,黎文强的担忧不是没有道理。
主要就是,基础建设的投入实在太大了,如果可控聚变核电站的商业应用出现问题,哪怕只是暂时的问题,比如没有在预定的期限内解决所有技术问题,耽搁了几年,也会造成巨大的经济损失。
为此,黎文强拿出了很多证据。
按照交通部在去年提交的报告,如果按照“问天计划”设想的前景进行建设,那么电动交通工具就将成为主流,必然会取代由内燃机驱动的交通工具。虽然现有电池的性能依然存在局限性,但是问题不太大。简单的说,只要能够解决电力的问题,那么电池性能的局限性完全可以忽略。到时候,电力价格远远低于燃油价格,而且随电力价格降低,电池的价格也必然会大幅度降低,因此完全可以通过增加电池来解决电池容