智能、稳定、可靠——低碳能源系统中的智能电网和核电

核电与智能电网(连接生产者和消费者并使用新技术实现这一目标的双向网络)相结合，可以帮助各国向低碳电力来源过渡，并确保可靠、稳定和可持续的能源供应。

许多国家正在多样化低碳能源组合，以帮助他们实现经济脱碳和实现气候目标。这导致全球转向可再生能源;然而，仅靠这些来源并不能完全可靠地满足需求。

“低碳可再生能源具有气候友好性，但由于太阳能和风能的间歇性以及缺乏大规模储能能力，并不总是易于控制或能够满足能源需求。这意味着电网通常需要补充能源，”国际原子能机构规划和经济研究科科长 Henri Paillere 说。“随着更多不同的能源进入网络，电网必须变得更加灵活和适应性强，以确保可靠和有弹性的能源供应。”

核电可以每周 7 天、每天 24 小时产生低碳能源。它提供了国家转向低碳能源系统所需的能源安全。通过灵活运行，核电站可以补充可再生能源的可变发电量，利用大型汽轮机的惯性，这些电站还可以帮助稳定电网并确保清洁可靠的电力供应。

传统上，电网依赖煤炭和天然气等化石燃料发电厂在供不应求时打开和关闭以满足能源需求。

另一方面，智能电网可以接受许多不同的能源并在它们之间动态切换，不像传统电网那样灵活。尽管智能电网已经存在了一段时间，但技术的进步已将其提升到一个新的水平。智能电网可以使用人工智能 (AI) 和物联网 (IoT) 等最新技术——一种通过互联网连接的计算机和设备系统，可以动态共享数据并根据数据采取行动——来收集信息、提高运营效率并实现自动化过程。

例如，智能电网可以使用人工智能生成的预测来预测阴天和无风的日子，并动态地从太阳能和风能生产切换到替代品，如核电，以实现不间断供应。人工智能还可以预测风暴可能袭击的地点以及可能持续多长时间，从而在输电线路损坏的情况下向电网发出信号，扩大生产规模并实现生产多样化。

如果输电线路断线或停电，电网物联网系统的传感器和设备可以通知电网运营商需要进行维修工作并重新安排电力或从不同来源取电。

对于传统电网，风暴的影响只能在其后果中进行评估。因此，住在断电线路的下游通常意味着在线路修复之前没有电。由于能够找到电力生产和输送的替代解决方案，智能电网更具弹性，可以减少消费者的停电。

例如，法国电力公司 (EDF) 是世界上最大的电力生产商之一，目前正在开发的一些创新智能电网技术包括使用 5G(新一代移动互联网技术)来支持物联网和开发更高效的电流混合网络。区块链技术提供了一种高度安全的方式来跟踪和处理交易，也被引入以证明清洁能源的生产地点和数量。EDF 正在使用一种称为“数字孪生”的方法来构建虚拟环境，以预测电网维护需求并减少维修费用。

“我们对智能电网的研究和开发侧重于一系列挑战。我们还考虑了社会对绿色电力基础设施的期望，并为风险做好准备，例如气候变化的影响、网络风险，并确保网络能够抵御潜在危机，”EDF 研发总监 Bernard Salha 说。“当然，任何因计算能力增加而成为可能的新方法都将在现有模型上进行测试，以提高其准确性。”

IAEA 高级核安全官员 Dian Zahradka 说，评估这些技术进步的影响是该过程的重要组成部分。“新技术只有在安全的情况下才是有益的。根据国际原子能机构的安全标准，任何设计修改，包括人工智能和物联网技术的使用，都要经过严格的安全评估，以评估这些变化和现代化可能对核电厂产生的任何影响以及它们如何与电网相互作用。原子能机构组织技术会议讨论潜在影响并分享在核电厂使用这些技术的经验。”

电网惯性与核电

智能电网允许更多能源主动连接和动态使用。然而，这也为电频率的更大波动打开了大门，因此更不稳定。

电网以特定频率运行，旨在保持在一定范围内，以确保稳定的能源供应。当人们打开和关闭电子设备时，频率会不断发生变化。这些通常被能源的发电运动部件吸收，例如核电站或化石燃料厂中的旋转涡轮机。

这种沉重的旋转质量可以稍微加快或减慢转动，起到减震器的作用，有助于平衡频率波动并缓冲快速变化。这些部件的运动方式及其对电网能量的影响称为电网惯性。

然而，像太阳能这样的可再生能源没有这些活动部件。其他具有此类移动部件的可再生能源，例如风力涡轮机，这些移动部件不直接连接到电网，而是通过变频器运行，这意味着它们没有必要的电网惯性。

“没有惯性，电网吸收波动的能力有限，可能会变得不稳定，”美国爱达荷州国家实验室综合能源系统国家技术总监香农·布拉格-西顿说。“它也变得特别容易受到重大变化的影响，例如能源突然断开、净负载的巨大变化或严重的传输事件。这些变化可能会导致突然的电力过载或短缺，并可能最终导致停电。核电可以帮助应对这一挑战，并提供电网所需的一些稳定性。”

原子能机构通过出版物、讲习班和技术会议支持各国评估电网的可靠性和恢复力，包括核电的使用。原子能机构还将核工业和电网系统利益相关者联系起来，使他们能够交流信息、介绍良好做法并讨论共同的挑战和机遇。这些活动帮助各国制定能源战略，以实现能源安全和可持续性。