材料、大数据在核电厂延期中的应用

2021-08-27 16:08    核电厂  核工业  核退役

IAEA核电运维和工程支持团队负责人埃德·布拉德利(Ed Bradley)表示:“为长期运行而翻新核电站的成本远低于建造新的核电站。维持核电站的长期运行是提高当前核发电可持续性的绝佳机会,因为核电是最具成本效益的低碳电力来源之一。”


随着材料科学和技术的进步,核电站在延期服役方面越发普遍,清洁能源的优势也随之越加明显。

1、翻新核电厂

IAEA核电运维和工程支持团队负责人埃德·布拉德利(Ed Bradley)表示:“为长期运行而翻新核电站的成本远低于建造新的核电站。维持核电站的长期运行是提高当前核发电可持续性的绝佳机会,因为核电是最具成本效益的低碳电力来源之一。”

“与过去相比,今天的材料和技术取得了惊人的进展,对许多试图脱碳的国家来说,延长电厂运行时间已成为一个具有吸引力和竞争力的选择。”

大多数核电厂的最初设计运行寿命为30至40年。 延长核电厂寿命的主要理念:评估现有核电厂,并确定其是否能够在假定的退役日期前安全、稳定、经济地继续运行。 当电厂的寿命延长时,运行通常可以再持续20至40年。

“鉴于核电厂在初始选址、设计和施工期间所做的大量工作,以及在整个运行期间的老化管理,以及某些升级和翻新,许多核电厂能够在远远超过最初预期运行时间的情况下继续安全运行。”

IAEA高级安全官员罗伯特·克里瓦内克(Robert Krivanek)说。 然而,他补充道,一些核电站的某些部件无法高效地进行更新,这意味着它们不适合长期运行。老化的核动力反应堆面临的主要挑战之一是性能退化。

电厂运行时,其结构和部件必须能够承受高温、恶劣条件和维持连续运行,随着时间的推移,这些条件导致运行出现各种磨损。

Bradley说:“例行评估和更换零件可以缓解退化,但随着时间的推移,这可能不是经济上的最佳方法,尤其是在长期运行的情况下。”

2、新技术和新材料

达林顿2号机组翻新项目两台涡轮机的俯视图(图源:R. Radell /安大略省发电公司)

激光束焊接和搅拌摩擦焊接等新技术的发展,以及耐腐蚀性更好的双相不锈钢等材料的发展,意味着一些部件现在能够安全使用更长的时间,使核电站继续运行更加经济可行。

研究人员还对核电站的不同运行条件如何影响组件和结构有了更好的理解。

例如,加拿大安大略省的CANDU堆在1970年至1993年期间投入使用,通过材料科学研究和部件检查,一些部件能够安全运行10年,超过预期的30年。

一项耗资185亿美元的翻新计划将进一步延长运营的第二个周期,最多再延长40年。这意味着一些建于20世纪80年代的反应堆将安全运行到20世纪60年代。

CANDU业主公司总裁兼CEO弗雷德·德马尔卡(Fred Dermarkar)说:“我们的反应堆是在我们没有太多核电厂历史的时候建造的,我们最初设计的预期寿命保守估计为30年。” “当我们操作这些机器,了解它们是如何老化的,努力实现长期运行,获得最大的收益率。”

2017年,研究人员在俄罗斯列宁格勒核电站检查运行安全(图源:IAEA)

Dermarkar解释了如何使用最先进的材料科学预测未来多年的材料特性。

“CANDU反应堆使用称为压力管的部件来冷却燃料。在反应堆环境中,由于中子通量高、温度和压力高以及冷却水的腐蚀,压力管的性能随时间而变化。”

“例如,为了预测腐蚀引起的变化,我们从运行反应堆中移除辐照压力管,然后采用人工加速腐蚀的技术,进行广泛的试验,以确定这些人工老化部件的材料性能。”

“通过这种方式,我们能够预测这些组件能用多长时间。在实验室中做好研究分析,保证这些部件将继续安全可靠地运行,直到预定的大修日期。”

3、大数据与核电

研究人员现在也在探索如何利用大数据来评估和确定核电站长期运行的可行性。

大数据是一个术语,用于描述对非常复杂和大量的数据的分析。大数据收集一般非常迅速,而且经常是实时的,以确定描述事物的趋势和模式,并预测结果和行为。

对于核电厂的长期运行,从电厂运行中收集了数百万个数据点,包括运行日志、反应堆测量和报告的事件。 通过使用与核相关的大数据软件挖掘这些数据,研究人员可以使用模拟工具预测核电站的系统、结构和部件在不同条件下的老化情况,并确定可能需要更换的部件以及更换的大致时间。

“大数据已经在准备测试使用,而且发展势头十分良好。” Dermarkar说。

“我们的发电厂正在进行现代化改造,它们配备了更多便携式仪器,可以轻松安装以收集数据并及早预测问题,使我们能够及早采取纠正措施。取得的效果也十分明显:我们工厂今天的表现比历史上任何时候都好。”



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