?中核集團首席科學家、“華龍一號”總設(shè)計師 邢繼

核能發(fā)展既關(guān)系到“雙碳”目標的實現(xiàn)，也是科技發(fā)展的重要支撐，更是建設(shè)核工業(yè)強國的重要支撐，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，擁有非常堅實的工業(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、標準體系規(guī)?；⑴炕茝V，其成本、造價都能顯著降低。同時在建造運營過程中，運行經(jīng)驗的反饋甚至包括事故的反饋使其可以在安全和經(jīng)濟兩個方面不斷迭代提升。應該說，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”在建設(shè)完首堆、以融合方案推進改進型以后，我們還在持續(xù)地聚焦安全性、經(jīng)濟性，推動“華龍一號”的進一步改進。

1“華龍一號”的技術(shù)提升與經(jīng)濟性優(yōu)化

“華龍一號”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)定運行，三個燃料循環(huán)沒有出現(xiàn)過非計劃停堆。這些驗證了“華龍一號”的技術(shù)成熟性。

在“華龍一號”首堆運行以后，我們始終在研究如何進一步地優(yōu)化“華龍一號”的設(shè)計，在保障安全性的基礎(chǔ)上，使其經(jīng)濟性能夠進一步提升。

其一，工程造價是造成成本比較高的主要因素。我們把“華龍一號”的整個廠房重新進行規(guī)劃，進行了以經(jīng)濟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，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”非能動水箱從安全殼的側(cè)面移到了安全殼頂部等。

同時，數(shù)字化建造也在進一步推進。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)，但同時也是勞動密集型產(chǎn)業(yè)，對于高技能的工人依賴程度很高，這對核電產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展是一個制約因素。因此，我們在華龍改進型技術(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，更便于采用自動化的方式實施。預計，在金七門項目上，“華龍一號”安裝工程量的70%可在工廠實施模塊化施工。

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

2“華龍一號”未來技術(shù)發(fā)展思考

我始終認為核能是人類的一個偉大發(fā)明，是人類歷史迄今為止最復雜的能源系統(tǒng)，是一個跨專業(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)能不能對我們的壓水堆、對“華龍一號”提升安全性與經(jīng)濟性提供助力？這是這個時代我們必須要思考的問題。

首先，材料的運用和安全直接相關(guān)，同時材料也會影響到經(jīng)濟性。因此，我們跨領(lǐng)域與很多大學、研究機構(gòu)、其他行業(yè)企業(yè)合作，研究適用于提升“華龍一號”安全性與經(jīng)濟性的新材料。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/容錯燃料）為例，從容錯的角度來說，一定能夠?qū)穗姀S的安全發(fā)揮很大的作用。在這方面，中核集團已經(jīng)開展了兩期工作，對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)），它能夠準確地獲取故障的特征信號，預測故障，做故障診斷，甚至對設(shè)備壽期進行預測。當AHM逐漸走向成熟以后，我們可以把過度維修改為預測性維修或者事前維修，能夠更好地服務于核電站的安全與經(jīng)濟運行。

這只是舉個例子，其實還有很多今天已經(jīng)部署到核電廠的智能化應用，雖然目前還非常初級，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)的改進不會止步于這些“點”上的進步，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)能夠在短時間內(nèi)生成多個可行的總體方案，并根據(jù)各種約束條件和性能指標進行自動篩選和優(yōu)化，為研發(fā)人員提供最佳的設(shè)計參考。我們還可以通過人工智能算法驅(qū)動的仿真技術(shù)，模擬核電站的性能，包括反應堆的冷卻系統(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)計周期，降低設(shè)計成本，同時還會減少建設(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)工程進度和歷史數(shù)據(jù)預測未來的物資需求，優(yōu)化庫存管理，減少浪費；通過分析供應鏈數(shù)據(jù)，可以識別瓶頸和潛在的延遲風險，利用人工智能提出優(yōu)化方案，確保物資及時供應；不僅如此，區(qū)塊鏈技術(shù)和智能技術(shù)結(jié)合將提高供應鏈的透明度和效率，實現(xiàn)采購過程的全程可追溯，確保每一個零部件的質(zhì)量和來源可查，智能合約可以自動執(zhí)行采購協(xié)議，減少人為干預，提高采購效率和準確性。

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度計劃，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)場的傳感器或者視頻數(shù)據(jù)，實時監(jiān)控工地的安全狀況，及時預警潛在風險。不僅如此，通過大模型驅(qū)動的智能機器人可以完成更加高危或高精度任務，如焊接、材料搬運和精確安裝等，減少人因錯誤并提高安全性。在調(diào)試階段，通過大數(shù)據(jù)分析和機器學習，可以快速識別和定位系統(tǒng)中的問題，提出最優(yōu)的解決方案。例如，通過對歷史數(shù)據(jù)的分析，可以預測調(diào)試過程中可能出現(xiàn)的故障，提前采取預防措施，并自動生成詳細的調(diào)試報告，減少調(diào)試時間和成本。

在運行階段，除了在開始提到的對設(shè)備運行狀態(tài)的實時監(jiān)測和故障預測有效預防事故發(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，利用深度學習算法實時分析反應堆的運行數(shù)據(jù)，優(yōu)化反應堆的功率輸出；利用智能算法，對全廠的發(fā)電計劃進行優(yōu)化，最大化電力輸出和收益；利用圖像識別智能算法，識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)的應用將會全面提升核電廠的運行效率、安全性和經(jīng)濟效益。

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遇。我們可以暢想一下智能化技術(shù)未來應該是什么樣子。以我們的人體為例，人體具有很強的自修復能力，當人體受到一定損傷的時候，傷口會自動地愈合，當然我們會輔助去把它縫上，但是縫并不能夠讓你的肢體完全愈合，還要靠自修復的能力。那么，核電廠未來能不能實現(xiàn)一種自適應的運行模式，使它的安全和經(jīng)濟兩個方面都得到很好的兼顧？這是從點到線的過程。是的，我們期待未來的“華龍一號”是有“生命”的——實現(xiàn)涉及全廠的、全面的、整體的智能化。當然，這個過程非常漫長，我們需要探索的東西還很多，面臨的各種問題也還很多。

但我還要強調(diào)，“華龍一號”作為我國首個完整掌握自主知識產(chǎn)權(quán)的第三代核電技術(shù)，經(jīng)歷了漫長曲折的研發(fā)歷程，實現(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”已步入批量化建設(shè)階段，通過設(shè)計優(yōu)化大幅提升經(jīng)濟性與市場競爭力，華龍系列型號技術(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)、新理論等方面實現(xiàn)突破，不斷提升安全性與經(jīng)濟性，將為實現(xiàn)“雙碳”目標、建設(shè)美麗中國作出更大的貢獻。（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