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堆型+技术迎接核能的未来
记:核电是高科技产业,世界上很多国家也争先发展核电。您刚刚也说到,要对中国的核电有信心。而从这一轮核电竞技来看,中国的后发优势逐渐显现,那么要让这一优势放大,如何布局核电未来产业?
叶:中国核电未来的发展,我想从两个方面来讲,一个是堆的布局,还有一个是技术的发展。
从堆型发展上来看,一种是要发展功率大的反应堆,主要用于发电,既能支撑我国能源体系,又能支撑国家“走出去”战略。这种堆要实现批量化、规模化的发展,并且解决经济性的问题。
第二种是发展多用途模块化小型反应堆,便于在边缘地区、海洋平台使用,提供采暖、发电、海水淡化、制氢等多种用途,一些旧的火电机组,也可以用小堆去取代。此外,当前我国正在发展分布式能源系统,可自持的小堆也可以作为该能源系统的一部分。
从20世纪70年代开始,世界上很多国家都针对小堆开展了相关设计、研究,但至今,小堆还未能展示出大规模应用的实用性。主要是因为开发的进程缓慢、单位造价高、安装复杂等。近年来,在美国能源部倡议下,国际上对小堆的兴趣越来越强烈。国际上目前有四五种主流小堆,目标是在2020~2030年左右建成。中国、美国、欧洲、俄罗斯、日本都在开展相关研究。这里我想说,要切实满足市场需求,小堆必须真正采用创新的理念。小堆绝对不能是目前三代核电的“缩小版”,小堆的发展要充分吸取核能各方面发展优势。举几个例子,小堆可以采用高性能耐事故燃料,在事故发生的时候限制放射性物质的外泄;或者采用改进的堆芯,减少堆芯熔化的概率等……更多的可能性需要我们去创新。
再一个就是开发低温供热堆,专门针对供热。目前,我国大气污染排放严重,严重雾霾天气不少,核能供热代替燃煤有着可行性。中核集团开发的泳池式供热堆,可以做到零堆融,相当安全。由于供热堆只在供暖期间使用,它的扩展应用目前也在考虑,比如利用供热堆生产同位素。由于供热堆离城市近,便于短寿命同位素运输,将为推广同位素诊断和治疗创造有利条件。
记:在技术层面,核能未来发展方向有哪些?
叶:技术的持续改进主要是为了提高安全性。第一就是降低核电厂严重事故概率,要进一步研究堆芯熔化的机理以及堆腔注水技术,即使发生极其严重的事故,也要保证安全壳的完整性与可靠性,防止放射性物质外泄。
第二点就是开发耐事故燃料(ATF燃料),降低堆芯熔化的风险,缓解和消除锆水反应产生氢气爆炸的风险,提高事故下裂变产物的包容能力,从而提高核安全。ATF燃料的开发还有一个重要意义,全世界在运核电站多为二代核电站,要在二代核电站的基础上进一步改进安全系统,可能性比较小。但是可以通过更换燃料,大大提高安全性。
第三点就是加强核电领域人工智能的研究。2017年7月,国务院印发了《新一代人工智能发展规划》,规划指出,到2020年中国的人工智能总体技术和应用要与世界先进水平同步。核科技是高科技战略产业,是国家安全的重要基石。人工智能在核电领域的应用,具有重要意义,落实新一代人工智能在核能行业的发展规划,需要深入应用以工业机器人、图像识别、深度自学习系统、自适应控制、自主操纵、人机混合智能、虚拟现实智能建模为代表的新一轮智能技术。
总体来讲,核电在人工智能领域的发展分三个阶段。第一阶段是基础建设阶段。即从智能仪表、智能控制器到核电站全数字化仪控系统的建立。可以说,这一阶段我们已经有了基础。除了早期核电站如大亚湾核电站和秦山一期,国内的电站基本上采用了数字化仪控系统。第二阶段是人工智能架构的建立。利用互联网+建立大数据系统,开发数字核电站和虚拟现实技术。现在核电站已经有了数字化的测量系统,但是如何把分散系统的智能集成统一的大智能,需要充分发挥互联网+和大数据的优势。第三阶段是核电人工智能应用开发。人工智能要具有自学习、自适应的能力,包括操作指导、事故处理指导,核电站高放射区域、不可达地区利用机器人系统维修。这些技术也将为严重事故处理和电站退役创造条件。
核电站在人工智能领域,要做到哪一点、做到什么程度,还需要研究。但是,核电朝着智能化的方向发展是一定的。人工智能是今后国际竞争的制高点,中国核电技术要实现从并跑到领跑的跨越,必须考虑占领这一领域的制高点。
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