?中核集團(tuán)首席科學(xué)家、“華龍一號(hào)”總設(shè)計(jì)師 邢繼

核能發(fā)展既關(guān)系到“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，也是科技發(fā)展的重要支撐，更是建設(shè)核工業(yè)強(qiáng)國的重要支撐，它承載著多重國家使命。自我們國家制定了核能“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略以來，在這一戰(zhàn)略的指引下，我們持續(xù)地在這三步上布局自主技術(shù)研發(fā)工作。

壓水堆核電站是第一步，它是世界上的主流商業(yè)化核電技術(shù)，在國際上廣泛地部署，擁有非常堅(jiān)實(shí)的工業(yè)基礎(chǔ)支撐。它具備滿足工業(yè)化、商業(yè)化的條件，通過成熟的裝備制造體系、標(biāo)準(zhǔn)體系規(guī)?；⑴炕茝V，其成本、造價(jià)都能顯著降低。同時(shí)在建造運(yùn)營(yíng)過程中，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的反饋甚至包括事故的反饋使其可以在安全和經(jīng)濟(jì)兩個(gè)方面不斷迭代提升。應(yīng)該說，目前來看，商業(yè)化的壓水堆依然是核能發(fā)電的主力。

因此，“華龍一號(hào)”在建設(shè)完首堆、以融合方案推進(jìn)改進(jìn)型以后，我們還在持續(xù)地聚焦安全性、經(jīng)濟(jì)性，推動(dòng)“華龍一號(hào)”的進(jìn)一步改進(jìn)。

1“華龍一號(hào)”的技術(shù)提升與經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化

“華龍一號(hào)”的建設(shè)過程比較順利，它是目前唯一按期建成的全球三代核電站首堆，建成以后穩(wěn)定運(yùn)行，三個(gè)燃料循環(huán)沒有出現(xiàn)過非計(jì)劃停堆。這些驗(yàn)證了“華龍一號(hào)”的技術(shù)成熟性。

在“華龍一號(hào)”首堆運(yùn)行以后，我們始終在研究如何進(jìn)一步地優(yōu)化“華龍一號(hào)”的設(shè)計(jì)，在保障安全性的基礎(chǔ)上，使其經(jīng)濟(jì)性能夠進(jìn)一步提升。

其一，工程造價(jià)是造成成本比較高的主要因素。我們把“華龍一號(hào)”的整個(gè)廠房重新進(jìn)行規(guī)劃，進(jìn)行了以經(jīng)濟(jì)性為指引的緊湊型布置方案的確定，在大幅度地減少工程量的同時(shí)，使我們的建造更加便利，提升了建造效率，能夠有效地縮短建造工期。

其二，我們采用了新的布置方案，包括“華龍一號(hào)”非能動(dòng)水箱從安全殼的側(cè)面移到了安全殼頂部等。

同時(shí)，數(shù)字化建造也在進(jìn)一步推進(jìn)。建造環(huán)節(jié)是核電站的質(zhì)量和成本非常關(guān)鍵的影響因素。核電產(chǎn)業(yè)是技術(shù)密集型、投資密集型、裝備密集型產(chǎn)業(yè)，但同時(shí)也是勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，對(duì)于高技能的工人依賴程度很高，這對(duì)核電產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展是一個(gè)制約因素。因此，我們?cè)谌A龍改進(jìn)型技術(shù)上全面地、系統(tǒng)性地結(jié)合重新布置的廠房開展了數(shù)字化建造相關(guān)技術(shù)的研究，其中主要包括模塊化的建造方式，在制作模塊的過程中，更多地將焊接等工程量直接轉(zhuǎn)移到工廠，更便于采用自動(dòng)化的方式實(shí)施。預(yù)計(jì)，在金七門項(xiàng)目上，“華龍一號(hào)”安裝工程量的70%可在工廠實(shí)施模塊化施工。

“華龍一號(hào)”后續(xù)機(jī)型的相關(guān)驗(yàn)證試驗(yàn)正在緊張開展。從指標(biāo)上來看它的安全性依然比國際上三代要求高一個(gè)量級(jí)，經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于今天的“華龍一號(hào)” 批量化后的目標(biāo)。同時(shí)，其建設(shè)工期大幅度縮短到50個(gè)月以內(nèi)。不僅如此，它的電廠可用率和電廠設(shè)計(jì)壽期都得到了提高。

2“華龍一號(hào)”未來技術(shù)發(fā)展思考

我始終認(rèn)為核能是人類的一個(gè)偉大發(fā)明，是人類歷史迄今為止最復(fù)雜的能源系統(tǒng)，是一個(gè)跨專業(yè)、跨技術(shù)領(lǐng)域深度融合的產(chǎn)物。因此，發(fā)展核能技術(shù)，就必須要脫離“核”去思考它的發(fā)展。第四次工業(yè)革命有很多代表性的創(chuàng)新成果，比如新的材料體系、人工智能技術(shù)等等。那么，未來這些技術(shù)能不能對(duì)我們的壓水堆、對(duì)“華龍一號(hào)”提升安全性與經(jīng)濟(jì)性提供助力？這是這個(gè)時(shí)代我們必須要思考的問題。

首先，材料的運(yùn)用和安全直接相關(guān)，同時(shí)材料也會(huì)影響到經(jīng)濟(jì)性。因此，我們跨領(lǐng)域與很多大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)、其他行業(yè)企業(yè)合作，研究適用于提升“華龍一號(hào)”安全性與經(jīng)濟(jì)性的新材料。比如燃料包殼材料、燃料芯塊材料、燃料構(gòu)成組件材料等等，這些都與安全直接相關(guān)。以ATF燃料（耐事故燃料/容錯(cuò)燃料）為例，從容錯(cuò)的角度來說，一定能夠?qū)穗姀S的安全發(fā)揮很大的作用。在這方面，中核集團(tuán)已經(jīng)開展了兩期工作，對(duì)不同的材料用作包殼涂層和芯塊開展了大量的研究工作。

第二，智能化。目前，在核電廠已經(jīng)部署了很多智能化的應(yīng)用。比如比較典型的AHM系統(tǒng)（設(shè)備智能健康管理系統(tǒng)），它能夠準(zhǔn)確地獲取故障的特征信號(hào)，預(yù)測(cè)故障，做故障診斷，甚至對(duì)設(shè)備壽期進(jìn)行預(yù)測(cè)。當(dāng)AHM逐漸走向成熟以后，我們可以把過度維修改為預(yù)測(cè)性維修或者事前維修，能夠更好地服務(wù)于核電站的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

這只是舉個(gè)例子，其實(shí)還有很多今天已經(jīng)部署到核電廠的智能化應(yīng)用，雖然目前還非常初級(jí)，但是我們已經(jīng)可以看到了其未來的無限可能。隨著數(shù)字化、智能化技術(shù)的快速發(fā)展，核電后續(xù)的改進(jìn)不會(huì)止步于這些“點(diǎn)”上的進(jìn)步，比如：

在科研階段，利用人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)，新堆型的研發(fā)能夠在短時(shí)間內(nèi)生成多個(gè)可行的總體方案，并根據(jù)各種約束條件和性能指標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)篩選和優(yōu)化，為研發(fā)人員提供最佳的設(shè)計(jì)參考。我們還可以通過人工智能算法驅(qū)動(dòng)的仿真技術(shù)，模擬核電站的性能，包括反應(yīng)堆的冷卻系統(tǒng)、核燃料的使用效率以及整體的能效表現(xiàn)。這將大大縮短設(shè)計(jì)周期，降低設(shè)計(jì)成本，同時(shí)還會(huì)減少建設(shè)過程中的變更和返工。

在采購階段，利用智能化技術(shù)，根據(jù)工程進(jìn)度和歷史數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)未來的物資需求，優(yōu)化庫存管理，減少浪費(fèi)；通過分析供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)，可以識(shí)別瓶頸和潛在的延遲風(fēng)險(xiǎn)，利用人工智能提出優(yōu)化方案，確保物資及時(shí)供應(yīng)；不僅如此，區(qū)塊鏈技術(shù)和智能技術(shù)結(jié)合將提高供應(yīng)鏈的透明度和效率，實(shí)現(xiàn)采購過程的全程可追溯，確保每一個(gè)零部件的質(zhì)量和來源可查，智能合約可以自動(dòng)執(zhí)行采購協(xié)議，減少人為干預(yù)，提高采購效率和準(zhǔn)確性。

在建安階段，利用智能化算法可以分析施工過程中的各種數(shù)據(jù)，幫助制定更有效的工程一體化進(jìn)度計(jì)劃，優(yōu)化資源分配，減少施工延期和成本超支；利用智能算法分析來自施工現(xiàn)場(chǎng)的傳感器或者視頻數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控工地的安全狀況，及時(shí)預(yù)警潛在風(fēng)險(xiǎn)。不僅如此，通過大模型驅(qū)動(dòng)的智能機(jī)器人可以完成更加高危或高精度任務(wù)，如焊接、材料搬運(yùn)和精確安裝等，減少人因錯(cuò)誤并提高安全性。在調(diào)試階段，通過大數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)，可以快速識(shí)別和定位系統(tǒng)中的問題，提出最優(yōu)的解決方案。例如，通過對(duì)歷史數(shù)據(jù)的分析，可以預(yù)測(cè)調(diào)試過程中可能出現(xiàn)的故障，提前采取預(yù)防措施，并自動(dòng)生成詳細(xì)的調(diào)試報(bào)告，減少調(diào)試時(shí)間和成本。

在運(yùn)行階段，除了在開始提到的對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和故障預(yù)測(cè)有效預(yù)防事故發(fā)生提升核電安全性以外，數(shù)字化、智能化還能在很多方面發(fā)揮巨大的作用。比如，大幅提升操作與控制的智能化水平，利用深度學(xué)習(xí)算法實(shí)時(shí)分析反應(yīng)堆的運(yùn)行數(shù)據(jù)，優(yōu)化反應(yīng)堆的功率輸出；利用智能算法，對(duì)全廠的發(fā)電計(jì)劃進(jìn)行優(yōu)化，最大化電力輸出和收益；利用圖像識(shí)別智能算法，識(shí)別出人員的異常行為和環(huán)境的異常狀態(tài)等等。智能技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)全面提升核電廠的運(yùn)行效率、安全性和經(jīng)濟(jì)效益。

總之，數(shù)字化、智能化技術(shù)為核電行業(yè)帶來了前所未有的機(jī)遇。我們可以暢想一下智能化技術(shù)未來應(yīng)該是什么樣子。以我們的人體為例，人體具有很強(qiáng)的自修復(fù)能力，當(dāng)人體受到一定損傷的時(shí)候，傷口會(huì)自動(dòng)地愈合，當(dāng)然我們會(huì)輔助去把它縫上，但是縫并不能夠讓你的肢體完全愈合，還要靠自修復(fù)的能力。那么，核電廠未來能不能實(shí)現(xiàn)一種自適應(yīng)的運(yùn)行模式，使它的安全和經(jīng)濟(jì)兩個(gè)方面都得到很好的兼顧？這是從點(diǎn)到線的過程。是的，我們期待未來的“華龍一號(hào)”是有“生命”的——實(shí)現(xiàn)涉及全廠的、全面的、整體的智能化。當(dāng)然，這個(gè)過程非常漫長(zhǎng)，我們需要探索的東西還很多，面臨的各種問題也還很多。

但我還要強(qiáng)調(diào)，“華龍一號(hào)”作為我國首個(gè)完整掌握自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第三代核電技術(shù)，經(jīng)歷了漫長(zhǎng)曲折的研發(fā)歷程，實(shí)現(xiàn)了我國核電技術(shù)從跟跑到并跑的跨越性發(fā)展?！叭A龍一號(hào)”已步入批量化建設(shè)階段，通過設(shè)計(jì)優(yōu)化大幅提升經(jīng)濟(jì)性與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，華龍系列型號(hào)技術(shù)將持續(xù)優(yōu)化，將有效支撐我國核能安全有序發(fā)展。

壓水堆核電技術(shù)仍具有廣闊發(fā)展空間，在智能化、新材料、新技術(shù)、新理論等方面實(shí)現(xiàn)突破，不斷提升安全性與經(jīng)濟(jì)性，將為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)、建設(shè)美麗中國作出更大的貢獻(xiàn)。（本文根據(jù)作者在廣西南寧“核能創(chuàng)新·低碳未來”論壇上的講話整理）

來源｜《中國核工業(yè)》雜志 2024年第7期

編輯｜韓建超

審校｜連   敏