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?中核集團首席科學家、“華龍一號”總設計師 邢繼

核能發展既關系到“雙碳”目標的實現，也是科技發展的重要支撐，更是建設核工業強國的重要支撐，它承載著多重國家使命。自我們國家制定了核能“三步走”發展戰略以來，在這一戰略的指引下，我們持續地在這三步上布局自主技術研發工作。

壓水堆核電站是第一步，它是世界上的主流商業化核電技術，在國際上廣泛地部署，擁有非常堅實的工業基礎支撐。它具備滿足工業化、商業化的條件，通過成熟的裝備制造體系、標準體系規模化、批量化推廣，其成本、造價都能顯著降低。同時在建造運營過程中，運行經驗的反饋甚至包括事故的反饋使其可以在安全和經濟兩個方面不斷迭代提升。應該說，目前來看，商業化的壓水堆依然是核能發電的主力。

因此，“華龍一號”在建設完首堆、以融合方案推進改進型以后，我們還在持續地聚焦安全性、經濟性，推動“華龍一號”的進一步改進。

1“華龍一號”的技術提升與經濟性優化

“華龍一號”的建設過程比較順利，它是目前唯一按期建成的全球三代核電站首堆，建成以后穩定運行，三個燃料循環沒有出現過非計劃停堆。這些驗證了“華龍一號”的技術成熟性。

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化“華龍一號”的設計，在保障安全性的基礎上，使其經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劃，進行了以經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面移到了安全殼頂部等。

同時，數字化建造也在進一步推進。建造環節是核電站的質量和成本非常關鍵的影響因素。核電產業是技術密集型、投資密集型、裝備密集型產業，但同時也是勞動密集型產業，對于高技能的工人依賴程度很高，這對核電產業的持續發展是一個制約因素。因此，我們在華龍改進型技術上全面地、系統性地結合重新布置的廠房開展了數字化建造相關技術的研究，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”后續機型的相關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，經濟性優于今天的“華龍一號” 批量化后的目標。同時，其建設工期大幅度縮短到50個月以內。不僅如此，它的電廠可用率和電廠設計壽期都得到了提高。

2“華龍一號”未來技術發展思考

我始終認為核能是人類的一個偉大發明，是人類歷史迄今為止最復雜的能源系統，是一個跨專業、跨技術領域深度融合的產物。因此，發展核能技術，就必須要脫離“核”去思考它的發展。第四次工業革命有很多代表性的創新成果，比如新的材料體系、人工智能技術等等。那么，未來這些技術能不能對我們的壓水堆、對“華龍一號”提升安全性與經濟性提供助力？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，同時材料也會影響到經濟性。因此，我們跨領域與很多大學、研究機構、其他行業企業合作，研究適用于提升“華龍一號”安全性與經濟性的新材料。比如燃料包殼材料、燃料芯塊材料、燃料構成組件材料等等，這些都與安全直接相關。以ATF燃料（耐事故燃料/容錯燃料）為例，從容錯的角度來說，一定能夠對核電廠的安全發揮很大的作用。在這方面，中核集團已經開展了兩期工作，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，在核電廠已經部署了很多智能化的應用。比如比較典型的AHM系統（設備智能健康管理系統），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濟運行。

這只是舉個例子，其實還有很多今天已經部署到核電廠的智能化應用，雖然目前還非常初級，但是我們已經可以看到了其未來的無限可能。隨著數字化、智能化技術的快速發展，核電后續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據技術，新堆型的研發能夠在短時間內生成多個可行的總體方案，并根據各種約束條件和性能指標進行自動篩選和優化，為研發人員提供最佳的設計參考。我們還可以通過人工智能算法驅動的仿真技術，模擬核電站的性能，包括反應堆的冷卻系統、核燃料的使用效率以及整體的能效表現。這將大大縮短設計周期，降低設計成本，同時還會減少建設過程中的變更和返工。

在采購階段，利用智能化技術，根據工程進度和歷史數據預測未來的物資需求，優化庫存管理，減少浪費；通過分析供應鏈數據，可以識別瓶頸和潛在的延遲風險，利用人工智能提出優化方案，確保物資及時供應；不僅如此，區塊鏈技術和智能技術結合將提高供應鏈的透明度和效率，實現采購過程的全程可追溯，確保每一個零部件的質量和來源可查，智能合約可以自動執行采購協議，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據，幫助制定更有效的工程一體化進度計劃，優化資源分配，減少施工延期和成本超支；利用智能算法分析來自施工現場的傳感器或者視頻數據，實時監控工地的安全狀況，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。在調試階段，通過大數據分析和機器學習，可以快速識別和定位系統中的問題，提出最優的解決方案。例如，通過對歷史數據的分析，可以預測調試過程中可能出現的故障，提前采取預防措施，并自動生成詳細的調試報告，減少調試時間和成本。

在運行階段，除了在開始提到的對設備運行狀態的實時監測和故障預測有效預防事故發生提升核電安全性以外，數字化、智能化還能在很多方面發揮巨大的作用。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據，優化反應堆的功率輸出；利用智能算法，對全廠的發電計劃進行優化，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境的異常狀態等等。智能技術的應用將會全面提升核電廠的運行效率、安全性和經濟效益。

總之，數字化、智能化技術為核電行業帶來了前所未有的機遇。我們可以暢想一下智能化技術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一種自適應的運行模式，使它的安全和經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，“華龍一號”作為我國首個完整掌握自主知識產權的第三代核電技術，經歷了漫長曲折的研發歷程，實現了我國核電技術從跟跑到并跑的跨越性發展。“華龍一號”已步入批量化建設階段，通過設計優化大幅提升經濟性與市場競爭力，華龍系列型號技術將持續優化，將有效支撐我國核能安全有序發展。

壓水堆核電技術仍具有廣闊發展空間，在智能化、新材料、新技術、新理論等方面實現突破，不斷提升安全性與經濟性，將為實現“雙碳”目標、建設美麗中國作出更大的貢獻。（本文根據作者在廣西南寧“核能創新·低碳未來”論壇上的講話整理）

來源｜《中國核工業》雜志 2024年第7期

編輯｜韓建超

審校｜連   敏