2025年11月13日，华中科技大学华中科技大学能源与动力工程学院胡梦岩博士在深圳核博会核电智慧运行论坛发表《核电厂安全分析最佳估算方法应用前瞻》主旨报告。
胡梦岩博士报告中详细介绍了数值仿真的概念与过程;最佳估算加不确定性(BEPU)研究，BEPU在反应堆及安全审查上的应用及核能数字孪生技术研究。
报告系统介绍了核电厂设计阶段的最佳估算加不确定性(BEPU)安全分析方法，阐明其相较保守法在释放运行灵活性与提升经济性方面的优势，以及中美等监管框架对BEPU的采纳与要求。团队针对不确定性传递与比例缩放效应提出模块化BEPU方案，并通过OECD ISP51等实验对RELAP等程序进行验证，展示了模型与不确定度带对实验数据的良好覆盖。最后展望核能数字孪生的多物理高精度仿真平台、数据融合与传感器等关键挑战与蓝图。
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核电厂BEPU方法应用前景：在安全边界内释放设计与运行裕度
核电厂安全分析正从传统保守方法逐步走向更精细的最佳估算加不确定性方法，即BEPU。该方法主要面向反应堆设计阶段的确定论安全分析，用于评估失水事故等典型工况下堆芯保护能力。与单纯依赖保守假设不同，BEPU在尽可能真实地模拟事故进程的同时，对输入参数、模型误差和工程条件的不确定性进行量化，从而在满足安全准则的前提下，为设计优化、运行灵活性和经济性提升提供空间。
从方法演进看，核安全分析大致经历了保守法、组合法、BEPU方法和现实法等路径。不同方法在计算程序类型、非能动系统或安全系统可用性假设、初始条件与边界条件设定方面存在明显差异。BEPU的核心优势在于，它不仅给出事故过程的最佳估算结果，还能形成相应的不确定度带，判断关键安全参数是否远离验收限值。这种方式有助于避免过度保守带来的设计裕量浪费，也使安全审查更具透明度和可追溯性。
国际上，BEPU理念最早由美国核管会推动，随后经济合作与发展组织、国际原子能机构等也陆续发布相关适用工况和技术准则。中国近年来也在法规和技术标准层面逐步明确BEPU的应用路径。2016年设计安全规定强调设计基准事故分析中的保守性要求，2017年相关文件对软件开发、验证、应用和质量保证提出要求，2021年确定论安全分析导则进一步明确，预计运行事件和设计基准事故均可采用BEPU方法，但必须纳入总体不确定性量化。对于失水事故等关键工况，完整的不确定性分析尤为重要；对于其他事故，则需要在现实性与适当保守性之间保持平衡。
在具体技术路线上，BEPU方法主要包括基于输入扰动的不确定性传播和基于输出精度外推两类。前者通过识别关键输入参数，对其施加扰动并开展多组计算，再根据输出结果评估包络范围和验收准则符合性，代表方法包括应用较广的CSAU流程以及JRS/Astron等。常见不确定性来源包括应急堆芯冷却系统初始温度和压力、设备功率、功率分布因子，以及临界热流、噎流、传热系数等物理模型。后者则利用单组输入输出，并结合大型相似实验数据库进行对比和外推，代表方法包括比萨大学提出的UMAE和CIAU，但受限于数据库规模，其工程应用相对较少。
比例缩放和模型验证是BEPU应用中的关键难点。反应堆原型、理想实验台架和工程实验台架之间存在尺度差异与工程扭曲，即便是较小比例的偏差，也可能导致关键物理现象出现不同表现。因此，需要对缩放不确定性进行显式识别、量化和控制。相关研究团队提出了模块化BEPU流程：首先确立计算程序、分析对象、事故序列、关键输入参数、比例偏差和现象关联系数；随后评估程序在原型堆和不同尺度台架中的适用性；最后开展量化分析和收敛判断。该过程通常包括敏感性分析、利用实验数据反向收敛参数范围，以及评估既有台架数据能否迁移至新堆型或改型堆，从而减少重复建设实验台架的成本。
在验证方面，国际基准试验为BEPU方法和系统程序提供了重要依据。例如，围绕OECD ISP-51和ACME台架的研究中，相关团队以RELAP等系统热工水力程序为基础，建立压力容器、蒸汽发生器等关键设备的可视化节点模型，并将计算结果与实验数据进行对比。结果显示，最佳估算曲线能够较好再现实验趋势，不确定度带也能有效包络安全阀压力等关键参数。这类验证工作不仅提升了计算程序的可信度，也为不同机构之间的模型对比和方法互认提供了基础。
从应用版图看，BEPU研究目前在压水堆领域更为成熟，相关对象包括整堆模型和比例台架，事故序列覆盖小破口和大破口失水事故、主管道破裂、蒸汽发生器传热管破裂等；沸水堆等其他堆型也在逐步开展相关研究。国际主流计算程序包括RELAP、TRACE、ATHLET、CATHARE等，区域性或自主程序则包括西安交通大学的Nios、韩国MARS以及GOTHIC等。根据不同堆型和事故类型，分析目标可包括系统压力、包壳峰值温度、应急堆芯冷却性能和安全阀压力等，通常需要约20类不确定性参数和关键物理模型共同支撑不确定性量化。
BEPU的发展还与核能数字孪生密切相关。数字孪生可用于核电厂同步状态预测、故障诊断、运行决策支持和多端协同运维，其背后需要中子输运、燃料性能、严重事故、系统热工水力、子通道分析、辐射防护和概率安全评价等多物理场模型支撑。其中，系统热工水力高精度仿真有望成为核能数字孪生的核心模型之一。不过，实际落地仍面临多源异构数据融合、海量数据存储、先进传感与仪表可靠性、复杂算法稳定性以及模型漂移等挑战。未来，通过构建可信数据库、推动模型可视化与自动转换、加强软件维护和国际合作，BEPU方法有望与数字孪生进一步融合，并拓展至更多堆型和复杂工况的工程应用。
