AI能否安全控制核反应堆?

2019-09-15 15:28    数字核电

  核能提供了全世界超过10%的供电量,某些地区70%以上的电力生产都由核能提供。核的作用是非常大的从全世界范围来看,从上世纪90年代中国开始发展核能,20年时间中国增长速度超过了欧美,中国核能的快速发展,就意味着中国的核电发展将领先世界。  EmTech China峰会举办的第二天,即1月29日,来自MIT的核能实验室负责人胡玲文发表演讲,讲述了核能安全可靠和低排放的有点,畅谈了未来核能发展的机遇。以下为演讲全文:  今天我想介绍核能相关的背...


  核能提供了全世界超过10%的供电量,某些地区70%以上的电力生产都由核能提供。核的作用是非常大的从全世界范围来看,从上世纪90年代中国开始发展核能,20年时间中国增长速度超过了欧美,中国核能的快速发展,就意味着中国的核电发展将领先世界。

  EmTech China峰会举办的第二天,即1月29日,来自MIT的核能实验室负责人胡玲文发表演讲,讲述了核能安全可靠和低排放的有点,畅谈了未来核能发展的机遇。以下为演讲全文:

  今天我想介绍核能相关的背景,我们在实验室的进展和我们一些最先进的反应器、反应堆的情况,我们怎么样应对气候变化,怎么样处理环境的污染,以及怎么样抓住未来的核发展的一些机遇,如何通过最新的技术,能够帮助我们更好地降低核能的成本,让它更加可持续、并且降低成本。

  我首先想和大家简单地介绍一下核能在世界范围内的发展。自上世纪70年代,美国和欧洲就开始利用核能进行发电。现在,核能提供了全世界超过10%的供电量。化石能源有价格不稳定的问题,核能没有。因此发达国家在持续地发展核能,以美国为例,20%的供电是来自于核能,同时美国有超过100所核电站,而欧洲以法国为例,70%以上的电力生产都由核能提供。

  从全世界范围来看,欧美的核能发展在减速的同时,但从上世纪90年代开始,中国开始发展核能,而且这20年来,中国核电站数量的增长速度超过了欧美。在2015年的时候,中国的核电发电能力仅为美国的1/4,如今在中国,总共有三十多座核电站,还有20所在建。中国核能的快速发展,就意味着中国的核电发展将领先世界,在2030年的预计图中,中国的核电发电能力,将和美国持平,预计10%的电力由核电提供。

  现在的核反应堆的技术,主要是基于轻水反应堆,该技术是上世纪60-70年代逐渐成熟的,基本上需要轻水来收集核能产生的热量,进而推动汽轮机和发电机,其效率大概是30-35%左右。

  未来,在2030年左右,我们可以期待第四代的反应堆的出现。它们的设计与传统的反应堆不同,但核电的安全性、经济效益将得到进一步改善。我们可以期待,高温新型反应堆的能源转化效率应该能够提升45%以上。

  那么下面我想和大家简单的介绍几个创新案例。首先是来自比尔·盖茨投资的Terra Power的快速增殖行波反应堆。这种反应堆使用液态金属钠作为工质,可以显著提升铀的使用效率。

  第二类是熔盐反应堆,其工质为高温熔盐,温度可达600-700℃。这种理念其实早在数十年前就在美国被提出来了,能源转化效率能够达到45%左右。几年前,有人提出了MCFR(熔融氯盐快堆)与IMSR(整体熔盐堆)这两种理念来提高铀的整体使用效率。以上的两种案例现在都获得了投资,因为投资人意识到,核能是应对气候变化的重要清洁能源形式。

  昨天的Emtech大会上,我们听到了很多新的技术,我们也在考虑,这些新技术是否能够帮助我们持续地提高下一代核电站的效率以及经济效益。我们一直觉得,其实核能能够长期地使用。核电站一般都可以运行18个月而无需添加核燃料,大部分的运行成本其实都在于运维、调试等环节。因此,通过提高技术手段,可以实现降低成本、提高效率的目的。

  首先,可以将传感器、数字化控制、无线传输应用于核电站的控制系统,能够帮助我们更好地监控现场,包括控制反应堆,确保整个反应堆的安全。

  此外,我们在设计反应堆的时候,还能够利用先进的计算模型进行更好的设计。在这种计算模型里,我们可以关注到每一次的核裂变反应和每一个中子的输运与辐射,从而更精确地模拟温度变化与冷却过程。我们已经做得很好了,但我希望最终可以实现实时的模拟。

  最新的人工智能领域也值得考虑。每一个核能反应堆都有现场的操作员。我们在设计反应堆的时候,为了确保它的安全,可以安装一套被动的安全系统,我们是否能够用AI来控制整个核反应堆的安全?有没有可能最终用人工智能去提高核电厂的自动控制水平,让人工智能操作员去评估系统状况、做出合适的决定。

  先进制造技术也有应用空间。比如是否可以设计一个小型的、可以用卡车和飞机运输的反应堆,去满足大型核电站无法满足的对于核能的需求。我们也正在设计一个10兆瓦的小型模组化的反应堆。它的发电功率基本上是5年10兆瓦不需要额外添加任何的燃料,我们正在设计这样的反应堆,并且我们希望把前面提到的所有的新型技术都放在这个反应堆当中,将燃料棒的使用周期从5年延长到10年。

  在麻省理工,我们正努力在麻省理工6MW反应堆的基础上,兴建一座亚临界实验装置,从而避免复杂、耗时、昂贵的许可申请的过程,从而节约数十亿美元的成本,实现更快速的展示,集成各种各样的功能,包括进行仪表控制系统测试。

  核反应堆技术的发展,始终都是通过国际合作而推进的。这样的合作应涵盖政府、企业、大学、研究机构等多种组织,通过一致的努力减缓气候变化和减少污染,并且推广更多的创新解决方案。

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