在20世纪60年代，核能因其生产无碳、安全和可靠的电力的能力而成为电网的主要支柱。事实上，核能目前提供了约50%的无碳电力，但其面临的一个主要问题是成本。
自从水力压裂采油技术出现后，低成本的化石燃料给核电行业带来了压力，使其无法保持竞争力。受到上网电价的限制，考虑维护和运营成本，很多核电站已很难保证盈利。
精益管理
专家认为，在未来5到10年内，美国的核电站可能会缩减40%——这对美国控制碳排放和应对气候变化影响的是一个重大打击。
为了帮助该行业保持竞争力，爱达荷国家实验室(INL)的研究人员开发了核电综合运营(ION)，这是一种利用技术创新和商业运营降低美国核电站的维护和运营费用的方法。
ION的目标是通过在三到五年内部署第一代技术，将现有核电站的运营成本降低30%。
这将有助于核电站与其他电力竞争——特别是由天然气发电厂生产的相对便宜的电力。除此之外，我们希望将ION的原则应用于先进的反应堆和小型模块化反应堆，以确保下一代核反应堆是安全和经济的。
INL的研究人员计算了平准化电力成本(LCOE)——考虑建设和运营发电站的成本所需的每单位发电量的平均收入，并发现核电站的LCOE在每兆瓦时25至32美元之间，而天然气发电厂的LCOE大约为每兆瓦时18至58美元，这取决于燃料的价格。如果公用事业业主和运营商实施ION，研究人员估计，核电站的LCOE可以减少到大约每兆瓦时18至22美元。
“ION回答了这样一个问题：如何进行战略创新?”INL轻水反应堆可持续发展项目的工厂现代化途径负责人Craig Primer说。“你如何确定你的改造项目的优先次序，使你的工厂保持成本竞争优势?ION为确定目标运营成本和制定成功的实施策略奠定了必要的基础”。
借鉴理念
INL的ION首席研究员和行业联络员Jason Remer表示，商业世界中到处都是未能适应文化或技术变化而付出代价的行业——想想录像带连锁店和大型书店。他说：”商业的性质发生了变化，”他说。”如果一项新技术出现，你是要采用这项技术，还是要变得停滞不前?”
为了开发ION，Remer和他的同事们参考了外部组织大幅降低运营和维护成本的例子。具体来说，他们以一家在挪威沿海经营石油平台的石油和天然气公司为模型，制定了他们的战略。
这家挪威公司与哈尔登能源技术研究所的一个团队合作，帮助解决收入下降的问题。该团队系统地审视了该公司的运营，并制定了四种类型的变革：技术、流程、治理和人员。
事实证明，该公司正在为那些不一定需要在平台上工作的人员支付费用，而且这些员工的酒店、餐饮和交通费用都很昂贵。
“他们把所有不需要的东西都清理出了平台，” Remer说。“然后他们铺设了高速光缆，以便一些人员可以在岸上工作。石油钻井平台没有雇用全职工作人员进行服务和维护，而是将其中的一些工作承包出去，这样就有更多有经验的人为多个平台服务。”
“有工作人员的生产平台现在被远程监控，维护人员在需要的时候才会飞往平台上操作，”Remer继续说。通过应用简单、成熟的技术和合理的商业运营，使其转变运营方式，并大大降低了成本。
与电力公司合作
类似的理念对核电站而言，意味着盈利和工厂关闭之间的区别。
自2019年以来，Remer和他的同事已经与Xcel能源公司等核电站运营商合作，实施ION概念。“我们正试图帮助我们的公用事业公司将其运营和维护成本下降约三分之一”，Remer说。Xcel能源公司已经开始在其两个核电站实施ION，即位于明尼苏达州的Monticello和Prairie Island，据Xcel能源公司的核战略和性能总监Gene Foote说。“经历了一段时间后，我们的表现没有达到标准”，Foote说。“我们必须提高业绩并降低成本。我们必须做一些有意义的事情”。
在现任Xcel能源公司执行副总裁兼首席发电官Tim O'Connor的推动下，Foote和他的同事们开始努力在这两个工厂实施ION。Foote说：“除了重组和集中运营外，我们开始走综合运营的道路。这就是我们开始看到我们的业绩有一些真正的改善的地方。”
促使Xcel核电站发生改变的措施之一是实施“电子工作包”。电子工作包不需要手动执行和记录程序，而是允许工人使用平板电脑设备执行维护程序，并协调和跟踪工作。
Foote说：“如果电子工作包看到一个超出标准的数值，它就会提醒你，有时还会写一份整改措施报告。”它还允许经理自动获取工人的位置，工人和主管的许多行政负担被减轻了，而且不再需要后端的行政管理来完成这些事情。”
在通过ION实施变革的头三年内，Xcel能源公司大幅降低了其运营和维护成本，并已成为美国评级最高的核电公司之一。由于ION的重要作用，O'Connor将ION过程中的一些方法带到了公司的其他部门，特别是精简和集中培训计划。
在未来，Xcel公司希望能进一步推广ION。福特指出，“我们还将去探索数字控制室这样的新技术，以使我们的核电站能够继续运行10年。然后我们肯定会探索其中的一些长期技术”。
数字和非数字创新
今天的核能行业已经很好地采用了一些新技术——例如，材料和燃料的进步已经帮助核电站大大减少了停机时间，同时提高了安全性。
但行业在接受其他技术方面进展缓慢，例如数字控制系统，它可以节省人员配置并提高安全性。
“模拟系统是20世纪60年代或70年代的技术”，Remer说。“它们非常可靠和安全，但现在已经不生产了，所以要获得零件很困难，也很昂贵。需要大量的维护。”
另一方面，数字系统有监测和自我报告系统，减少了对模拟系统所需的密集测试的需求。这些系统还可以帮助吸引新的人才，因为大学大部分都是在最先进的数字系统上培训核工程师。然而，我们在雇用校外工程师时遇到了困难，因为他们接受过数字培训，但他们却被认为是“不合格”的。
“因为他们接受的是数字培训，但却被要求从事模拟工作”， Remer说。“有了数字控制系统，核电站的环境就与他们理解的环境更为相似。”
一些核电站一直坚持使用某些数字技术，这产生了另一个基于技术的解决方案——人工智能和先进传感器的结合——可以帮助工厂操作员远程监控设备，并在需要时才维修设备，而不是按照设定的时间表。
与Xcel能源公司实施的许多创新一样，精简不必要的或多余的监管活动可以带来巨大的节约。手工填写报告等任务通常可以减少或取消。Remer和他的团队正在努力寻找在确保安全的同时满足要求的最佳方法。
例如，数字控制系统可能允许核电站自动进行化学采样。“员工可能需要个人防护设备——例如安全护目镜——来执行这项任务”，Remer说。“然后在采样完成后需要输入数据。如果有一个电子采样系统，这些程序就完全没必要了。”
尽管有这么多好处，最新的技术并不总是答案。工厂是独特的，需要在个案的基础上进行评估，以最大限度地节约成本和提高生产率。
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