◉中核集团首席科学家、“华龙一号”总设计师 邢继

核能发展既关系到“双碳”目标的实现，也是科技发展的重要支撑，更是建设核工业强国的重要支撑，它承载着多重国家使命。自我们国家制定了核能“三步走”发展战略以来，在这一战略的指引下，我们持续地在这三步上布局自主技术研发工作。

压水堆核电站是第一步，它是世界上的主流商业化核电技术，在国际上广泛地部署，拥有非常坚实的工业基础支撑。它具备满足工业化、商业化的条件，通过成熟的装备制造体系、标准体系规模化、批量化推广，其成本、造价都能显著降低。同时在建造运营过程中，运行经验的反馈甚至包括事故的反馈使其可以在安全和经济两个方面不断迭代提升。应该说，目前来看，商业化的压水堆依然是核能发电的主力。

因此，“华龙一号”在建设完首堆、以融合方案推进改进型以后，我们还在持续地聚焦安全性、经济性，推动“华龙一号”的进一步改进。

1“华龙一号”的技术提升与经济性优化

“华龙一号”的建设过程比较顺利，它是目前唯一按期建成的全球三代核电站首堆，建成以后稳定运行，三个燃料循环没有出现过非计划停堆。这些验证了“华龙一号”的技术成熟性。

在“华龙一号”首堆运行以后，我们始终在研究如何进一步地优化“华龙一号”的设计，在保障安全性的基础上，使其经济性能够进一步提升。

其一，工程造价是造成成本比较高的主要因素。我们把“华龙一号”的整个厂房重新进行规划，进行了以经济性为指引的紧凑型布置方案的确定，在大幅度地减少工程量的同时，使我们的建造更加便利，提升了建造效率，能够有效地缩短建造工期。

其二，我们采用了新的布置方案，包括“华龙一号”非能动水箱从安全壳的侧面移到了安全壳顶部等。

同时，数字化建造也在进一步推进。建造环节是核电站的质量和成本非常关键的影响因素。核电产业是技术密集型、投资密集型、装备密集型产业，但同时也是劳动密集型产业，对于高技能的工人依赖程度很高，这对核电产业的持续发展是一个制约因素。因此，我们在华龙改进型技术上全面地、系统性地结合重新布置的厂房开展了数字化建造相关技术的研究，其中主要包括模块化的建造方式，在制作模块的过程中，更多地将焊接等工程量直接转移到工厂，更便于采用自动化的方式实施。预计，在金七门项目上，“华龙一号”安装工程量的70%可在工厂实施模块化施工。

“华龙一号”后续机型的相关验证试验正在紧张开展。从指标上来看它的安全性依然比国际上三代要求高一个量级，经济性优于今天的“华龙一号” 批量化后的目标。同时，其建设工期大幅度缩短到50个月以内。不仅如此，它的电厂可用率和电厂设计寿期都得到了提高。

2“华龙一号”未来技术发展思考

我始终认为核能是人类的一个伟大发明，是人类历史迄今为止最复杂的能源系统，是一个跨专业、跨技术领域深度融合的产物。因此，发展核能技术，就必须要脱离“核”去思考它的发展。第四次工业革命有很多代表性的创新成果，比如新的材料体系、人工智能技术等等。那么，未来这些技术能不能对我们的压水堆、对“华龙一号”提升安全性与经济性提供助力？这是这个时代我们必须要思考的问题。

首先，材料的运用和安全直接相关，同时材料也会影响到经济性。因此，我们跨领域与很多大学、研究机构、其他行业企业合作，研究适用于提升“华龙一号”安全性与经济性的新材料。比如燃料包壳材料、燃料芯块材料、燃料构成组件材料等等，这些都与安全直接相关。以ATF燃料（耐事故燃料/容错燃料）为例，从容错的角度来说，一定能够对核电厂的安全发挥很大的作用。在这方面，中核集团已经开展了两期工作，对不同的材料用作包壳涂层和芯块开展了大量的研究工作。

第二，智能化。目前，在核电厂已经部署了很多智能化的应用。比如比较典型的AHM系统（设备智能健康管理系统），它能够准确地获取故障的特征信号，预测故障，做故障诊断，甚至对设备寿期进行预测。当AHM逐渐走向成熟以后，我们可以把过度维修改为预测性维修或者事前维修，能够更好地服务于核电站的安全与经济运行。

这只是举个例子，其实还有很多今天已经部署到核电厂的智能化应用，虽然目前还非常初级，但是我们已经可以看到了其未来的无限可能。随着数字化、智能化技术的快速发展，核电后续的改进不会止步于这些“点”上的进步，比如：

在科研阶段，利用人工智能和大数据技术，新堆型的研发能够在短时间内生成多个可行的总体方案，并根据各种约束条件和性能指标进行自动筛选和优化，为研发人员提供最佳的设计参考。我们还可以通过人工智能算法驱动的仿真技术，模拟核电站的性能，包括反应堆的冷却系统、核燃料的使用效率以及整体的能效表现。这将大大缩短设计周期，降低设计成本，同时还会减少建设过程中的变更和返工。

在采购阶段，利用智能化技术，根据工程进度和历史数据预测未来的物资需求，优化库存管理，减少浪费；通过分析供应链数据，可以识别瓶颈和潜在的延迟风险，利用人工智能提出优化方案，确保物资及时供应；不仅如此，区块链技术和智能技术结合将提高供应链的透明度和效率，实现采购过程的全程可追溯，确保每一个零部件的质量和来源可查，智能合约可以自动执行采购协议，减少人为干预，提高采购效率和准确性。

在建安阶段，利用智能化算法可以分析施工过程中的各种数据，帮助制定更有效的工程一体化进度计划，优化资源分配，减少施工延期和成本超支；利用智能算法分析来自施工现场的传感器或者视频数据，实时监控工地的安全状况，及时预警潜在风险。不仅如此，通过大模型驱动的智能机器人可以完成更加高危或高精度任务，如焊接、材料搬运和精确安装等，减少人因错误并提高安全性。在调试阶段，通过大数据分析和机器学习，可以快速识别和定位系统中的问题，提出最优的解决方案。例如，通过对历史数据的分析，可以预测调试过程中可能出现的故障，提前采取预防措施，并自动生成详细的调试报告，减少调试时间和成本。

在运行阶段，除了在开始提到的对设备运行状态的实时监测和故障预测有效预防事故发生提升核电安全性以外，数字化、智能化还能在很多方面发挥巨大的作用。比如，大幅提升操作与控制的智能化水平，利用深度学习算法实时分析反应堆的运行数据，优化反应堆的功率输出；利用智能算法，对全厂的发电计划进行优化，最大化电力输出和收益；利用图像识别智能算法，识别出人员的异常行为和环境的异常状态等等。智能技术的应用将会全面提升核电厂的运行效率、安全性和经济效益。

总之，数字化、智能化技术为核电行业带来了前所未有的机遇。我们可以畅想一下智能化技术未来应该是什么样子。以我们的人体为例，人体具有很强的自修复能力，当人体受到一定损伤的时候，伤口会自动地愈合，当然我们会辅助去把它缝上，但是缝并不能够让你的肢体完全愈合，还要靠自修复的能力。那么，核电厂未来能不能实现一种自适应的运行模式，使它的安全和经济两个方面都得到很好的兼顾？这是从点到线的过程。是的，我们期待未来的“华龙一号”是有“生命”的——实现涉及全厂的、全面的、整体的智能化。当然，这个过程非常漫长，我们需要探索的东西还很多，面临的各种问题也还很多。

但我还要强调，“华龙一号”作为我国首个完整掌握自主知识产权的第三代核电技术，经历了漫长曲折的研发历程，实现了我国核电技术从跟跑到并跑的跨越性发展。“华龙一号”已步入批量化建设阶段，通过设计优化大幅提升经济性与市场竞争力，华龙系列型号技术将持续优化，将有效支撑我国核能安全有序发展。

压水堆核电技术仍具有广阔发展空间，在智能化、新材料、新技术、新理论等方面实现突破，不断提升安全性与经济性，将为实现“双碳”目标、建设美丽中国作出更大的贡献。（本文根据作者在广西南宁“核能创新·低碳未来”论坛上的讲话整理）

来源｜《中国核工业》杂志 2024年第7期

编辑｜韩建超

审校｜连   敏